肺穿刺手术最优路径规划方法及肺穿刺手术导航系统技术方案

本发明专利技术公开一种肺穿刺手术最优路径规划方法，涉及计算机技术领域。该方法包括以下步骤：S1、基于患者术前的CT图像进行肺穿刺手术临床标准的约束性条件定量化分析，并将不满足约束性条件的穿刺手术路径筛除；S2、基于患者术前的CT图像进行肺穿刺手术临床标准的目标性条件定量化分析，并建立基于路径风险的子目标函数；S3、基于上述约束性条件和目标性条件建立最优路径模型，求得最优路径的解集。同时，本发明专利技术还公开一种运用上述肺穿刺手术最优路径规划方法规划术前手术路径的肺穿刺手术导航系统。本发明专利技术无需人为设定子目标之间的权重参数而求得肺穿刺手术的最优路径解集，避免主观因素干扰，为肺穿刺手术导航提供最优的手术路径引导。

Optimal path planning method for lung puncture surgery and lung puncture operation navigation system

The invention discloses an optimal path planning method for lung puncture operation, which relates to the field of computer technology. The method comprises the following steps: analysis of constraints of quantitative S1, clinical standard puncture lung CT images of patients based on the puncture path and will not satisfy the constraint conditions of objective conditions screening; quantitative S2, clinical standard puncture surgery in patients with preoperative lung CT images based on the objective function and the establishment of sub path based on risk; S3, the constraint conditions and objective conditions to establish the optimal path model based on the optimal path of the solution set. In addition, the invention also discloses a lung puncture operation navigation system for planning the preoperative operation path by using the optimal path planning method of the lung puncture operation. The invention does not need to set the weight parameters between the targets to obtain the optimal path set of the lung puncture operation, so as to avoid the interference of subjective factors and provide the optimal operation path guidance for the lung puncture operation navigation.

【技术实现步骤摘要】
肺穿刺手术最优路径规划方法及肺穿刺手术导航系统
本专利技术属于计算机
，涉及一种肺穿刺手术最优路径规划方法，以及运用上述肺穿刺手术最优路径规划方法规划术前手术路径的肺穿刺手术导航系统。
技术介绍
CT(ComputedTomography)是利用精确准直的X线束与灵敏度极高的探测器一同围绕人体的某一部位做一个接一个的断面扫描，以不同的灰度表示器官和组织对X线的吸收程度，例如，在胸部CT图像上，低密度的区域表示气管、肺实质，高密度的区域表示血管、胸腔、骨骼等，具有扫描时间快，图像清晰等特点，可用于多种疾病的检查，为医生观察诊断疾病提供了方便可靠的依据。肺癌是世界上具有最高死亡率的疾病之一，肺活检是肺部肿瘤定性的金标准。常规的肺活检需要在CT的引导下进行肺穿刺手术以取出活体组织进行病理检查，主要依靠医生经验进行临床操作。由于CT不能在术中实时成像，若要成功取到活体组织，需要对患者进行多次穿刺以及CT扫描确认。肺穿刺手术导航系统可以解决这一问题。而肺穿刺手术导航的操作首先需要基于患者术前的CT图像进行穿刺路径规划，然后将带有规划路径的CT图像空间与患者空间进行配准，从而实现由CT图像本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种肺穿刺手术最优路径规划方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、基于患者术前的CT图像进行肺穿刺手术临床标准的约束性条件定量化分析，并将不满足约束性条件的穿刺手术路径筛除；S2、基于患者术前的CT图像进行肺穿刺手术临床标准的目标性条件定量化分析，并建立基于路径风险的子目标函数；S3、基于上述约束性条件和目标性条件建立最优路径模型，求得最优路径的解集。

【技术特征摘要】
1.一种肺穿刺手术最优路径规划方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、基于患者术前的CT图像进行肺穿刺手术临床标准的约束性条件定量化分析，并将不满足约束性条件的穿刺手术路径筛除；S2、基于患者术前的CT图像进行肺穿刺手术临床标准的目标性条件定量化分析，并建立基于路径风险的子目标函数；S3、基于上述约束性条件和目标性条件建立最优路径模型，求得最优路径的解集。2.根据权利要求1所述的肺穿刺手术最优路径规划方法，其特征在于：所述步骤S1包括以下步骤：S11、对患者术前的CT图像进行重要器官避障约束定量化分析，基于器官分割结果及重要器官避障约束对路径进行筛选；S12、对患者术前的CT图像进行穿刺针可达作业范围约束定量化分析，基于穿刺针的长度对路径进行筛选；S13、对患者术前的CT图像进行入刺角度约束定量化分析，基于穿刺针与皮肤和肺实质在穿刺点处的夹角对路径进行筛选。3.根据权利要求2所述的肺穿刺手术最优路径规划方法，其特征在于：所述步骤S11为：在患者术前的CT图像上，设置皮肤表面上所有点的集合为S，基于S集合中任意点P(x,y,z)与肿瘤中心所在的目标点O(xo,yo,zo)确定穿刺手术路径的方向向量在患者术前的CT图像上，从点P(x,y，z)沿着方向向量的方向搜索穿刺手术路径上的下一个体素点，若下一个体素点不是骨骼、叶间裂和纵膈三个重要器官，则继续搜索；若是则退出该路径的搜索；若该路径一直搜索到目标点，则此路径不经过上述三个重要器官，满足重要器官避障约束限制的条件；其中，上述三个重要器官的分割结果是通过基于胸部CT图像的分割方法获得。4.根据权利要求3所述的肺穿刺手术最优路径规划方法，其特征在于：所述步骤S12为：在患者术前的CT图像上，根据穿刺针的长度，从肿瘤中心所在的目标点O(xo,yo,zo)出发，确定穿刺针作业范围的极限位置，极限位置所包围的穿刺针入刺点到目标点O(xo,yo,zo)的路径距离小于等于穿刺针长度的皮肤点区域为穿刺针可达作业范围，筛除超过穿刺针可达作业范围的皮肤点。5.根据权利要求4所述的肺穿刺手术最优路径规划方法，其特征在于：所述步骤S13为：在患者术前的CT图像上，计算穿刺路径与皮肤和肺实质在交点处的表面法向量大小，计算穿刺路径的方向向量与表面法向量的夹角，该夹角的余角为路径与表面在穿刺点处的夹角，即入刺角；当入刺角满足大于设定角度时，满足穿刺角度约束条件，筛除不满足穿刺角度约束条件的对...

【专利技术属性】
技术研发人员：鲍楠，李昂，赵威，李宏，李志洲，张凯，康雁，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21