超声引导下微波消融治疗机器人系统的初步研究 .pdfVIP

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专题（超声）

Ｆｏｒｕｍ（Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ）

转换到术中操作空间，经工作站控制将位于机器人末

端的穿刺导向装置快速准确的定位到术前预先指定的

位置，在工作站上实时显示二维超声平面、穿刺针针尖、

针杆、穿刺针虚拟延长线与三维超声的空间位置关系。

仪器：（１）Ｂ型超声仪（ＵＬＴＲＡＭＡＲＫ一９，ＡＴＬ公

司，美国）；（２）磁跟踪器（ｐｃｉＢｉｒｄｓ，ｍｏｄｅｌ６ＤＦＯＢ，

ＡｓｃｅｎｓｉｏｎＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ公司，美国）；（３）采集穿刺机器

人各关节编码器角度数据的板卡（ＰＭＡＣ—ＰＣＩＬｉｔｅ，Ｄｅｌｔａ

Ｔａｕ数字系统公司，美国）。（４）微波治疗天线；（５）图

形工作站。

１．２系统工作流程

超声引导微波消融治疗机器人系统的工作流程（图

１）如下：在治疗前，同步采集肿瘤及周围区域内的多们必须得到超声图像上所代表的实际目标的空间坐标

幅二维超声图像和超声探头位姿信息，并获取特征组与固定在探头上的感应器相对于发射器的空间坐标之

织图像及位姿信息。然后将这些信息构成三维超声图间的转换关系，这一过程为标定（图２）。目前已有的

像，医生将在此基础上依据消融治疗肿瘤专家库进行标定方法主要有平面法、交叉线法及Ｚ型线法等，这

消融治疗规划，确定消融器的进针部位和方向。治疗时，些方法均需要处理大量的图像（１００张以上），需要消耗

通过周围组织特征图像将当前病人实体状态与治疗前时间长达１小时之久，较难满足临床的实际使用『２】。我

获得的三维超声图像和消融规划结果进行配准，依据们改进了ｚ型线法，仅需处理３张图像，并编写程序

实时超声图像信息，控制机器人运动。安装在机器人简化了处理过程，全部标定仅需２分钟即可完成，完

终端的装置引导微波天线，实现立体精确定位治疗。全满足实际操作需要。

１．３术前超声图像信息的获取及三维超声重建目前三维重构技术主要可以分成两大类：一类是

由于目前的三维超声仪不提供治疗中所需的空间基于表面的方法，一类是基于体数据的方法。系统采

坐标，我们设计实现了基于磁定位的自由臂扫查三维用两者相结合的方法，对肿瘤区域进行表面绘制，对

超声成像系统，并针对于超声引导下微波消融治疗的周围区域的血管等组织进行体绘制。

目的进行了相应的优化设计。１－４图像匹配

由于磁跟踪器所获得的空间位置信息是固定在探治疗前后由于磁跟踪器发射器位置的改变及患者

头上的感应器（ｓｅｎｓｏｒ）相对于发射器的空间坐标，并不的移动，使得治疗中与治疗前获得的空间坐标不一致，

是超声图像上所代表的实际目标的空间坐标，所以我因此需要通过图像匹配的方法使治疗前模型与治疗中

病人实体之间的空间坐标达到一致。这一步骤是治疗

过程中关键的一步，其精度直接决定了机器人系统精

度。针对肝癌微波消融治疗，我们采取了一种基于肝

脏血管结构解剖特征的配准方法，相对于体表标志点，

肝脏内部血管能够和周围的肿瘤一起运动，提供更好

的相关性，很好地避免因患者体位变化、呼吸运动和

心跳而造成的肝组织变形和位移。系统采用了一种基

于图像和特征的配准方法，该方法只要求在术前图像

中提取特征点，然后与术中的图像直接进行配准，无■一

’６《中国医疗器械信息》２００７年第ｌ３卷第３期ｖｏ１．１３Ｎｏ．３