【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及醫療技術以及計算機，具體為一種穿刺路徑規劃方法及規劃系統。
技術介紹
1、在臨床實踐中，為了對身體內部的器官或組織實施活檢操作，常常會選用活檢針進行取樣。然而，活檢針在使用過程中會刺破皮膚、肌肉以及其他體內器官或組織，這不可避免地會對人體造成一定程度的損傷。尤為重要的是，一些器官或組織是不能被活檢針穿過的，例如肋骨、胸骨、脊柱等堅硬的骨組織(除非目標是進行骨髓穿刺)，以及像心臟、大血管、氣管等危險部位，以及不合理的穿刺部位(比如當穿刺目標位于肺部時，就不應通過肝臟等部位)。
2、傳統的穿刺手術對于穿刺路徑的選擇，多依賴于醫生的經驗，選擇穿刺路徑的可靠性還有很大的提升空間。為了提高選擇穿刺路徑的可靠性，已有改進的方法提出基于患者的醫學影像構建人體三維模型，在三維模型中設置禁區和安全區域，利用計算機的數據處理能力以及預先設置的篩選條件，自動篩選出最優的穿刺路徑。這種改進的方法固然可以的準確的確認穿刺對象軀體內器官和組織的位置，但對于路徑的規劃上仍存在一些不足，例如：
3、1)穿刺針經過不同器官和組織，所帶來的風險程度不同，將器官和組織簡單的劃分為安全和禁止穿刺部位，所獲得的路徑選項可能不夠客觀準確；
4、2)計算機根據預設條件直接輸出最優篩選結果，缺少了對各種路徑之間比對的呈現，無法為施術者提供更全面的參考信息；
5、3)針對皮膚上所有位置以暴力窮舉的方式規劃路徑，計算量大，計算效率低等。
技術實現思路
1、本專利技術的技術
2、為實現上述技術目的，本專利技術提供的技術方案為：
3、一種穿刺路徑規劃方法，其特征在于，包括：
4、獲取穿刺對象的醫學影像，基于所述醫學影像構建穿刺對象軀體的三維模型；
5、確定穿刺的目標區域在所述三維模型中的位置，在目標區域設置一虛擬光源，所述虛擬光源向各方向輸出同等的光強；
6、篩選穿刺起始點在三維模型皮膚表面上的候選區域，確定虛擬光源到候選區域各體體素點的光線傳播路徑；
7、將所述三維模型中包含的器官和組織定義為光吸收度不完全相同的單位，根據是否允許活檢針經過，以及活檢針經過時的風險程度，分別對相應單位進行光吸收系數的賦值；
8、結合各傳播路徑經過的單位的光吸收系數，計算到達候選區域各體素點的光強，并據此生成所述候選區域的灰度圖像，通過灰度描述對候選區域的各體素點作為穿刺起始點的推薦度。
9、在上述方案的基礎上，進一步改進的方案還包括：
10、作為一種優選的實施方案，篩選穿刺起始點在三維模型皮膚表面上的候選區域的方法為：
11、穿刺的目標區域為目標點時，以所述目標點為中心，以活檢針的最大穿刺深度為半徑，確定一個球體，所述球體與三維模型相交，位于球體內的三維模型皮膚表面為候選區域；
12、穿刺的目標區域為目標多面體時，沿所述目標多面體的外表面進行等距離的外擴，外擴距離為活檢針的最大穿刺深度，獲得一個擴大的多面體，所述擴大的多面體與三維模型相交，位于擴大的多面體內的三維模型皮膚表面為候選區域。
13、作為一種優選的實施方案，所述球體或擴大的多面體的邊界超出ct或mr等醫學影像的掃描范圍時，通過補0操作進行圖像擴展。
14、作為一種優選的實施方案，采用如下公式計算各光線傳播路徑上各單位的透射光強：
15、
16、上式中，i為光線傳播路徑上的單位編號，i0i為單位i的入射光強，iti為單位i的透射光強，ki為單位i的光吸收系數，li為當前光線傳播路徑經過單位i的長度。
17、作為一種優選的實施方案，本專利技術方法進行光吸收系數的賦值時，對各單位包含的每個體素分別進行賦值；
18、預設高風險單位，設定所有高風險單位各體素的光吸收系數；
19、針對高風險單位以外的可經過活檢針的其他單位，將屬于同一單位但位于不同位置的體素，根據其與高風險單位距離的遠近，賦值不同的光吸收系數，此處賦值的原則為距離越遠，體素光吸收系數越小。
20、作為一種優選的實施方案，計算到達候選區域各體素點光強的方法為：
21、通過marching?cubes算法將三維模型皮膚表面的體素數據轉化為由三角形面片組成的幾何網格，利用每個三角形面片的三個頂點的坐標，計算出各三角形面片的表面法向量n，確定各三角形面片的朝向；
22、對于所述候選區域中任一位置的三角形面片，其光照強度表達為：
23、i＝it*max(n·l，0)或i＝w*it*max(n·l，0)，其中，l表示從當前三角形面片到虛擬光源的方向向量，w表示權重系數；
24、it＝i0·10-∑iki·li，其中，i為光線傳播路徑上的單位編號，i0為虛擬光源輸出的光強，ki為單位i的光吸收系數，li為當前光線傳播路徑經過單位i的長度。
25、作為一種優選的實施方案，本專利技術方法通過空體積剔除加速三維模型的體積渲染過程，所述空體積包括完全透明區域和完全不透明區域；
26、所述完全透明區域對應于三維模型的背景區域、無效區域或預設的活檢針經過時的低風險單位，當光線傳播路徑達到完全透明區域時，跳過對該區域的計算；
27、所述完全不透明區域對應于活檢針不能經過的區域，當光線傳播路徑遇到完全不透明區域時，跳過后續計算，直接輸出當前傳播路徑達到三維模型皮膚表面相應體素點的光強為0。
28、作為一種優選的實施方案，本專利技術方法還包括采用等距圓柱投影的方式將三維模型的皮膚表面映射至平面圖上查看的步驟。
29、作為一種優選的實施方案，本專利技術方法還包括通過訓練好的神經網絡模型，對器官和組織進行識別與分類，和/或對病灶進行檢測的步驟。
30、一種穿刺路徑規劃系統，其特征在于，包括以下組成部分：
31、模型構建模塊，用于基于穿刺對象的醫學影像構建穿刺對象軀體的三維模型；
32、系數賦值模塊，用于將所述三維模型中包含的器官和組織定義為光吸收度不完全相同的單位，根據是否允許活檢針經過，以及活檢針經過時的風險程度，分別對各單位進行光吸收系數的賦值；
33、虛擬光源配置模塊，根據穿刺的目標區域在所述三維模型中的位置，在目標區域生成虛擬光源；
34、候選區域篩選模塊，基于活檢針的最大穿刺深度，篩選出穿刺起始點在三維模型皮膚表面上的候選區域，以確定虛擬光源到候選區域各位置的光線傳播路徑；
35、灰度值計算模塊，結合各光線傳播路徑經過的單位的光吸收系數，計算到達候選區域各體素點的光強，并據此生成所述候選區域的灰度圖像，通過灰度描述對合理候選區各體素點作為穿刺起始點的推薦度。
36、有益效果：
37、本專利技術基于醫學影像和計算機技術實現，以本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種穿刺路徑規劃方法，其特征在于，包括：
2.如權利要求1所述的一種穿刺路徑規劃方法，其特征在于，篩選穿刺起始點在三維模型皮膚表面的候選區域的方法為：
3.如權利要求1所述的一種穿刺路徑規劃方法，其特征在于，所述球體或擴大的多面體的邊界超出醫學影像的掃描范圍時，通過補0操作進行圖像擴展。
4.如權利要求1所述的一種穿刺路徑規劃方法，其特征在于，采用如下公式計算各光線傳播路徑上各單位的透射光強：
5.如權利要求1所述的一種穿刺路徑規劃方法，其特征在于，進行光吸收系數的賦值時，對各單位包含的每個體素分別進行賦值；
6.如權利要求1所述的一種穿刺路徑規劃方法，其特征在于，計算到達候選區域各體素點的光強的方法為：
7.如權利要求1所述的一種穿刺路徑規劃方法，其特征在于，通過空體積剔除加速三維模型的體積渲染過程，所述空體積包括完全透明區域和完全不透明區域；
8.如權利要求1所述的一種穿刺路徑規劃方法，其特征在于，包括采用等距圓柱投影的方式將三維模型的皮膚表面映射至平面圖上查看的步驟。
9.如
10.一種穿刺路徑規劃系統，其特征在于，包括：
...【技術特征摘要】
1.一種穿刺路徑規劃方法，其特征在于，包括：
2.如權利要求1所述的一種穿刺路徑規劃方法，其特征在于，篩選穿刺起始點在三維模型皮膚表面的候選區域的方法為：
3.如權利要求1所述的一種穿刺路徑規劃方法，其特征在于，所述球體或擴大的多面體的邊界超出醫學影像的掃描范圍時，通過補0操作進行圖像擴展。
4.如權利要求1所述的一種穿刺路徑規劃方法，其特征在于，采用如下公式計算各光線傳播路徑上各單位的透射光強：
5.如權利要求1所述的一種穿刺路徑規劃方法，其特征在于，進行光吸收系數的賦值時，對各單位包含的每個體素分別進行賦值；
6.如權利要求1...
【專利技術屬性】
技術研發人員：劉劍，牛兵，
申請(專利權)人：上海睿觸科技有限公司，
類型：發明
國別省市：
還沒有人留言評論。發表了對其他瀏覽者有用的留言會獲得科技券。