本發(fā)明公開一種實時估計體內(nèi)靶區(qū)運動的方法，本方法在手術(shù)過程中，通過監(jiān)控體表運動，間接估計體內(nèi)靶區(qū)的運動狀態(tài)。

背景技術(shù)：

在現(xiàn)代手術(shù)/治療過程中，如進行病理穿刺、放射治療等治療時，準(zhǔn)確找到靶區(qū)是非常重要的環(huán)節(jié)，它能直接影響到手術(shù)的結(jié)果。然而在手術(shù)過程中，由于手術(shù)病人自身的呼吸心跳和因疼痛造成不自覺的變換體位，靶區(qū)一定會隨之發(fā)生移動。從而降低了手術(shù)的精確性，使得醫(yī)生的工作強度加大，增加了許多目前的臨床問題。

鑒于上述問題，有必要找到一種實時估計體內(nèi)靶區(qū)運動的方法，以為上述問題提供一個可行的解決方案。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明解決的技術(shù)問題是提供一種實時估計體內(nèi)靶區(qū)運動的方法，本方法在手術(shù)過程中，通過監(jiān)控體表運動，間接估計體內(nèi)靶區(qū)的運動狀態(tài)。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的：

一種實時估計體內(nèi)靶區(qū)運動的方法，包括以下步驟：

S1：根據(jù)實際需要，為病人塑膜，利用負(fù)壓袋或其他體位輔助固定裝置固定病人體位；

S2：視病人情況而定，在體位輔助固定裝置、體膜上安裝多個定位標(biāo)識工具；

在本發(fā)明的至少一個實施例中，所述定位標(biāo)識工具是紅外定位小球，但是所述領(lǐng)域的技術(shù)人員無需創(chuàng)造性勞動，就應(yīng)該想到采用其他能夠具有明顯紅外特征的材質(zhì)制成的其他形狀標(biāo)記物體代替紅外定位小球。因此類似的技術(shù)方案也沒有超過本發(fā)明所公開并要求保護的范圍。

安裝的定位標(biāo)識工具的數(shù)量優(yōu)選為6個以上，保證檢測到的定位標(biāo)識工具的平移或旋轉(zhuǎn)變化能夠充分表現(xiàn)出三維空間中6個自由度的變化。如果采用不足6個定位標(biāo)識工具，會影響定位精度，超過6個定位標(biāo)識工具，雖然能提高精確度，但是計算復(fù)雜程度提高太多，從實際應(yīng)用上不值得。

S3：在靶區(qū)附近體表固定一個或者多個定位標(biāo)識工具，稱之為呼吸運動標(biāo)識工具；

在靶區(qū)附近體表安裝的定位標(biāo)識工具的數(shù)量優(yōu)選為1個。

S4：通過醫(yī)用掃描設(shè)備，掃描得到病人在呼氣相位和吸氣相位時，帶體位輔助固定裝置、體膜、定位標(biāo)識工具的計算機斷層圖像；

在本發(fā)明的至少一個實施例中，所述呼氣相位和吸氣相位的計算機斷層圖像數(shù)據(jù)可以用四維CT掃描得到一系列不同呼吸相位的圖像數(shù)據(jù)，或者可以在病人呼氣至最大狀態(tài)和吸氣至最大狀態(tài)時屏氣進行CT掃描，從而獲得呼氣相位數(shù)據(jù)和吸氣相位數(shù)據(jù)。

S5：將S4得到的計算機斷層圖像導(dǎo)入放射治療計劃系統(tǒng)，勾畫出S2、S3固定的定位標(biāo)識工具及在呼氣相位、吸氣相位下的靶區(qū)輪廓，計算S2固定的多個定位標(biāo)識工具之間的空間位置關(guān)系T、呼氣相位下的靶區(qū)位置T_ex和呼吸運動標(biāo)識工具位置I_ex、吸氣相位下的靶區(qū)位置T_in和呼吸運動標(biāo)識工具位置I_in；

S6：根據(jù)S5勾畫出的靶區(qū)位置，確定其運動模式；

在本發(fā)明中，運動模式分為三種：脊柱模式、表皮模式和雙相模式。

S7：開啟高精度紅外跟蹤系統(tǒng)實時測量S2固定于體位輔助固定裝置、體膜的定位標(biāo)識工具的三維位置坐標(biāo)，結(jié)合S5計算得到的空間位置關(guān)系T，配準(zhǔn)計算得到高精度紅外跟蹤系統(tǒng)坐標(biāo)系到計算機斷層圖像坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換矩陣，記為P；

S8：高精度紅外跟蹤系統(tǒng)實時測量S3固定的呼吸運動標(biāo)識工具的三維位置坐標(biāo)W，并傳輸給計算機；

S9：計算機結(jié)合S8傳輸?shù)墓潭ㄓ隗w表的呼吸運動標(biāo)識工具的三維位置坐標(biāo)和S6確定的運動模式，實時估算當(dāng)前靶區(qū)的位置。

進一步地，所述實時估算當(dāng)前靶區(qū)的位置根據(jù)S6選擇的運動模式的不同，進行不同的估算。當(dāng)運動模式選擇為脊柱模式時，假設(shè)靶區(qū)位置不隨呼吸運動發(fā)生改變；當(dāng)運動模式選擇為表皮模式時，假設(shè)靶區(qū)的位移與S3固定的呼吸運動標(biāo)識工具的運動位移(包括運動幅度與方向)一致；當(dāng)運動模式選擇為雙相模式時，假設(shè)靶區(qū)的位移與S3固定的定位標(biāo)識工具的位移成比例。

進一步地，當(dāng)運動模式為脊柱模式時，靶區(qū)位置估計為S5勾畫出的靶區(qū)位置T_ex或T_in。

進一步地，當(dāng)運動模式為表皮模式時，通過將S7計算得到的轉(zhuǎn)換矩陣P作用于S8實時測量得到的呼吸運動標(biāo)識工具坐標(biāo)，將其實時位置W映射到計算機斷層圖像坐標(biāo)系下。計算得到在計算機斷層圖像坐標(biāo)系下，實時測量得到的呼吸運動標(biāo)識工具W’與S5勾畫的呼吸運動標(biāo)識工具間的位移，將該位移作用在S5勾畫出的靶區(qū)位置上，即靶區(qū)的實時位置估計為T_in+(W′-I_in)或T_ex+(W′-I_ex)。

進一步地，當(dāng)運動模式為雙相模式時，通過將S7計算得到的轉(zhuǎn)換矩陣P作用于S8實時測量得到的呼吸運動標(biāo)識工具坐標(biāo)，將其實時位置W映射到計算機斷層圖像坐標(biāo)系下，記為W’，則靶區(qū)的實時位置估計為或

本發(fā)明的有益效果在于：在病人手術(shù)的過程中，通過實時監(jiān)控體表運動，間接估計出體內(nèi)靶區(qū)的運動狀態(tài)。從而增加手術(shù)的精確性，降低了醫(yī)生的工作強度，為目前因體內(nèi)靶區(qū)運動產(chǎn)生的臨床問題提供一種可行的解決方案。

附圖說明

圖1為技術(shù)原理示意圖。

圖2是操作流程示意圖。

具體實施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明進行詳細(xì)描述。

參考圖1，位于體位輔助固定裝置、體模上的定位標(biāo)識工具是用于獲取高精度紅外跟蹤系統(tǒng)坐標(biāo)系到計算機斷層圖像坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換矩陣。位于人體體表上的呼吸運動標(biāo)識工具是用于指示人體體表隨著呼吸運動而產(chǎn)生的運動狀態(tài)。固定于體位輔助固定裝置、體模上的定位標(biāo)識工具的個數(shù)優(yōu)選為6個以上。在圖1所示實施例中，為使圖像簡潔美觀，僅繪制了3個可見的定位標(biāo)識工具固定于體位輔助固定裝置、體模上。在圖1所示實施例中，呼吸運動標(biāo)識工具的個數(shù)是優(yōu)選個數(shù)——1個。

參考圖2，在實施過程中，在計算機斷層圖像坐標(biāo)系下得到定位標(biāo)識工具的位置，結(jié)合高精度紅外跟蹤系統(tǒng)坐標(biāo)系下的定位標(biāo)識工具的位置，通過配準(zhǔn)、計算可得到高精度紅外跟蹤系統(tǒng)坐標(biāo)系到計算機斷層圖像坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換矩陣P。由于定位標(biāo)識工具固定在體位輔助固定裝置、體膜上，不會隨著呼吸運動而發(fā)生位置改變，因此它們在呼氣相位和吸氣相位的計算機斷層圖像中所處位置一致，在進行轉(zhuǎn)換矩陣P的計算時，無需特別指定需要與某呼吸相位下的計算機斷層圖像進行配準(zhǔn)計算。高精度紅外跟蹤系統(tǒng)實時測量呼吸運動標(biāo)識工具的三維位置坐標(biāo)W，并傳輸給計算機。計算機將轉(zhuǎn)換矩陣P作用于W就可以計算得到計算機斷層圖像坐標(biāo)系下該呼吸運動標(biāo)識工具的實時位置W’。

在計算機斷層圖像坐標(biāo)系下，測量呼氣相位下的靶區(qū)位置T_ex和呼吸運動標(biāo)識工具位置I_ex、吸氣相位下的靶區(qū)位置T_in和呼吸運動標(biāo)識工具的位置I_in。根據(jù)所選擇的運動模式，進行相應(yīng)的靶區(qū)位置估計。

進一步地，這三種運動模式分別是脊柱模式，雙相模式和表皮模式。其中，在脊柱模式下，靶區(qū)的實時位置估計為T_ex或T_in；在雙相模式下，靶區(qū)的實時位置估計為或在表皮模式下，靶區(qū)的實時位置估計為T_in+(W′-I_in)或T_ex+(W′-I_ex)。

進一步地，因為在脊柱模式下假設(shè)靶區(qū)位置不隨呼吸運動發(fā)生改變，因此在理想情況下，T_ex和T_in的值是完全一樣的；在實際情況中，受到測量誤差、計算誤差、圖像掃描層不同等因素影響，T_ex和T_in的值可能不完全一致，但是兩者之差很小，處于容許范圍內(nèi)，故在脊柱模式下，靶區(qū)的實時位置可以估計為T_ex或T_in。