消融針穿刺路徑規(guī)劃方法及系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開消融針穿刺路徑規(guī)劃方法，包括：獲取腫瘤、血管、骨骼以及體表的數(shù)據(jù)；基于所述數(shù)據(jù)，計(jì)算腫瘤中心點(diǎn)，在腫瘤周邊生成安全邊界區(qū)域，以及標(biāo)定感興趣進(jìn)針區(qū)域；針對感興趣進(jìn)針區(qū)域，計(jì)算滿足基礎(chǔ)障礙約束條件的簡化路徑的虛擬約束，基于虛擬約束將部分簡化路徑設(shè)定為基準(zhǔn)路徑，簡化路徑為連接經(jīng)皮進(jìn)針點(diǎn)到腫瘤中心點(diǎn)的線，基礎(chǔ)障礙約束條件為路徑與血管和骨骼不相交；由至少一個(gè)基準(zhǔn)路徑偏移出滿足給定條件的N個(gè)實(shí)際路徑，N為消融針數(shù)量；以及將N個(gè)實(shí)際路徑輸出為N個(gè)穿刺路徑。還公開了一種消融針穿刺路徑規(guī)劃系統(tǒng)。本發(fā)明能夠高效地自動(dòng)規(guī)劃出最佳的消融針穿刺路徑，為消融手術(shù)提供良好的術(shù)前規(guī)劃指導(dǎo)。
【專利說明】消融針穿刺路徑規(guī)劃方法及系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及醫(yī)學(xué)【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及消融針穿刺路徑規(guī)劃方法及系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]消融治療的手術(shù)規(guī)劃需要滿足各種需求，包括最短路線、避開血管和骨骼障礙、消融針數(shù)量、最低創(chuàng)傷和最佳治療效果等等，虛擬夾具(VF)方法能夠在一定程度上解決以上的需求，包括引導(dǎo)型虛擬夾具(GVF)和障礙型虛擬夾具(FRVF)，GVF是用來引導(dǎo)消融針向期望目標(biāo)或沿期望路徑及表面運(yùn)動(dòng)，同時(shí)可以降低對用戶輸入的需求；FRVF的作用是阻止消融針進(jìn)入障礙區(qū)域，避免出現(xiàn)碰撞等不合法的運(yùn)動(dòng)。最短路徑、最佳治療效果的需求為引導(dǎo)型，血管和骨骼障礙為障礙型。如何綜合考慮以上各種需求，根據(jù)以上需求建立各種虛擬夾具模型，最終得到初步的進(jìn)針路線和消融針的預(yù)估效果，是本領(lǐng)域技術(shù)人員一直研究的課題。現(xiàn)有的消融針穿刺路徑規(guī)劃方式都是由醫(yī)生根據(jù)術(shù)區(qū)的三維圖像，手動(dòng)規(guī)劃出可能的消融針穿刺路徑，然后由計(jì)算機(jī)對路徑數(shù)據(jù)進(jìn)行處理來判斷該路徑是否滿足上述需求，這種方式高度依賴術(shù)者的經(jīng)驗(yàn)，受各種人為因素的干擾，且耗時(shí)耗力。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明實(shí)施例所要解決的技術(shù)問題在于，提供一種消融針穿刺路徑規(guī)劃方法及系統(tǒng)，使得能夠自動(dòng)規(guī)劃出最佳的消融針穿刺路徑。
[0004]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種消融針穿刺路徑規(guī)劃方法，包括:
[0005]獲取腫瘤、血管、骨骼以及體表的數(shù)據(jù)；
[0006]基于所述數(shù)據(jù)，計(jì)算腫瘤中心點(diǎn)，在腫瘤周邊生成安全邊界區(qū)域，以及標(biāo)定感興趣進(jìn)針區(qū)域；
[0007]針對感興趣進(jìn)針區(qū)域，計(jì)算滿足基礎(chǔ)障礙約束條件的簡化路徑的虛擬約束，基于虛擬約束將部分簡化路徑設(shè)定為基準(zhǔn)路徑，簡化路徑為連接經(jīng)皮進(jìn)針點(diǎn)到腫瘤中心點(diǎn)的線，基礎(chǔ)障礙約束條件為路徑與血管和骨骼不相交；
[0008]由至少一個(gè)基準(zhǔn)路徑偏移出滿足給定條件的N個(gè)實(shí)際路徑，N為消融針數(shù)量，給定條件包括基礎(chǔ)障礙約束條件、消融范圍在安全邊界區(qū)域內(nèi)以及消融比大于閾值；以及
[0009]將N個(gè)實(shí)際路徑輸出為N個(gè)穿刺路徑。
[0010]本發(fā)明實(shí)施例還提供了一種消融針穿刺路徑規(guī)劃系統(tǒng)，包括:
[0011]獲取模塊，其獲取腫瘤、血管、骨骼以及體表的數(shù)據(jù)；
[0012]預(yù)處理模塊，其基于所述數(shù)據(jù)，計(jì)算腫瘤中心點(diǎn)，在腫瘤周邊生成安全邊界區(qū)域，以及標(biāo)定感興趣進(jìn)針區(qū)域；
[0013]基準(zhǔn)路徑設(shè)定模塊，其針對感興趣進(jìn)針區(qū)域，計(jì)算滿足基礎(chǔ)障礙約束條件的簡化路徑的虛擬約束，基于虛擬約束將部分簡化路徑設(shè)定為基準(zhǔn)路徑，簡化路徑為連接經(jīng)皮進(jìn)針點(diǎn)到腫瘤中心點(diǎn)的線，基礎(chǔ)障礙約束條件為路徑與血管和骨骼不相交；
[0014]實(shí)際路徑設(shè)定模塊，其由至少一個(gè)基準(zhǔn)路徑偏移出滿足給定條件的N個(gè)實(shí)際路徑，N為消融針數(shù)量，給定條件包括基礎(chǔ)障礙約束條件、消融范圍在安全邊界區(qū)域內(nèi)以及消融比大于閾值；以及
[0015]輸出模塊，其將N個(gè)實(shí)際路徑輸出為N個(gè)穿刺路徑。
[0016]利用本發(fā)明，能夠高效地自動(dòng)規(guī)劃出最佳的消融針穿刺路徑，為消融手術(shù)提供良好的術(shù)前規(guī)劃指導(dǎo)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1為消融針路徑規(guī)劃參考圖。
[0018]圖2為本發(fā)明實(shí)施例的消融針穿刺路徑規(guī)劃方法的流程示意圖。
[0019]圖3為本發(fā)明實(shí)施例的消融針路徑規(guī)劃示意圖。
[0020]圖4為本發(fā)明實(shí)施例的消融針穿刺路徑規(guī)劃方法中的部分流程示意圖之一。
[0021]圖5為本發(fā)明實(shí)施例的消融針穿刺路徑規(guī)劃方法中的部分流程示意圖之一。
[0022]圖6為本發(fā)明實(shí)施例的消融針穿刺路徑規(guī)劃系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述，但不作為對本發(fā)明的限定。
[0024]圖1為消融針路徑規(guī)劃示意圖。如圖1所示，本發(fā)明的目的就在于，如何自動(dòng)規(guī)劃出從經(jīng)皮進(jìn)針點(diǎn)Pi到腫瘤T的N個(gè)穿刺路徑，N為消融針數(shù)量，這些穿刺路徑需要滿足各種需求,如要避開血管V和骨骼S等。
[0025]本發(fā)明實(shí)施例提供了一種消融針穿刺路徑規(guī)劃方法。利用該方法能夠高效地自動(dòng)規(guī)劃出最佳的消融針穿刺路徑。圖2為本發(fā)明實(shí)施例的消融針穿刺路徑規(guī)劃方法的流程示意圖。
[0026]如圖2所示，本發(fā)明的消融針穿刺路徑規(guī)劃方法包括:
[0027]步驟SI，
[0028]獲取腫瘤、血管、骨骼以及體表的數(shù)據(jù)。
[0029]該步驟可以采用各種常規(guī)方式實(shí)現(xiàn)。這里的血管可以僅是一些重要血管。
[0030]步驟S2，
[0031]基于上述數(shù)據(jù)，計(jì)算腫瘤中心點(diǎn)，在腫瘤周邊生成安全邊界區(qū)域，以及標(biāo)定感興趣進(jìn)針區(qū)域。
[0032]具體來說，該步驟包含以下過程:
[0033]①計(jì)算腫瘤中心點(diǎn):
[0034]該計(jì)算可以采用各種方式實(shí)現(xiàn)。
[0035]例如，基于獲取的腫瘤數(shù)據(jù)，可以通過將分割后的腫瘤面片數(shù)據(jù)中所有的點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行均值計(jì)算來得到腫瘤中心點(diǎn)匕。
[0036]②在腫瘤周邊生成安全邊界區(qū)域(RSL區(qū)域):
[0037]即在腫瘤外層正常組織中生成一層區(qū)域，該區(qū)域不包含血管和骨骼。此區(qū)域用于限制消融針的作用范圍，也即消融針的消融范圍不可超過該區(qū)域。
[0038]③標(biāo)定感興趣進(jìn)針區(qū)域(R0I區(qū)域):[0039]消融針的進(jìn)針區(qū)域限定在感興趣進(jìn)針區(qū)域內(nèi)。后續(xù)步驟均是針對ROI區(qū)域進(jìn)行的，這樣可以有效減小搜索范圍和計(jì)算區(qū)域。
[0040]可以以各種方式實(shí)現(xiàn)標(biāo)定。較為有利的方式是，依照腫瘤的外層輪廓在主要進(jìn)針方向設(shè)置錐形區(qū)域作為ROI區(qū)域，如圖3所示，示出了該錐形區(qū)域的一個(gè)截面。例如，該錐形區(qū)域的角度可以為60度。
[0041]步驟S3，
[0042]針對感興趣進(jìn)針區(qū)域，計(jì)算滿足基礎(chǔ)障礙約束條件的簡化路徑的虛擬約束，基于虛擬約束將部分簡化路徑設(shè)定為基準(zhǔn)路徑，簡化路徑為連接經(jīng)皮進(jìn)針點(diǎn)Pi到腫瘤中心點(diǎn)P。的線，下文表示為PiPp
[0043]具體來說，該步驟包含以下過程:
[0044]①搜索滿足基礎(chǔ)障礙約束條件的簡化路徑。
[0045]可以適當(dāng)設(shè)定基礎(chǔ)障礙約束條件。在本實(shí)例中，基礎(chǔ)障礙約束條件為路徑與血管和骨骼不相交。
[0046]在感興趣進(jìn)針區(qū)域，可以每隔一定度數(shù)(例如，3度等)的空間角作為搜索間隔選取經(jīng)皮進(jìn)針點(diǎn)Pi (如圖1所示)，判斷其是否滿足基礎(chǔ)障礙約束條件。
[0047]另外，可以將ROI區(qū)域分成M個(gè)子區(qū)，對每個(gè)子區(qū)執(zhí)行上述步驟。
[0048]判斷是否相交可以采用多種算法，例如可以采用GPU加速的射線-體素相交算法等，從而提聞算法計(jì)算效率。
[0049]②對滿足基礎(chǔ)障礙約束條件的簡化路徑，計(jì)算虛擬約束。
[0050]虛擬約束可以包括引導(dǎo)型虛擬約束和障礙型虛擬約束。本領(lǐng)域有多種設(shè)計(jì)虛擬約束的方式，均可以應(yīng)用于本發(fā)明。
[0051]此處，以最短進(jìn)針路線虛擬約束VFdist和骨骼血管障礙虛擬約束VFbmielr為例進(jìn)行說明。虛擬約束為:VF=VFdist+VFbmiOT。
【權(quán)利要求】
1.一種消融針穿刺路徑規(guī)劃方法，其特征在于，包括: 獲取腫瘤、血管、骨骼以及體表的數(shù)據(jù)； 基于所述數(shù)據(jù)，計(jì)算腫瘤中心點(diǎn)，在腫瘤周邊生成安全邊界區(qū)域，以及標(biāo)定感興趣進(jìn)針區(qū)域； 針對感興趣進(jìn)針區(qū)域，計(jì)算滿足基礎(chǔ)障礙約束條件的簡化路徑的虛擬約束，基于虛擬約束將部分簡化路徑設(shè)定為基準(zhǔn)路徑，簡化路徑為連接經(jīng)皮進(jìn)針點(diǎn)到腫瘤中心點(diǎn)的線，基礎(chǔ)障礙約束條件為路徑與血管和骨骼不相交； 由至少一個(gè)基準(zhǔn)路徑偏移出滿足給定條件的N個(gè)實(shí)際路徑，N為消融針數(shù)量，給定條件包括基礎(chǔ)障礙約束條件、消融范圍在安全邊界區(qū)域內(nèi)以及消融比大于閾值；以及將N個(gè)實(shí)際路徑輸出為N個(gè)穿刺路徑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的消融針穿刺路徑規(guī)劃方法，其特征在于，標(biāo)定感興趣進(jìn)針區(qū)域?yàn)?依照腫瘤的外層輪廓在主要進(jìn)針方向設(shè)置錐形區(qū)域作為感興趣進(jìn)針區(qū)域。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的消融針穿刺路徑規(guī)劃方法，其特征在于，將感興趣進(jìn)針區(qū)域分成多個(gè)子區(qū)，每個(gè)子區(qū)最多設(shè)定一個(gè)基準(zhǔn)路徑。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的消融針穿刺路徑規(guī)劃方法，其特征在于，由至少一個(gè)基準(zhǔn)路徑偏移出滿足給定條件的N個(gè)實(shí)際路徑包括: 由一個(gè)基準(zhǔn)路徑偏移出 滿足給定條件的N個(gè)實(shí)際路徑。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的消融針穿刺路徑規(guī)劃方法，其特征在于，所述一個(gè)基準(zhǔn)路徑是操作者選擇的或自動(dòng)選擇的。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的消融針穿刺路徑規(guī)劃方法，其特征在于，由至少一個(gè)基準(zhǔn)路徑偏移出滿足給定條件的N個(gè)實(shí)際路徑包括: 由每個(gè)基準(zhǔn)路徑偏移出滿足給定條件的一組N個(gè)備選路徑；以及比較各組N個(gè)備選路徑，將消融比最高或虛擬約束最優(yōu)的一組N個(gè)備選路徑作為N個(gè)實(shí)際路徑。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的消融針穿刺路徑規(guī)劃方法，其特征在于，給定條件還包括消融比最高或虛擬約束最優(yōu)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的消融針穿刺路徑規(guī)劃方法，其特征在于，偏移的方式為以與基準(zhǔn)路徑平行的方式移動(dòng)。
9.一種消融針穿刺路徑規(guī)劃系統(tǒng)，其特征在于，包括: 獲取模塊，其獲取腫瘤、血管、骨骼以及體表的數(shù)據(jù)； 預(yù)處理模塊，其基于所述數(shù)據(jù)，計(jì)算腫瘤中心點(diǎn)，在腫瘤周邊生成安全邊界區(qū)域，以及標(biāo)定感興趣進(jìn)針區(qū)域； 基準(zhǔn)路徑設(shè)定模塊，其針對感興趣進(jìn)針區(qū)域，計(jì)算滿足基礎(chǔ)障礙約束條件的簡化路徑的虛擬約束，基于虛擬約束將部分簡化路徑設(shè)定為基準(zhǔn)路徑，簡化路徑為連接經(jīng)皮進(jìn)針點(diǎn)到腫瘤中心點(diǎn)的線，基礎(chǔ)障礙約束條件為路徑與血管和骨骼不相交； 實(shí)際路徑設(shè)定模塊，其由至少一個(gè)基準(zhǔn)路徑偏移出滿足給定條件的N個(gè)實(shí)際路徑，N為消融針數(shù)量，給定條件包括基礎(chǔ)障礙約束條件、消融范圍在安全邊界區(qū)域內(nèi)以及消融比大于閾值；以及 輸出模塊，其將N個(gè)實(shí)際路徑輸出為N個(gè)穿刺路徑。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的消融針穿刺路徑規(guī)劃系統(tǒng)，其特征在于，所述基準(zhǔn)路徑設(shè)定模塊將感興趣進(jìn)針區(qū)域分成多個(gè)子區(qū)，每個(gè)子區(qū)最多設(shè)定一個(gè)基準(zhǔn)路徑。
【文檔編號】A61B19/00GK103970988SQ201410148012
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2014年4月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月14日
【發(fā)明者】梁萍, 吳文波, 于曉玲, 程志剛, 劉方義, 薛勁, 穆夢娟 申請人:中國人民解放軍總醫(yī)院