【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及醫學導航規劃領域，尤其涉及一種基于支氣管鏡視圖的氣道導航系統及方法。
技術介紹
1、通常，當對人體氣道進行檢查時，醫療人員將需要查遍肺樹的大多部分或所有部分，比如氣管、左右支氣管以及其各自的細支氣管和肺泡，以檢查是否存在任何異常情況。在其他情況下，希望例如基于磁共振(mr)或計算機斷層攝影(ct)掃描結果對人體氣道的特定部分(比如特定細支氣管)進行研究，包括支氣管鏡鏡頭下診斷以及活檢和穿刺后的病理診斷等。
2、然而，當導航通過人體氣道的各部分時，醫療人員通常憑借經驗將支氣管鏡導航通過人體氣道，例如，基于來自支氣管鏡的相機圖像到達肺樹的大多部分/所有部分、和/或特定部分。由于人體氣道各部分(比如各個支氣管或各個細支氣管)通常看起來十分相似，因此有發生錯誤的風險，例如沒有到達人體氣道的期望部分或者將氣道的某個部分錯認為氣道的不同部分。這進而增加了患者未得到適當檢查的風險。
3、為了提高檢查的準確性，現有方案中通過計算機圖形學技術建立基于支氣管ct圖像的三維虛擬導航地圖，并在手術過程中，對照三維虛擬導航地圖進行支氣管鏡操作過程的引導，這種虛擬導航無法自動將支氣管鏡下圖像與三維虛擬導航地圖中的位置對應，醫生必須依賴經驗，通過對照三維虛擬導航地圖和支氣管鏡當下的視角來判斷支氣管鏡的位置，操作過程需要人為跟隨虛擬漫游的引導進行操作，這種方式對醫生的實時反應能力和操作準確性要求較高，同時在手術過程中，患者的解剖結構可能由于呼吸、組織移位等因素發生變化時，支氣管鏡所在的實時位置無法識別時，會存在無法實時調整
4、現有技術cn112598639a公開了使用拼接點算法進行支氣管樹路徑規劃，能夠在獲取支氣管樹完整的中心線后，快速便捷的規劃出到達任意分支終點的自動漫游路徑，但是并未解決三維虛擬導航地圖畫面中支氣管鏡導航的目標導航路徑和操作支氣管鏡時實際視角下識別到的實時部位的無法持續實時同步的問題。
5、現有技術wo2023124978a1基于虛擬支氣管鏡對應的虛擬支氣管鏡圖像與由真實支氣管鏡采集到的真實支氣管鏡圖像的相似度，確定出的虛擬分叉口局部圖像確定所述真實支氣管鏡在所述真實支氣管樹中的真實位姿，快速有效的實現虛擬支氣管鏡圖像與真實支氣管鏡圖像同步，但是直接采用圖像相似度的對比方式可靠性較低，尤其是操作過程患者的解剖結構可能由于呼吸、組織移位等因素發生變化時使得匹配失敗，圖像無法同步顯示或者顯示結果不準確等問題。
技術實現思路
1、為了解決現有技術中基于三維虛擬地圖模型界面中，在支氣管鏡根據目標導航路徑行進過程中支氣管樹的部位區段和操作支氣管鏡時實際視角識別到的實時部位的無法持續實時同步等問題，本專利技術提供了一種基于支氣管鏡視圖的氣道導航系統及方法，用以幫助醫生在復雜的氣道網絡中更加可靠方便地導航。
2、本申請的第一方面提供了一種基于支氣管鏡視圖的氣道導航系統，該系統包括：
3、重建模塊，其通過ct圖像重建出支氣管樹3d?mask；
4、模型生成模塊，其根據所述支氣管樹3d?mask得到包括3d支氣管樹對應的三維虛擬地圖模型；
5、路徑提取模塊，其基于所述3d支氣管樹提取從支氣管入口至目標部位的導航路徑；
6、路徑選定模塊，其基于預設規劃參數選定所述導航路徑中的一支為目標導航路徑；
7、導航模塊，其基于可視化的指引路徑引導所述支氣管鏡在三維虛擬地圖模型中沿著所述目標導航路徑移動；
8、導航輔助模塊，其將識別到的支氣管鏡對應的實時部位映射至所述3d支氣管樹進行匹配，以實現所述支氣管鏡對應的所述實時部位與所述目標導航路徑動態同步。
9、進一步地，重建模塊包括：
10、輸入準備單元，用于將從支氣管對應的薄層ct圖像序列中選擇經分塊、歸一化處理后的數據塊作為輸入對象；
11、預測單元，用于將所述輸入對象輸入預先訓練的預測模型預測出支氣管體素；
12、輸出單元，用于基于所述支氣管體素進行拼接還原得到支氣管樹3d?mask。
13、進一步地，模型生成模塊包括：
14、預處理單元，用于對所述支氣管樹3d?mask進行形態修復及邊界平滑的預處理；
15、可視化單元，用于基于預處理后的所述支氣管樹3d?mask和vtk可視化技術實現所述支氣管樹和所述三維虛擬地圖模型的可視化。
16、進一步地，該氣道導航系統還包括：路徑規劃模塊，其基于所述導航路徑的路徑長度、接觸所述目標部位時的進入角度、接觸所述目標部位時的進入距離、所述導航路徑的終點位置的氣道直徑、所述導航路徑的終點位置的血管密度中的至少兩個生成所述預設規劃參數。
17、進一步地，路徑規劃模塊包括下述單元中至少兩個：
18、路徑長度計算單元，用于計算所述導航路徑中所述支氣管入口到達目標部位的最短路徑；
19、進入角度計算單元，用于計算所述導航路徑的終點位置的氣道方向與所述目標部位表面法線之間的夾角；
20、進入距離計算單元，用于計算所述導航路徑的終點位置到達目標部位的最短距離；
21、氣道直徑計算單元，用于計算所述導航路徑的終點位置的氣道橫截面直徑；
22、血管密度計算單元，用于計算所述導航路徑的終點位置的血管密度值。
23、進一步地，路徑選定模塊包括：
24、路徑評估單元，基于所述預設規劃參數的權重評估每支所述導航路徑的路徑得分，選定所述路徑得分最高的所述導航路徑為所述目標導航路徑。
25、進一步地，導航模塊包括：
26、結構化單元，用于對所述3d支氣管樹的中心線點集進行結構化處理生成中心線樹；
27、指引單元，用于根據所述中心線樹的樹型結構信息，生成所述中心線樹的根節點至所述目標部位的指引路徑。
28、進一步地，導航輔助模塊包括：
29、部位識別單元，其基于預訓練的部位識別模型識別出所述支氣管鏡經由的當前實時位置采集到的實時圖像對應的實時部位；
30、區段識別單元，其基于預訓練的點云分類模型識別出所述3d支氣管樹的部位區段；
31、部位映射單元，用于將識別到的所述實時部位映射至所述3d支氣管樹對應的所述部位區段；
32、同步單元，用于在所述支氣管鏡沿所述目標導航路徑移動過程中動態同步所述部位映射單元的映射結果。
33、進一步地，區段識別單元包括：
34、點云生成部，用于基于已提取的3d支氣管樹的中心線生成點云集合；
35、分類部，用于基于預訓練的點云分類模型將預處理后點云集合進行點云分類，獲取分類結果作為部位區段的本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種基于支氣管鏡視圖的氣道導航系統，其特征在于，所述系統包括：
2.根據權利要求1所述的基于支氣管鏡視圖的氣道導航系統，其特征在于，所述重建模塊包括：
3.根據權利要求1所述的基于支氣管鏡視圖的氣道導航系統，其特征在于，所述模型生成模塊包括：
4.根據權利要求1所述的基于支氣管鏡視圖的氣道導航系統，其特征在于，所述系統還包括：
5.根據權利要求4所述的基于支氣管鏡視圖的氣道導航系統，其特征在于，所述路徑規劃模塊包括下述單元中至少兩個：
6.根據權利要求1所述的基于支氣管鏡視圖的氣道導航系統，其特征在于，所述路徑選定模塊包括：
7.根據權利要求1所述的基于支氣管鏡視圖的氣道導航系統，其特征在于，所述導航模塊包括：
8.根據權利要求1所述的基于支氣管鏡視圖的氣道導航系統，其特征在于，所述導航輔助模塊包括：
9.根據權利要8所述的基于支氣管鏡視圖的氣道導航系統，其特征在于，所述區段識別單元包括：
10.根據權利要求8所述的基于支氣管鏡視圖的氣道導航系統，其特征在于，所述部位映
11.一種基于支氣管鏡視圖的氣道導航方法，其特征在于，所述方法應用于如權利要求1至10任一所述的基于支氣管鏡視圖的氣道導航系統，所述的方法包括：
...【技術特征摘要】
1.一種基于支氣管鏡視圖的氣道導航系統，其特征在于，所述系統包括：
2.根據權利要求1所述的基于支氣管鏡視圖的氣道導航系統，其特征在于，所述重建模塊包括：
3.根據權利要求1所述的基于支氣管鏡視圖的氣道導航系統，其特征在于，所述模型生成模塊包括：
4.根據權利要求1所述的基于支氣管鏡視圖的氣道導航系統，其特征在于，所述系統還包括：
5.根據權利要求4所述的基于支氣管鏡視圖的氣道導航系統，其特征在于，所述路徑規劃模塊包括下述單元中至少兩個：
6.根據權利要求1所述的基于支氣管鏡視圖的氣道導航系統，其特征在于，所述路徑選...
【專利技術屬性】
技術研發人員：李時悅，鐘長鎬，黃浚峰，陳崇翔，徐慶建，唐純麗，陳愉，陳小波，陳延偉，
申請(專利權)人：廣州醫科大學附屬第一醫院廣州呼吸中心，
類型：發明
國別省市：
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