一种辅助胸部病变精准定位的检测系统

本发明涉及医疗器械领域，具体涉及一种辅助胸部病变精准定位的检测系统。

背景技术：

1、在胸部疾病的手术治疗中，确保病变区域的精准定位是手术成功的关键要素之一。由于胸部解剖结构的复杂性，包括多个重要的器官、血管和神经，精确定位病变区域对于减少手术风险、保护正常组织以及提高治疗效果至关重要。

2、传统的手术方法主要依赖于医生的临床经验、术中直接观察和触摸来确定病变位置。这种方法虽然在一定程度上能够满足手术需求，但存在显著的局限性和不足。首先，医生的经验和主观判断可能导致定位误差，尤其是对于边界模糊或深部病变的识别更加困难。其次，术中直接观察受到视野限制和解剖结构遮挡的影响，难以全面准确地评估病变范围及其与周围组织的关系。

3、随着医学影像技术的飞速发展，尤其是计算机断层扫描(ct)技术的广泛应用，术前对病变区域进行精确的三维重建和定位成为可能。ct影像以其高分辨率和清晰的解剖结构显示能力，为医生提供了丰富的病变信息。然而，尽管术前ct图像能够提供详尽的病变位置和形态信息，但如何将这些信息准确无误地对应到术中的实际切除位置，仍然是一个技术难题。

4、因此，开发一种能够高效、准确地实现术前ct图像中与术中实际切除的病理切片空间位置对应的辅助胸部病变精准定位的检测系统，对于提高胸部疾病手术治疗的成功率和安全性具有重要意义。

技术实现思路

1、为解决上述问题，本发明提供一种辅助胸部病变精准定位的检测系统，旨在通过集成先进的医学影像处理、三维重建、术中影像追踪及空间位置匹配技术，实现术前ct图像中病变区域与术中实际切除病理切片之间的精准空间位置对应，从而提高胸部疾病手术治疗的精准度和安全性。

2、为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种辅助胸部病变精准定位的检测系统，包括：

3、数据采集模块，用于采集术前ct影像数据；

4、三维重建模块，用于将数据采集模块采集的图像数据转化为三维模型；

5、坐标构建模块，用于在三维模型中建立统一的虚拟坐标系，并在虚拟坐标系中确立若干个关键定位点；

6、虚拟切割模块，用于模拟不同路径和角度对三维模型进行病理切片；

7、影像追踪模块，用于在术中实时捕获患者体内的影像数据，并基于关键定位点将影像数据与三维模型进行融合；

8、图像处理模块，用于对利用虚拟切割模块中模拟的路径和角度进行的病理切片进行图像采集及处理；

9、空间验证模块，用于将图像处理模块处理的图像数据与三维模型进行空间位置匹配，并通过计算切片图像与三维模型对应区域的相似度和病变位置的重合度指标，验证术前规划与实际手术结果之间的空间对应关系是否准确。

10、上述方案的技术原理如下：利用高精度ct扫描设备获取患者胸部的术前影像数据。随后，通过三维重建算法将这些二维影像数据转化为三维模型，还原出患者胸部的立体结构，为后续的手术规划提供基础。在三维模型中构建一个统一的虚拟坐标系，该坐标系用于标准化和定位胸部内的各个解剖结构和病变区域。通过专家知识或自动算法，在坐标系中确立若干个关键定位点，这些点通常是重要的解剖标志或病变边界的显著特征点。利用虚拟切割模块，模拟不同路径和角度对三维模型进行病理切片。

11、术中，通过影像追踪模块实时捕获患者体内的影像数据，并基于之前确立的关键定位点，将这些实时影像与术前构建的三维模型进行精准融合。这一过程确保了手术过程中医生能够实时获得患者体内病变的准确位置信息。对虚拟切割模块模拟的病理切片进行图像采集及处理，提取出病变区域的特征信息。然后，利用空间验证模块将处理后的图像数据与三维模型进行空间位置匹配，通过计算切片图像与三维模型对应区域的相似度和病变位置的重合度指标，来验证术前规划与实际手术结果之间的空间对应关系是否准确。

12、采用上述方案有以下有益效果：

13、1、本方案，空间验证模块通过计算病理切片图像与三维模型对应区域的相似度和病变位置的重合度指标，为术前规划与术中实际执行之间的空间对应关系提供了量化评估。这不仅能够验证术前规划的准确性，还能在术后分析时提供宝贵的数据支持，帮助医生不断优化手术方案，提高整体治疗水平。

14、2、本方案，通过数据采集、三维重建以及坐标构建模块，该系统能够生成高度精确的患者胸部三维模型，并在模型中确立关键定位点。这极大地提升了手术规划的准确性，使外科医生在术前就能清晰了解病变位置及其与周围组织的空间关系，从而在手术过程中实现更加精准的操作，减少了对正常组织的损伤。

15、3、本方案，实现影像与实体的无缝对接：影像追踪模块和图像处理模块的协同工作，使得术中实时捕获的影像数据能够迅速与术前构建的三维模型进行融合。这种实时的影像融合技术，为外科医生提供了术中病变部位的即时反馈，有助于及时调整手术策略，确保手术路径和切除范围的准确性。

16、4、本方案，通过直观的三维模型和影像融合技术，医生能够更清晰地向患者及家属解释病情、手术方案及预期效果，增强医患之间的沟通与信任。同时，这种高精度的术前规划和术中指导也提升了患者对手术成功的信心，有利于术后康复。

17、进一步，数据采集模块还用于采集患者信息、病史记录和药物过敏史。

18、有益效果：通过全面收集患者的个人信息、详细病史和药物过敏史，医生能够更准确地评估患者的健康状况和手术风险，从而制定出更加个性化的治疗方案。这有助于避免潜在的并发症，提高手术的安全性和成功率。药物过敏史的采集对于确保患者安全至关重要。在手术前，医生可以详细了解患者对哪些药物存在过敏反应，从而避免在手术过程中使用可能引起不良反应的药物。这有助于减少医疗事故的发生，提升医疗质量和安全水平。

19、进一步，关键定位点的确立过程的具体步骤如下：

20、a1：基于三维模型的解剖学特征，利用图像处理技术自动识别并标记出解剖标志的边界和中心点，作为第一标记点；

21、a2：根据手术规划的需求，结合数据采集模块中采集的ct影响数据，从第一标记点中选取若干代表点，并记为第二标记点；

22、a3：基于虚拟切割模块中的模拟切割路径及角度，验证和调整第二标记点的位置，并将验证和调整结果记为关键定位点。

23、有益效果：通过a1步骤中图像处理技术的自动识别与标记，确保了解剖标志边界和中心点的精确性，为后续定位提供了坚实的基础。a2步骤中根据手术规划需求选取代表点，进一步细化了定位点，使其更贴近手术实际需求。a3步骤中的模拟切割路径及角度验证，确保了关键定位点在实际手术中的可行性和准确性，提高了手术的精确性。关键定位点的确立是手术规划的重要环节。精确的定位点有助于医生在术前就明确手术路径、切除范围及可能遇到的解剖障碍，从而制定出更加合理、科学的手术方案。

24、进一步，a1中的解剖标志包括但不限于：肋骨、脊椎骨、主要血管和肺叶分界。

25、有益效果：明确解剖标志的种类，使得图像处理技术在自动识别时能够更加精确地聚焦于这些关键区域。肋骨和脊椎骨作为硬组织，其边界相对清晰，易于识别；而主要血管和肺叶分界则提供了重要的软组织信息，对于手术路径的规划和风险评估至关重要。在三维模型中精确标记出这些解剖标志，可以为术前规划提供更加详尽的解剖学参考。在手术导航过程中，医生可以实时比对实际手术影像与三维模型中的解剖标志，确保手术路径和切除范围的准确性。

26、进一步，a1中的第一标记点包括但不限于：病变中心、病变边缘的特定位置、与病变相邻的重要解剖结构交点以及病变相邻的障碍物点。

27、有益效果：通过明确病变中心、边缘特定位置以及相邻重要解剖结构的交点作为第一标记点，医生可以更加精确地规划手术路径和切除范围。这有助于确保手术操作直接针对病变区域，同时减少对周围正常组织的损伤。将障碍物点(如重要血管、神经等)纳入第一标记点的范畴，有助于医生在术前就识别并避开这些潜在的危险区域。这大大降低了手术过程中因误伤重要组织而导致的并发症风险，提高了手术的安全性。

28、进一步，空间验证模块中的空间位置匹配过程为：

29、b1：通过虚拟坐标，将病理切片的二维图像按照配准得到的变换矩阵映射到三维重建模块中构建的三维模型的对应平面上；

30、b2：利用关键定位点，检查切片图像中的解剖特征是否与三维模型中对应区域的关键定位点一致，调整病理切片与三维模型之间的对应关系；

31、b3：对于映射到三维模型上的切片图像，计算其与三维模型对应区域的相似度；

32、b4：在确认切片图像与三维模型对应区域相似度的基础上，评估病变位置在切片图像与三维模型中的重合度；

33、b5：根据相似度计算和病变位置重合度评估的结果，进行空间位置匹配验证。

34、有益效果：空间验证模块中的空间位置匹配过程(b1至b5)旨在确保病理切片图像与三维重建模型之间的精确对应，从而验证空间位置匹配的空间一致性。通过将病理切片的二维图像映射到三维模型的对应平面上，并检查解剖特征的一致性，通过展示病理切片与三维模型之间的对应关系，医生可以更加直观地向患者及其家属解释手术过程和结果，增强医患之间的沟通与理解。术后，医生可以通过对比术前规划与实际手术结果的空间对应关系，评估手术的成功与否，并发现可能存在的问题。这为未来的手术操作提供了宝贵的经验和改进方向。

35、进一步，b3中相似度的计算过程为：基于图像特征的相似度度量方法，比较病理切片图像与三维模型对应区域的灰度分布、纹理特征或结构信息，计算两者之间的相似度得分；

36、其中相似度度量方法包括但不限于：互信息、归一化互相关或结构相似性指数。

37、有益效果：通过比较灰度分布、纹理特征或结构信息等图像特征，能够更全面地评估病理切片图像与三维模型对应区域的相似程度。这些特征在不同类型的病变和解剖结构中具有独特的表现形式，因此能够提供更准确的匹配结果。相似度度量方法如互信息、归一化互相关和结构相似性指数等，各自具有不同的特点和优势。采用多种度量方法相结合的策略，可以弥补单一方法的不足，提高算法在不同情况下的适应性和鲁棒性。

38、进一步，b4中重合度的计算过程为：在病理切片图像和三维模型对应区域中分别标记出病变位置的边界；

39、利用空间几何算法计算上述两者边界之间的重叠面积或体积占病变总面积或体积的比例，即为病变位置的重合度。

40、有益效果：重合度的计算为手术效果的评估提供了量化的指标。医生可以直观地了解实际手术结果与术前规划之间的偏差程度，从而更准确地评估手术的成功与否。通过比较病理切片图像与三维模型中病变位置的重合度，医生可以及时发现手术过程中可能存在的偏差，并在后续手术中进行调整，以提高手术的精准度。重合度的评估结果可以为未来的手术规划提供宝贵的参考。医生可以根据历史手术的重合度数据，不断优化手术路径和切除范围，以提高手术的成功率和安全性。

41、进一步，还包括用户交互模块，用户交互模块用于显示三维模型、虚拟切割路径、术中影像及空间验证结果，并提供操作界面供使用者输入指令和参数。

42、有益效果：用户交互模块通过三维模型的可视化，使医生能够直观地了解患者的解剖结构和病变情况。这有助于医生在术前更全面地评估病情，制定更加科学合理的手术方案。同时，术中影像的实时显示让医生能够及时了解手术进展，根据实际情况调整手术策略。虚拟切割路径的演示功能允许医生在术前对手术路径进行模拟和优化，从而降低手术风险，提高手术操作的精确性。医生可以在虚拟环境中反复练习，找到最佳的手术路径和切除范围，确保手术过程中的每一步都准确无误。用户交互模块为医患沟通提供了一个直观、生动的平台。医生可以通过展示三维模型、虚拟切割路径和术中影像等方式，向患者及其家属详细解释手术过程和预期效果，增强他们的信任感和治疗信心。同时，患者也可以通过操作界面了解手术的相关信息，提出自己的疑问和建议，促进医患之间的沟通与理解。

43、进一步，还包括数据管理模块，用于自动记录并存储所有采集的影像数据、处理结果、术前规划信息以及术中实时数据，还集成数据导出功能，用于将关键数据导出为通用格式。

44、有益效果：数据管理模块通过自动化的数据记录与存储过程，确保手术过程中产生的所有关键数据都能得到妥善保存。这避免了因人为疏忽或系统故障导致的数据丢失问题，保障了数据的安全性和完整性。集中管理的数据资源使得医生和其他医疗工作者能够随时访问和查询所需信息，从而提高了数据的利用效率。医生可以基于历史数据和实时数据做出更加准确的决策，优化手术方案和执行过程。数据管理模块集成的数据导出功能使得关键数据可以轻松地导出为通用格式，便于在不同系统、不同机构之间进行共享与交流。这有助于促进医疗资源的优化配置和协同合作，提高整个医疗行业的效率和服务水平。

45、本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。