本發(fā)明涉及電子醫(yī)療器械，尤其涉及一種基于圖像投影的手術(shù)針引導(dǎo)裝置。

背景技術(shù)：

1、在當(dāng)前市場(chǎng)上，存在著一些金屬手術(shù)針的引導(dǎo)方案，三維斷層引導(dǎo)就是方式之一。

2、例如，飛利浦公司通過使用手術(shù)前和手術(shù)中的3d圖像來人工操控內(nèi)窺鏡的引導(dǎo)工具，該方案通過術(shù)前、術(shù)中兩組圖像進(jìn)行配準(zhǔn)，對(duì)金屬手術(shù)針向所選擇的感興趣區(qū)域進(jìn)行導(dǎo)航。西門子公司則通過解剖模型增強(qiáng)來引導(dǎo)腹腔鏡手術(shù)過程，該方案通過術(shù)中成像數(shù)據(jù)與術(shù)中模型縫合，并對(duì)術(shù)中術(shù)前的模型進(jìn)行配準(zhǔn)來對(duì)手術(shù)進(jìn)行引導(dǎo)。另外，聯(lián)影醫(yī)療申請(qǐng)了一種穿刺手術(shù)引導(dǎo)系統(tǒng)、方法及手術(shù)機(jī)器人，該方案在不同的時(shí)間，用斷層掃描設(shè)備分別采集目標(biāo)對(duì)象的第一圖像、第二圖像、第三圖像，將第一圖像、第二圖像進(jìn)行配準(zhǔn)得到第四圖像用來給第三圖像做引導(dǎo)。

3、上述方案都采用了斷層掃描、三維重建及圖像配準(zhǔn)，但它們的不足在于：

4、一方面，三維斷層引導(dǎo)需要獲取患者的三維斷層數(shù)據(jù)，掃描時(shí)間長(zhǎng)，輻射劑量較大。同時(shí)，三維斷層引導(dǎo)配準(zhǔn)會(huì)增加手術(shù)時(shí)間，特別是在一些需要麻醉的手術(shù)中極大的增加手術(shù)風(fēng)險(xiǎn)。

5、另一方面，盡管市面上有一些能去除金屬偽影的算法，但當(dāng)手術(shù)所用金屬針的密度與人體骨骼甚至軟組織接近時(shí)，常被算法識(shí)別成骨骼或者軟組織，導(dǎo)致無法正常去除偽影，影響配準(zhǔn)結(jié)果。

6、針對(duì)三維斷層掃描存在延時(shí)，邁瑞醫(yī)療及其他廠商通過超聲成像設(shè)備獲取超聲圖像，并根據(jù)超聲圖像確定穿刺針的位置變化以及狀態(tài)。飛利浦公司則對(duì)活檢期間活檢針路徑的超聲引導(dǎo)，通過配準(zhǔn)的方式將有創(chuàng)設(shè)備插入的路徑在超聲圖像空間進(jìn)行顯示。

7、但是，超聲成像設(shè)備在臨床應(yīng)用中通常只能穿透淺表組織和較淺部位的器官，對(duì)于深部組織或深埋的器官，其分辨率會(huì)顯著降低，需要考慮使用其他影像學(xué)技術(shù)，如ct或mri，來獲取更深部位的信息。另外，超聲設(shè)備受骨骼影響較大，當(dāng)手術(shù)針頭在骨骼附近時(shí)，穿透力不足可能導(dǎo)致圖像質(zhì)量下降，影響針尖位置的判斷。

8、同時(shí)，超聲設(shè)備的成像受手術(shù)針角度的影響，當(dāng)手術(shù)針角度較大時(shí)，入射聲波在光滑的手術(shù)針表面發(fā)生鏡面反射，導(dǎo)致回到探頭的聲波較少，無法清晰成像。而超聲成像得到的是一個(gè)斷層圖，是人體的一個(gè)切面，當(dāng)手術(shù)針偏出切面時(shí)，手術(shù)針會(huì)出現(xiàn)顯示不全，甚至顯示不了的情況。而在手術(shù)中使用超聲設(shè)備則需要額外采購設(shè)備，同時(shí)還需要手術(shù)師具有實(shí)際操作經(jīng)驗(yàn)從而導(dǎo)致手術(shù)成本或風(fēng)險(xiǎn)增大。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的之一是為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提供了一種基于圖像投影的手術(shù)針引導(dǎo)方法及裝置，從而解決斷層圖像耗時(shí)長(zhǎng)、劑量大、配準(zhǔn)方法耗時(shí)長(zhǎng)，且易受金屬偽影影響等問題。

2、為了解決上述技術(shù)問題，第一方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種基于圖像投影的手術(shù)針引導(dǎo)方法，所述方法包括：

3、對(duì)設(shè)備進(jìn)行幾何校正，獲得每個(gè)角度下的投影矩陣；

4、獲得設(shè)備初始角度的第一投影圖像，并將所述設(shè)備旋轉(zhuǎn)到預(yù)設(shè)角度，并獲取所述預(yù)設(shè)角度下的第二投影圖像；

5、從所述投影矩陣中獲取所述第一投影圖像在初始角度下的第一投影矩陣，以及獲取第二投影圖像在預(yù)設(shè)角度下的第二投影矩陣；

6、識(shí)別第一投影圖像下的手術(shù)針尖p0和病灶點(diǎn)p1，連接p0、p1形成第一路徑l1，根據(jù)第一投影矩陣，將第一路徑l1反投影形成第一虛擬平面；

7、再次在所述第二投影圖像識(shí)別手術(shù)針尖q0和病灶點(diǎn)q1，連接q0、q1形成第二路徑l2，根據(jù)第二投影矩陣將所述第二路徑反投影形成第二虛擬平面；

8、計(jì)算虛擬空間內(nèi)第一虛擬平面和第二虛擬平面形成的第一交線l0，所述l0為手術(shù)針引導(dǎo)路徑。

9、進(jìn)一步的，所述方法還包括：

10、將第一交線l0根據(jù)第二投影矩陣，投影到第二投影圖像上，形成第二交線l2’；

11、將所述第一交線通過所述第一投影矩陣正投影到第一投影圖像形成第三交線l1’；

12、判斷所述第三交線l1’和第一路徑l1、第二交線l2’和第二路徑l2是否分別重合。

13、進(jìn)一步的，所述方法還包括：從投影矩陣中提取任意角度的投影矩陣mdrx，將手術(shù)針引導(dǎo)路徑l0正投影到所述任意角度的二維投影圖像上形成規(guī)劃路徑lx。

14、進(jìn)一步的，所述方法還包括：當(dāng)所述規(guī)劃路徑未達(dá)到預(yù)設(shè)要求時(shí)，修改第一投影圖像上手術(shù)針尖p0、病灶點(diǎn)p1的位置點(diǎn)和第二投影圖像上手術(shù)針尖q0、病灶點(diǎn)q1的位置點(diǎn)，并根據(jù)修改后的p0、p1和q0、q1，觸發(fā)重新計(jì)算手術(shù)針引導(dǎo)路徑的過程。

15、第二方面，本發(fā)明實(shí)施例還提供了一種基于投影圖像的手術(shù)針引導(dǎo)裝置，所述裝置包括：

16、幾何校正模塊，用于對(duì)設(shè)備進(jìn)行幾何校正，獲得每個(gè)角度下的投影矩陣；

17、第一計(jì)算模塊，用于獲得設(shè)備初始角度的第一投影圖像，并將所述設(shè)備旋轉(zhuǎn)到預(yù)設(shè)角度獲取所述預(yù)設(shè)角度下的第二投影圖像；

18、第二計(jì)算模塊，用于從所述投影矩陣中獲取所述第一投影圖像在初始角度下的第一投影矩陣，以及獲取第二投影圖像在預(yù)設(shè)角度下的第二投影矩陣；

19、第一識(shí)別模塊，用于識(shí)別第一投影圖像下的手術(shù)針尖p0和病灶點(diǎn)p1，連接p0、p1形成第一路徑l1，根據(jù)第一投影矩陣，將第一路徑l1反投影形成第一虛擬平面；

20、第二識(shí)別模塊，用于再次在所述第二投影圖像識(shí)別手術(shù)針尖q0和病灶點(diǎn)q1，連接q0、q1形成第二路徑l2，根據(jù)第二投影矩陣，將所述第二路徑反投影形成第二虛擬平面；

21、引導(dǎo)路徑計(jì)算模塊，用于計(jì)算虛擬空間內(nèi)第一虛擬平面和第二虛擬平面形成的第一交線l0，所述l0為手術(shù)針引導(dǎo)路徑。

22、進(jìn)一步的，所述裝置還包括：

23、第三計(jì)算模塊，用于將第一交線l0根據(jù)第二投影矩陣，投影到第二投影圖像上，形成第二交線l2’，將所述第一交線通過所述第一投影矩陣正投影到第一投影圖像形成第三交線l1’；

24、判斷模塊，用于判斷所述第三交線l1’和第一路徑l1、第二交線l2’和第二路徑l2是否分別重合。

25、進(jìn)一步的，所述裝置還包括：

26、手術(shù)針投影模塊，用于從投影矩陣中提取任意角度的投影矩陣mdrx，將手術(shù)針引導(dǎo)路徑l0正投影到所述任意角度的二維投影圖像上形成規(guī)劃路徑lx；

27、修正模塊，用于當(dāng)所述規(guī)劃路徑未達(dá)到預(yù)設(shè)要求時(shí)，修改第一投影圖像上手術(shù)針尖p0、病灶點(diǎn)p1的位置點(diǎn)和第二投影圖像上手術(shù)針尖q0、病灶點(diǎn)q1的位置點(diǎn)，并根據(jù)修改后的p0、p1和q0、q1，觸發(fā)重新計(jì)算手術(shù)針引導(dǎo)路徑的過程。

28、第三方面，本發(fā)明實(shí)施例還提供了一種電子設(shè)備，包括處理器和存儲(chǔ)器，所述存儲(chǔ)器用于存儲(chǔ)計(jì)算機(jī)程序，所述計(jì)算機(jī)程序包括程序指令，所述處理器被配置用于調(diào)用所述程序指令，執(zhí)行如前所述的基于投影圖像的手術(shù)針引導(dǎo)方法。

29、第四方面，本發(fā)明實(shí)施例還提供了一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，所述計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，所述計(jì)算機(jī)程序包括程序指令，所述程序指令當(dāng)被處理器執(zhí)行時(shí)使所述處理器執(zhí)行如前所述的基于投影圖像的手術(shù)針引導(dǎo)方法。

30、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明實(shí)施例提供的一種基于圖像投影的手術(shù)針引導(dǎo)方法及裝置至少具有以下有益效果：

31、本發(fā)明實(shí)施例直接利用術(shù)前手術(shù)規(guī)劃所使用的設(shè)備，不受設(shè)備和平板大小的限制，且無需額外采購其他設(shè)備，對(duì)醫(yī)生的手術(shù)經(jīng)驗(yàn)也無額外要求。

32、本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案僅需掃描兩個(gè)角度用于設(shè)置引導(dǎo)路徑，并再掃描一個(gè)角度驗(yàn)證該路徑的準(zhǔn)確性，通過采用投影矩陣來規(guī)劃、引導(dǎo)和反饋手術(shù)前、手術(shù)中手術(shù)針路徑，就能實(shí)現(xiàn)手術(shù)規(guī)劃和引導(dǎo)，減小了輻射劑量和掃描時(shí)間，且本發(fā)明的技術(shù)方案無需重建和配準(zhǔn)，因此不受金屬偽影的影響。

33、在對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案的實(shí)際應(yīng)用過程中，手術(shù)醫(yī)生可按照習(xí)慣觀察投影圖像，進(jìn)一步增強(qiáng)了其實(shí)用性和適用性。