一种微创介入导航系统与方法与流程

文档序号:24647668发布日期:2021-04-13 15:56阅读:来源:国知局

技术特征:
1.一种微创介入导航方法,其特征在于,所述方法包括以下步骤:s1:术前医学影像处理,划分出目标区域;s2:基于所述划分出的目标区域进行全自动在线导航初始化确定二维虚拟内窥镜相机的方向;s3:基于所述二维虚拟内窥镜相机的方向进行相对运动预测;s4:基于判别性结构相似性度函数确定所述二维虚拟内窥镜相机在三维术前医学影像空间的位置与方向。2.根据权利要求1所述的微创介入导航方法,其特征在于,所述术前医学影像处理,划分出目标区域包括:将所述术前医学影像对应到实时人体中的器官,得到术前医学影像在人体器官中的影像图;对所述影像图的人体器官进行精准提取分割,得到人体器官的二维虚拟内窥镜图像;对所述二维虚拟内窥镜图像进行三维重建及数字可视化提取分割出目标区域并对所目标区域进行术前标定。3.根据权利要求1所述的微创介入导航方法,其特征在于,所述全自动在线导航初始化包括以下步骤:(1)通过所述术前医学影像处理获得器官结构分叉中心线信息,确定二维虚拟内窥镜相机的方向信息;其中,将第一个分叉点处,即主中心线、右主中心线和左主中心线三条中心线的交点,定义二维虚拟内窥镜相机的视线方向,设为z轴方向,为主中心线方向;右主中心线与左主中心线的向量积为二维虚拟内窥镜相机的y轴方向,z轴方向与y轴方向的叉乘方向为二维虚拟内窥镜相机的x轴方向;(2)由主中心线的起点或始点,沿着主中心线方向产生5个三维位置点:二维虚拟内窥镜相机沿z轴方向旋转,每旋转30度,产生一个新方向,共产生12个相机方向,与产生的5个位置组合,共产生60个位姿;(3)利用60个位姿信息,通过体绘制技术,产出6()张二维虚拟内窥镜相机图像;(4)计算二维真实内窥镜相机图像与60张二维虚拟内窥镜相机图像之间的相似度,确定最大相似度所对应的二维虚拟内窥镜相机图像,所述二维虚拟内窥镜相机图像所对应的位姿信息就是二维真实内窥镜相机图像的位姿信息。4.根据权利要求1所述的微创介入导航方法,其特征在于,所述相对运动预测的方法包括:相机外极线几何方法、分析方法、运动恢复结构、滤波方法和深度学习方法。5.根据权利要求1所述的微创介入导航方法,其特征在于,s4中基于判别性结构相似性度函数确定所述二维虚拟内窥镜相机在三维术前医学影像空间的位置与方向具体包括:1)利用hsv色彩模型,在二维真实内窥镜相机图像上提取含有分叉与皱褶判别性结构信息的区域;2)定义判别性结构相似性度函数,所述判别性结构相似度函数定义为二维真实内窥镜相机图像与二维虚拟内窥镜图像在所述s1中所提取的判别性结构区域里的像素点灰度值的差异;
其中,设所述二维真实内窥镜相机图像为r,第i帧图像的二维真实内窥镜相机图像为r
i
,在r
i
上提取m个判别性结构区域,那么判别性结构信息相似度函数定义为s(r
i
,v(p
i
)):其中,v(δp
i
p
i
‑1)是二维虚拟内窥镜图像,是基于二维真实内窥镜相机位姿δp
i
p
i
‑1和体绘制技术自动产生的,p
i
‑1为第i

1帧图像所对应的相机位姿,δp
i
为位姿变量,q(x,y)代表一个以像素(x,y)为中心的判别性结构区域;μ1和μ2分别是二维真实内窥镜相机图像r
i
和二维虚拟内窥镜图像v(δp
i
p
i
‑1)上判别性结构区域q(x,y)的平均像素值,σ
12
是二维真实内窥镜相机图像区域q(x,y)与二维虚拟内窥镜图像区域q(x,y)之间相关度,σ1、σ2分别是二维真实内窥镜相机图像区域q(x,y)与二维虚拟内窥镜图像区域q(x,y)的像素值方差;c1、c2为预定值;3)建立优化方程,手术导航二维真实内窥镜相机位姿预测优化方程定义如下:4)优化过程中的位姿初始化,配准优化迭代过程,首先需要初始化δp
i
,利用相对运动预测求得相对运动参数预测结果来初始化δp
i
;5)实施迭代,直到方程收敛:引入优化算法powell方法或levenberg

marquardt算法进行迭代,直到收敛,获得从而得到当前帧相机位姿预测6)进入下一帧相机位姿预测:重复步骤1

5,直到手术器械到达目标区域为止,同时对手术器械,即电子内窥镜与手术导管进行实时定位。6.根据权利要求5所述的微创介入导航方法,其特征在于,所述s4的方法还包括三状态呼吸运动导航误差补偿机制,所述误差补偿机制包括:在病患最大呼气状态、正常屏住呼吸状态、最大吸气状态,三次采集术前医学影像数据;通过所述三次术前医学影像数据进行插值,把人体呼吸状态分成12个状态,相当于对于同一个病患有12个术前医学影像数据;通过在所述正常屏住呼吸状态所预测的相机位姿信息在另外11个术前医学影像中产生11张二维虚拟内窥镜相机图像,再计算二维真实内窥镜相机图像与11张二维虚拟内窥镜相机图像之间的相似度;找到所述相似度最大所对应的术前医学影像状态,计算该状态与正常屏住呼吸状态之间的变换关系矩阵;确定最优的相机位姿:最优的相机位姿=在正常屏住呼吸状态所预测的相机位姿*所述变换关系矩阵。7.一种微创介入导航系统,其特征在于,所述系统包括:规划模块:用于术前医学影像处理,划分出目标区域;规划模块:用于基于所述划分出的目标区域进行全自动在线导航初始化确定二维虚拟内窥镜相机的方向;运动预测模块:用于基于所述二维虚拟内窥镜相机的方向进行相对运动预测;
定位模块:用于基于判别性结构相似性度函数确定所述二维虚拟内窥镜相机在三维术前医学影像空间的位置与方向。8.根据权利要求7所述的微创介入导航系统,其特征在于,所述系统还包括:显示设备:用于显示手术导航软件界面所有的术前与术中的各种导航信息,实施手术导航;数字视频转接器:用于连接微创介入手术导航系统与其他医疗设备系统;手术推车:集成高性能电脑与数字视频转接器和导航仪,方便医生手术操作;手术导管:承载导航仪的微型定位传感器、共聚焦激光显微内镜系统的光学活检探头与目标区域消融治疗系统的消融针。9.根据权利要求8所述的微创介入导航系统,其特征在于,所述手术导管为预弯型导管或可调节型导管。10.根据权利要求8所述的微创介入导航系统,其特征在于,所述目标区域消融治疗系统包括激光、微波、射频消融和氩氦刀冷冻消融。11.根据权利要求7所述的微创介入导航系统,其特征在于,所述系统还包括:医学电子内镜系统:医学电子内镜用于检查患者人体内部的组织异常与否以及电子内镜的工作通道可以承载手术导管或其他微型手术器械;介入影像系统:确认目标区域与二维虚拟视觉图像的相对位置关系,同时利用介入影像实时采集到的人体组织运动形变信息。12.根据权利要求11所述的微创介入导航系统,其特征在于,所述医学电子内镜包括软性内镜和硬性内镜;所述介入影像系统包括荧光镜透视、b超、cone

beam ct和介入磁共振。
当前第2页1 2 3 
网友询问留言 已有0条留言
  • 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞!
1