本發(fā)明涉及醫(yī)學(xué)圖像處理，具體涉及一種基于尿道重建的前列腺消融規(guī)劃方法、系統(tǒng)、電子設(shè)備及介質(zhì)。

背景技術(shù)：

1、前列腺增生又稱良性前列腺增生，bph是男性常見的年齡相關(guān)疾病，通常表現(xiàn)為尿頻、尿急、夜尿增多、排尿困難等癥狀。前列腺增生主要影響中老年男性的生活質(zhì)量，隨著年齡增長，其發(fā)病率也逐漸上升。

2、治療前列腺增生的方法包括藥物治療、微創(chuàng)手術(shù)和傳統(tǒng)手術(shù)治療，保守藥物治療適用于癥狀較輕的患者,對于重癥患者收效甚微。而傳統(tǒng)手術(shù)治療，手術(shù)創(chuàng)傷大，恢復(fù)時間較長，住院時間較長。風(fēng)險較高，可能出現(xiàn)并發(fā)癥如出血、感染、尿失禁等。而微創(chuàng)手術(shù)創(chuàng)傷小，恢復(fù)快，手術(shù)時間短。手術(shù)后尿道保留導(dǎo)管時間短。

3、蒸氣消融技術(shù)已經(jīng)成為緩解癥狀同時盡量減少或消除住院時間和術(shù)后并發(fā)癥的更優(yōu)選擇，如何在超聲引導(dǎo)下更好的對醫(yī)護(hù)人員進(jìn)行術(shù)中規(guī)劃和引導(dǎo)成為來了亟待解決的問題。

4、在經(jīng)尿道前列腺消融手術(shù)中，如何精確定位尿道中心線并實現(xiàn)自動化布針規(guī)劃是一個關(guān)鍵挑戰(zhàn)。同時，由于尿道的彎曲性和個體差異，僅依靠術(shù)前規(guī)劃難以保證消融針的精確布放。

5、如何在有限的操作空間內(nèi)實現(xiàn)多維度的消融針調(diào)整，以及如何在保證治療效果的同時縮短手術(shù)時間，都是亟待解決的問題。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是針對蒸氣消融術(shù)的規(guī)劃和導(dǎo)航問題，提出一種基于尿道重建的前列腺消融規(guī)劃方法、系統(tǒng)、電子設(shè)備及介質(zhì)。

2、本發(fā)明的技術(shù)方案是：

3、本發(fā)明提供一種基于尿道重建的前列腺消融規(guī)劃方法，該方法執(zhí)行靜態(tài)規(guī)劃，包括以下步驟：

4、三維建模步驟：獲取人體醫(yī)學(xué)影像，分割膀胱、前列腺內(nèi)腺和外周并構(gòu)建三維模型；

5、尿道重建步驟：獲取手術(shù)器械經(jīng)尿道到達(dá)前列腺增生手術(shù)中的起始位置和終止位置的定位軌跡數(shù)據(jù)，根據(jù)定位軌跡數(shù)據(jù)擬合所述尿道的中心線，均勻采樣得到中心線點集，將尿道中心線映射至所述三維模型；

6、靜態(tài)規(guī)劃步驟：根據(jù)消融針的物理參數(shù)，沿尿道中心線進(jìn)行布針靜態(tài)規(guī)劃，從起始位置開始遍歷尿道中心線，獲取最優(yōu)擊發(fā)點和擊發(fā)方向；

7、循環(huán)執(zhí)行靜態(tài)規(guī)劃步驟，直到消融范圍到達(dá)預(yù)設(shè)比例時靜態(tài)規(guī)劃結(jié)束。

8、進(jìn)一步地，所述三維建模步驟中；基于人體超聲圖像構(gòu)建超聲三維模型，分割膀胱、前列腺內(nèi)腺以及外周并進(jìn)行三維重建。

9、進(jìn)一步地，構(gòu)建超聲三維模型后，還包括；

10、基于人體mri醫(yī)學(xué)診斷圖像構(gòu)建mri三維模型；分割膀胱、前列腺內(nèi)腺以及外周并進(jìn)行三維重建；對三維重建后的超聲三維模型和mri三維模型進(jìn)行配準(zhǔn)，得到配準(zhǔn)矩陣，該配準(zhǔn)矩陣將超聲三維模型的坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換至mri三維模型的坐標(biāo)系。

11、進(jìn)一步地，所述起始位置為膀胱頸口，所述終止位置為精阜位置。

12、進(jìn)一步地，所述手術(shù)器械的后端帶有磁導(dǎo)航定位器。

13、進(jìn)一步地，根據(jù)定位軌跡數(shù)據(jù)擬合所述尿道的中心線具體包括：

14、根據(jù)手術(shù)器械尖端經(jīng)尿道的路徑，記錄路徑上采集點的電磁坐標(biāo)，進(jìn)行多項式曲線擬合，獲得所述尿道的中心線。

15、進(jìn)一步地，所述靜態(tài)規(guī)劃步驟具體包括：

16、根據(jù)消融針擊發(fā)深度 h、消融球半徑 r，橫斷面擊發(fā)方向，獲取尿道中心線點對應(yīng)的實際消融區(qū)域，，為中心線點集；

17、令當(dāng)前待消融區(qū)域為，獲取覆蓋最大待消融范圍的尿道中心點和擊發(fā)方向，作為最優(yōu)擊發(fā)點和擊發(fā)方向；

18、；

19、更新待消融區(qū)域。

20、進(jìn)一步地，所述實際消融區(qū)域具體為：

21、令尿道中心線點 p的坐標(biāo)為 p（ x1， y1， z1），擊發(fā)方向表示為方向向量，擊發(fā)深度為 h；

22、則消融區(qū)域是以?為球心， r為消融球半徑，向外周形成球形消融范圍的區(qū)域，；球心坐標(biāo)采用下述公式：

23、；

24、；

25、。

26、一種基于尿道重建的前列腺消融規(guī)劃方法，該方法執(zhí)行動態(tài)規(guī)劃，包括以下步驟：

27、三維建模步驟：獲取人體醫(yī)學(xué)影像，分割膀胱、前列腺內(nèi)腺和外周并構(gòu)建三維模型；

28、尿道重建步驟：獲取手術(shù)器械經(jīng)尿道到達(dá)前列腺增生手術(shù)中的起始位置和終止位置的定位軌跡數(shù)據(jù)，根據(jù)定位軌跡數(shù)據(jù)擬合所述尿道的中心線，均勻采樣得到中心線點集，將尿道中心線映射至所述三維模型；

29、靜態(tài)規(guī)劃步驟：根據(jù)消融針的物理參數(shù)，沿尿道中心線進(jìn)行布針靜態(tài)規(guī)劃，從起始位置開始遍歷尿道中心線，獲取最優(yōu)擊發(fā)點和擊發(fā)方向；

30、動態(tài)調(diào)整步驟：獲取術(shù)中實時超聲圖像，對消融范圍進(jìn)行實時監(jiān)測；根據(jù)所述實時超聲圖像確定實際消融范圍，更新所述消融針物理參數(shù)；根據(jù)更新后的消融針物理參數(shù)，調(diào)用所述靜態(tài)規(guī)劃步驟，動態(tài)調(diào)整后續(xù)布針方案；根據(jù)所述后續(xù)布針方案，能夠在三維模型下引導(dǎo)消融槍至擊發(fā)點。

31、進(jìn)一步地，根據(jù)所述實時超聲圖像確定實際消融范圍，更新所述消融針物理參數(shù)具體包括：

32、采用超聲探頭對消融范圍進(jìn)行實時監(jiān)測，在超聲圖像的橫斷面檢測到消融針頭，在第一針擊發(fā)后勾勒出最大蒸汽彌散范圍，作最小外接圓，更新?lián)舭l(fā)深度和消融球半徑。

33、進(jìn)一步地，采用最小外接圓的半徑更新消融球半徑，利用最小外接圓的圓心坐標(biāo)和消融針尖端坐標(biāo)計算針尖到圓心的距離，更新?lián)舭l(fā)深度。

34、進(jìn)一步地，根據(jù)所述后續(xù)布針方案，在三維模型下引導(dǎo)消融槍至擊發(fā)點具體包括：

35、獲取消融槍針尖的坐標(biāo)，計算針尖坐標(biāo)與目標(biāo)擊發(fā)點坐標(biāo)之間的距離，判斷針尖是否到達(dá)目標(biāo)擊發(fā)點；

36、若針尖未到達(dá)目標(biāo)擊發(fā)點，則獲取針尖當(dāng)前坐標(biāo)和目標(biāo)擊發(fā)點坐標(biāo)，計算針尖到目標(biāo)擊發(fā)點的方向向量，將該向量映射到三維模型中進(jìn)行可視化顯示，引導(dǎo)針尖向目標(biāo)擊發(fā)點運(yùn)動；

37、若針尖到達(dá)目標(biāo)擊發(fā)點，提示用戶進(jìn)行消融，并獲取消融過程的實時超聲圖像，并執(zhí)行動態(tài)調(diào)整步驟。

38、一種基于尿道重建的前列腺消融規(guī)劃系統(tǒng)，實現(xiàn)所述的執(zhí)行靜態(tài)規(guī)劃的方法，包括：

39、三維建模單元：用于獲取人體醫(yī)學(xué)影像，分割膀胱、前列腺內(nèi)腺和外周并構(gòu)建三維模型；

40、尿道重建單元：用于獲取手術(shù)器械經(jīng)尿道到達(dá)前列腺增生手術(shù)中的起始位置和終止位置的定位軌跡數(shù)據(jù)，根據(jù)定位軌跡數(shù)據(jù)擬合所述尿道的中心線，均勻采樣得到中心線點集，將尿道中心線映射至所述三維模型；

41、靜態(tài)規(guī)劃單元：用于根據(jù)消融針的物理參數(shù)，沿尿道中心線進(jìn)行布針靜態(tài)規(guī)劃，從起始位置開始遍歷尿道中心線，獲取最優(yōu)擊發(fā)點和擊發(fā)方向；

42、循環(huán)執(zhí)行靜態(tài)規(guī)劃步驟，直到消融范圍到達(dá)預(yù)設(shè)比例時靜態(tài)規(guī)劃結(jié)束。

43、一種電子設(shè)備，包括：

44、存儲器，用于存儲由設(shè)備的一個或多個處理器執(zhí)行的指令，

45、以及處理器，用于執(zhí)行所述指令，以使得所述電子設(shè)備執(zhí)行所述的執(zhí)行靜態(tài)規(guī)劃的方法。

46、一種計算機(jī)可讀存儲介質(zhì)，所述計算機(jī)可讀存儲介質(zhì)存儲有計算機(jī)程序，該計算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時實現(xiàn)所述的執(zhí)行靜態(tài)規(guī)劃的方法。

47、一種基于尿道重建的前列腺消融規(guī)劃系統(tǒng)，實現(xiàn)所述的執(zhí)行動態(tài)規(guī)劃的方法，包括：

48、三維建模單元：用于獲取人體醫(yī)學(xué)影像，分割膀胱、前列腺內(nèi)腺和外周并構(gòu)建三維模型；

49、尿道重建單元：用于獲取手術(shù)器械經(jīng)尿道到達(dá)前列腺增生手術(shù)中的起始位置和終止位置的定位軌跡數(shù)據(jù)，根據(jù)定位軌跡數(shù)據(jù)擬合所述尿道的中心線，均勻采樣得到中心線點集，將尿道中心線映射至所述三維模型；

50、靜態(tài)規(guī)劃單元：用于根據(jù)消融針的物理參數(shù)，沿尿道中心線進(jìn)行布針靜態(tài)規(guī)劃，從起始位置開始遍歷尿道中心線，獲取最優(yōu)擊發(fā)點和擊發(fā)方向；

51、動態(tài)調(diào)整單元：用于獲取術(shù)中實時超聲圖像，對消融范圍進(jìn)行實時監(jiān)測；根據(jù)所述實時超聲圖像確定實際消融范圍，更新所述消融針物理參數(shù)；根據(jù)更新后的消融針物理參數(shù)，調(diào)用所述靜態(tài)規(guī)劃單元，動態(tài)調(diào)整后續(xù)布針方案；根據(jù)所述后續(xù)布針方案，能夠在三維模型下引導(dǎo)消融槍至擊發(fā)點。

52、一種電子設(shè)備，包括：

53、存儲器，用于存儲由設(shè)備的一個或多個處理器執(zhí)行的指令，

54、以及處理器，用于執(zhí)行所述指令，以使得所述電子設(shè)備執(zhí)行所述的執(zhí)行動態(tài)規(guī)劃的方法。

55、一種計算機(jī)可讀存儲介質(zhì)，所述計算機(jī)可讀存儲介質(zhì)存儲有計算機(jī)程序，該計算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時實現(xiàn)所述的執(zhí)行動態(tài)規(guī)劃的方法。

56、本發(fā)明的有益效果：

57、本發(fā)明根據(jù)尿道形態(tài)對前列腺消融進(jìn)行動態(tài)規(guī)劃，實現(xiàn)路徑有兩條，包括：基于超聲的規(guī)劃，以及基于mri、超聲融合的規(guī)劃，創(chuàng)新點如下：（1）考慮前列腺消融術(shù)式的特點，沿尿道進(jìn)行消融針的布針規(guī)劃；（2）采用靜態(tài)規(guī)劃模式，即根據(jù)尿道形態(tài)和消融針的物理特性，預(yù)先計算出布針規(guī)劃，供操作人員參考；（3）采用動態(tài)規(guī)劃模式，在術(shù)中根據(jù)消融針的實際消融范圍，獲取最優(yōu)擊發(fā)點，動態(tài)調(diào)整后續(xù)的布針規(guī)劃，供操作人員參考。

58、本發(fā)明的公開了一種基于尿道重建的前列腺消融規(guī)劃方法、系統(tǒng)、電子設(shè)備及介質(zhì)，首先通過醫(yī)學(xué)影像構(gòu)建患者前列腺三維模型，并利用手術(shù)器械軌跡數(shù)據(jù)擬合出尿道中心線。然后，根據(jù)消融針參數(shù)和預(yù)設(shè)消融比例，沿尿道中心線進(jìn)行靜態(tài)的最優(yōu)布針規(guī)劃?；蛘?，在手術(shù)過程中，接收超聲實時監(jiān)測圖像，并根據(jù)實際消融效果動態(tài)調(diào)整向用戶建議的消融參數(shù)和布針規(guī)劃方案。

59、本發(fā)明通過將實時超聲圖像與預(yù)先獲取的醫(yī)學(xué)診斷圖像配準(zhǔn)，能夠精確引導(dǎo)消融器械到達(dá)目標(biāo)位置，實現(xiàn)了經(jīng)尿道前列腺消融手術(shù)的智能規(guī)劃與精準(zhǔn)執(zhí)行。這種方法顯著提高了手術(shù)的安全性和有效性，減少了并發(fā)癥風(fēng)險，為患者提供了更加個性化和精準(zhǔn)的治療方案。

60、本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點將在隨后具體實施方式部分予以詳細(xì)說明。