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針引導裝置。

背景技術：

1、在當前市場上，存在著一些金屬手術針的引導方案，三維斷層引導就是方式之一。

2、例如，飛利浦公司通過使用手術前和手術中的3d圖像來人工操控內(nèi)窺鏡的引導工具，該方案通過術前、術中兩組圖像進行配準，對金屬手術針向所選擇的感興趣區(qū)域進行導航。西門子公司則通過解剖模型增強來引導腹腔鏡手術過程，該方案通過術中成像數(shù)據(jù)與術中模型縫合，并對術中術前的模型進行配準來對手術進行引導。另外，聯(lián)影醫(yī)療申請了一種穿刺手術引導系統(tǒng)、方法及手術機器人，該方案在不同的時間，用斷層掃描設備分別采集目標對象的第一圖像、第二圖像、第三圖像，將第一圖像、第二圖像進行配準得到第四圖像用來給第三圖像做引導。

3、上述方案都采用了斷層掃描、三維重建及圖像配準，但它們的不足在于：

4、一方面，三維斷層引導需要獲取患者的三維斷層數(shù)據(jù)，掃描時間長，輻射劑量較大。同時，三維斷層引導配準會增加手術時間，特別是在一些需要麻醉的手術中極大的增加手術風險。

5、另一方面，盡管市面上有一些能去除金屬偽影的算法，但當手術所用金屬針的密度與人體骨骼甚至軟組織接近時，常被算法識別成骨骼或者軟組織，導致無法正常去除偽影，影響配準結果。

6、針對三維斷層掃描存在延時，邁瑞醫(yī)療及其他廠商通過超聲成像設備獲取超聲圖像，并根據(jù)超聲圖像確定穿刺針的位置變化以及狀態(tài)。飛利浦公司則對活檢期間活檢針路徑的超聲引導，通過配準的方式將有創(chuàng)設備插入的路徑在超聲圖像空間進行顯示。

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

8、同時，超聲設備的成像受手術針角度的影響，當手術針角度較大時，入射聲波在光滑的手術針表面發(fā)生鏡面反射，導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斷層圖，是人體的一個切面，當手術針偏出切面時，手術針會出現(xiàn)顯示不全，甚至顯示不了的情況。而在手術中使用超聲設備則需要額外采購設備，同時還需要手術師具有實際操作經(jīng)驗從而導致手術成本或風險增大。

技術實現(xiàn)思路

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

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

3、對設備進行幾何校正，獲得每個角度下的投影矩陣；

4、獲得設備初始角度的第一投影圖像，并將所述設備旋轉到預設角度，并獲取所述預設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設角度下的第二投影矩陣；

6、識別第一投影圖像下的手術針尖p0和病灶點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別手術針尖q0和病灶點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為手術針引導路徑。

9、進一步的，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，將手術針引導路徑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、進一步的，所述方法還包括：當所述規(guī)劃路徑未達到預設要求時，修改第一投影圖像上手術針尖p0、病灶點p1的位置點和第二投影圖像上手術針尖q0、病灶點q1的位置點，并根據(jù)修改后的p0、p1和q0、q1，觸發(fā)重新計算手術針引導路徑的過程。

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

16、幾何校正模塊，用于對設備進行幾何校正，獲得每個角度下的投影矩陣；

17、第一計算模塊，用于獲得設備初始角度的第一投影圖像，并將所述設備旋轉到預設角度獲取所述預設角度下的第二投影圖像；

18、第二計算模塊，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設角度下的第二投影矩陣；

19、第一識別模塊，用于識別第一投影圖像下的手術針尖p0和病灶點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、第二識別模塊，用于再次在所述第二投影圖像識別手術針尖q0和病灶點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、引導路徑計算模塊，用于計算虛擬空間內(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為手術針引導路徑。

22、進一步的，所述裝置還包括：

23、第三計算模塊，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、進一步的，所述裝置還包括：

26、手術針投影模塊，用于從投影矩陣中提取任意角度的投影矩陣mdrx，將手術針引導路徑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，用于當所述規(guī)劃路徑未達到預設要求時，修改第一投影圖像上手術針尖p0、病灶點p1的位置點和第二投影圖像上手術針尖q0、病灶點q1的位置點，并根據(jù)修改后的p0、p1和q0、q1，觸發(fā)重新計算手術針引導路徑的過程。

28、第三方面，本發(fā)明實施例還提供了一種電子設備，包括處理器和存儲器，所述存儲器用于存儲計算機程序，所述計算機程序包括程序指令，所述處理器被配置用于調用所述程序指令，執(zhí)行如前所述的基于投影圖像的手術針引導方法。

29、第四方面，本發(fā)明實施例還提供了一種計算機可讀存儲介質，所述計算機可讀存儲介質存儲有計算機程序，所述計算機程序包括程序指令，所述程序指令當被處理器執(zhí)行時使所述處理器執(zhí)行如前所述的基于投影圖像的手術針引導方法。

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

31、本發(fā)明實施例直接利用術前手術規(guī)劃所使用的設備，不受設備和平板大小的限制，且無需額外采購其他設備，對醫(yī)生的手術經(jīng)驗也無額外要求。

32、本發(fā)明實施例的技術方案僅需掃描兩個角度用于設置引導路徑，并再掃描一個角度驗證該路徑的準確性，通過采用投影矩陣來規(guī)劃、引導和反饋手術前、手術中手術針路徑，就能實現(xiàn)手術規(guī)劃和引導，減小了輻射劑量和掃描時間，且本發(fā)明的技術方案無需重建和配準，因此不受金屬偽影的影響。

33、在對本發(fā)明的技術方案的實際應用過程中，手術醫(yī)生可按照習慣觀察投影圖像，進一步增強了其實用性和適用性。