一种三维微导管塑形辅助设计系统及设计方法技术方案

本发明专利技术涉及一种三维微导管塑形辅助设计系统及设计方法，辅助设计系统包括数据接收模块、标记模块、路径生成模块、塑形器生成模块和输出模块；数据接收模块用于接收三维血管图像数据；标记模块用于在三维血管图像中标记微导管路径的起点和终点；路径生成模块用于根据微导管路径的起点和终点生成微导管路径的三维数据；塑形器生成模块用于生成微导管路径对应的塑形器的三维数据；输出模块用于输出塑形器的三维数据。本发明专利技术利用计算机图像处理技术、CAD辅助设计技术和3D打印技术对微导管的塑形环节进行精确的设计和塑形辅助，微导管塑形更加简单可靠。本发明专利技术能够提高设计人员的工作效率，有效地降低微导管塑形的难度和介入手术的门槛。

An auxiliary design system and design method for three-dimensional micro tube molding

The invention relates to a three-dimensional microcatheter shaping aided design system and design method, the aided design system includes data receiving module, marking module, path generation module, shaper generation module and the output module; data receiving module for receiving the 3D vascular image data; starting point and end point marker marker module for micro catheter path in three-dimensional vascular images in the path; according to the starting point and end point generation module for generating micro catheter path micro catheter path 3D data; shaper generation module is used for generating 3D data shaping device corresponding to the micro catheter path; output module is used for 3D data output shaping device. The present invention makes use of computer image processing technology, CAD aided design technology and 3D printing technology to precisely design and mold assist for the micro catheter shaping part, and the micro pipe shaping is more simple and reliable. The invention can improve the working efficiency of the designer, effectively reduce the difficulty of the shape of the micro catheter and the threshold of the interventional operation.

【技术实现步骤摘要】
一种三维微导管塑形辅助设计系统及设计方法
本专利技术属于医疗器械领域，具体涉及一种三维微导管塑形辅助设计系统及设计方法。
技术介绍
微导管是介入手术治疗中常用的一种器械。例如，在颅内动脉瘤的弹簧圈介入栓塞手术中，首先要将相应微导管选择性送达动脉瘤内。该手术过程中很重要的一个环节就是微导管的成功塑形。对微导管前端的形态进行良好的塑形，能够大大提高介入手术中微导管的到位准确性、微导管在栓塞过程中的稳定性和微导管的操控灵活性。成功的微导管塑形是手术成功的基本保证，微导管塑形对于床突旁及微小动脉瘤的介入治疗尤其重要。然而在实际的手术过程当中，微导管的塑形成功与否与医生的技术水平和临床经验直接相关。虽然颅内动脉瘤栓塞手术中的微导管塑形已有不少国内外临床报告和学术论文进行了深入讨论与总结，脑血管和颅内动脉瘤的三维空间形态可通过数字血管减影技术和3D重建技术获得，血管的精确尺寸也可以通过三维图像测量获得，微导管的塑形还是需要依赖医生丰富的知识和经验，而临床上一直以来都缺少精确有效的辅助设计手段。
技术实现思路
为了解决现有技术存在的上述问题，本专利技术提供了一种三维微导管塑形辅助设计系统及设计方法。本专利技术所采用的技术方案为：一种三维微导管塑形辅助设计系统包括数据接收模块、标记模块、路径生成模块、塑形器生成模块和输出模块；所述数据接收模块用于接收三维血管图像数据；所述标记模块用于在三维血管图像中标记微导管路径的起点和终点；所述路径生成模块用于根据微导管路径的起点和终点生成微导管路径的三维数据；塑形器生成模块用于生成微导管路径对应的塑形器的三维数据；所述输出模块用于输出塑形器的三维数据。进一步地，所述路径生成模块包括三维血管中心轴生成模块、连接网络建立模块、血管截取模块、血管表面生成模块、微导管折线路径生成模块和平滑处理模块；所述三维血管中心轴生成模块采用图像侵蚀算法对表示三维血管图像的二元三维矩阵重复进行对称的图像侵蚀处理，得到三维血管中心轴；所述连接网络建立模块计算三维血管中心轴上各点与其周围所有点之间的距离，并将计算得到的距离与预设的距离阈值进行比较，将距离小于距离阈值的两点作为相邻的点，多个相邻的点建立连接网络；所述血管截取模块根据连接网络在三维血管中心轴上获得起点到终点的最短路径，对最短路径周围的血管像素值进行处理得到初步截取的血管；所述血管表面生成模块根据初步截取的血管，将与起点相连且与最短路径上各个点坐标之间的距离小于距离临界值的点作为临界点，将临界点相连得到血管表面；所述微导管折线路径生成模块根据得到的血管表面计算得到微导管折线路径；所述平滑处理模块对生成的微导管折线路径进行平滑处理，得到微导管路径。进一步地，所述塑形器生成模块包括旋转矩阵计算模块、塑形器折线路径生成模块、折线路径平滑模块、表面文件生成模块；所述旋转矩阵计算模块根据微导管路径上的折线点，计算出每段线段的长度及方向，并计算出由两段线段决定的坐标系到下两段线段决定的坐标系的旋转矩阵；所述塑形器折线路径生成模块根据折线点的坐标和计算得到的旋转矩阵，从第一条线段开始，将微导管路径旋转矩阵对应的旋转角度乘以给定的倍数，得到塑形器下一条线段相对于前一条线段的旋转矩阵，并依据该矩阵得到塑形器下一条线段的方向，同时保证塑形器下一条线段的长度同微导管路径对应线段的长度相同，由此确定下一条线段，直到得到塑形器的全部折线路径；所述折线路径平滑模块对塑形器的折线路径进行平滑处理，得到表示微导管塑形器的二元三维矩阵；所述表面文件生成模块根据微导管塑形器的二元三维矩阵，利用MarchingCube的方法，选取像素值为0和2的表面作为微导管塑形器的外表面，像素值为1和2的表面作为微导管塑形器的内表面，得到微导管塑形器的表面文件。进一步地，所述三维血管图像数据通过数字减影技术、CT技术或MR技术获得，存储在影像归档和通信系统或外部存储设备中。进一步地，所述微导管路径上每段线段的方向由三维单元向量表示。进一步地，所述三维微导管塑形辅助设计系统设置在图像工作站中，所述图像工作站连接3D打印机。一种三维微导管塑形辅助设计方法包括以下步骤：接收三维血管图像数据；在三维血管图像中标记微导管路径的起点和终点；根据微导管路径的起点和终点生成微导管路径的三维数据；根据微导管路径的三维数据，生成微导管塑形器的三维数据；输出微导管塑形器的三维数据；根据微导管塑形器的三维数据，采用3D打印机打印输出辅助设计完成的塑形器；将微导管嵌入打印输出的微导管塑形器中，并进行水浴加热；冷却后取出微导管，完成对微导管的塑形。进一步地，所述根据微导管路径的起点和终点生成微导管路径的三维数据的具体过程为：采用图像侵蚀算法对表示三维血管图像的二元三维矩阵重复进行对称的图像侵蚀处理，得到三维血管中心轴；采用迪杰斯特拉算法得到沿三维血管中心轴从起点到终点的最短路径；对最短路径周围的血管像素值进行处理得到初步截取的血管；将与起点相连且与最短路径上各个点坐标之间的距离小于距离临界值的点作为临界点，将临界点相连得到血管表面；根据得到的血管表面计算得到微导管折线路径；对生成的微导管折线路径进行平滑处理，得到微导管路径的三维数据。进一步地，所述根据微导管路径的三维数据，生成微导管塑形器的三维数据的具体过程为：根据微导管路径上的折线点，计算出每段线段的长度及方向，并计算出由两段线段决定的坐标系到下两段线段决定的坐标系的旋转矩阵；根据折线点的坐标和计算得到的旋转矩阵，从第一条线段开始，将微导管路径旋转矩阵对应的旋转角度乘以给定的倍数，得到塑形器下一条线段相对于前一条线段的旋转矩阵，并依据该矩阵得到塑形器下一条线段的方向，同时保证塑形器下一条线段的长度同微导管路径对应线段的长度相同，由此确定下一条线段，直到得到塑形器的全部折线路径；对塑形器的折线路径进行平滑处理，得到表示微导管塑形器的二元三维矩阵；利用MarchingCube的方法，选取像素值为0和2的表面作为微导管塑形器的外表面，像素值为1和2的表面作为微导管塑形器的内表面，得到微导管塑形器的表面文件。更进一步地，所述像素值的计算过程为：假定微导管的半径为r1，塑形器的半径为r2；对每个背景像素，其像素值为0，计算其坐标(x，y，z)与微导管路径上每个点的距离，对得到的距离值进行比较后得到最小距离值d；如果d<＝r1，则将背景像素的像素值设为1；如果r1<d<＝r2，则将背景像素的像素值设为2；如果d>r2，则将背景像素的像素值设为0。由于采用以上技术方案，本专利技术的有益效果为：本专利技术利用成熟的计算机图像处理技术、CAD辅助设计技术和3D打印技术对微导管的塑形环节进行精确的设计和塑形辅助，相对于利用临床经验进行塑形更加的简单可靠。通过将3D打印技术应用到介入手术准备当中，能够实现对微导管形态的精准控制，同时在CAD辅助设计技术的帮助下，能够有效的降低微导管塑形的难度和介入手术的门槛。本专利技术能够自动生成微导管塑形器的表面文件，进而为塑形器的制作提供设计参考。本专利技术能够有效地指导设计人员设计微导管塑形器的工作，提高设计人员的工作效率。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种三维微导管塑形辅助设计系统，其特征在于，它包括数据接收模块、标记模块、路径生成模块、塑形器生成模块和输出模块；所述数据接收模块用于接收三维血管图像数据；所述标记模块用于在三维血管图像中标记微导管路径的起点和终点；所述路径生成模块用于根据微导管路径的起点和终点生成微导管路径的三维数据；塑形器生成模块用于生成微导管路径对应的塑形器的三维数据；所述输出模块用于输出塑形器的三维数据。

【技术特征摘要】
1.一种三维微导管塑形辅助设计系统，其特征在于，它包括数据接收模块、标记模块、路径生成模块、塑形器生成模块和输出模块；所述数据接收模块用于接收三维血管图像数据；所述标记模块用于在三维血管图像中标记微导管路径的起点和终点；所述路径生成模块用于根据微导管路径的起点和终点生成微导管路径的三维数据；塑形器生成模块用于生成微导管路径对应的塑形器的三维数据；所述输出模块用于输出塑形器的三维数据。2.如权利要求1所述的一种三维微导管塑形辅助设计系统，其特征在于，所述路径生成模块包括三维血管中心轴生成模块、连接网络建立模块、血管截取模块、血管表面生成模块、微导管折线路径生成模块和平滑处理模块；所述三维血管中心轴生成模块采用图像侵蚀算法对表示三维血管图像的二元三维矩阵重复进行对称的图像侵蚀处理，得到三维血管中心轴；所述连接网络建立模块计算三维血管中心轴上各点与其周围所有点之间的距离，并将计算得到的距离与预设的距离阈值进行比较，将距离小于距离阈值的两点作为相邻的点，多个相邻的点建立连接网络；所述血管截取模块根据连接网络在三维血管中心轴上获得起点到终点的最短路径，对最短路径周围的血管像素值进行处理得到初步截取的血管；所述血管表面生成模块根据初步截取的血管，将与起点相连且与最短路径上各个点坐标之间的距离小于距离临界值的点作为临界点，将临界点相连得到血管表面；所述微导管折线路径生成模块根据得到的血管表面计算得到微导管折线路径；所述平滑处理模块对生成的微导管折线路径进行平滑处理，得到微导管路径。3.如权利要求1所述的一种三维微导管塑形辅助设计系统，其特征在于，所述塑形器生成模块包括旋转矩阵计算模块、塑形器折线路径生成模块、折线路径平滑模块、表面文件生成模块；所述旋转矩阵计算模块根据微导管路径上的折线点，计算出每段线段的长度及方向，并计算出由两段线段决定的坐标系到下两段线段决定的坐标系的旋转矩阵；所述塑形器折线路径生成模块根据折线点的坐标和计算得到的旋转矩阵，从第一条线段开始，将微导管路径旋转矩阵对应的旋转角度乘以给定的倍数，得到塑形器下一条线段相对于前一条线段的旋转矩阵，并依据该矩阵得到塑形器下一条线段的方向，同时保证塑形器下一条线段的长度同微导管路径对应线段的长度相同，由此确定下一条线段，直到得到塑形器的全部折线路径；所述折线路径平滑模块对塑形器的折线路径进行平滑处理，得到表示微导管塑形器的二元三维矩阵；所述表面文件生成模块根据微导管塑形器的二元三维矩阵，利用MarchingCube的方法，选取像素值为0和2的表面作为微导管塑形器的外表面，像素值为1和2的表面作为微导管塑形器的内表面，得到微导管塑形器的表面文件。4.如权利要求1或2或3所述的一种三维微导管塑形辅助设计系统，其特征在于，所述三维血管图像数据通过数字减影技术、CT技术或MR技术获得，存储在影像归档和通信系统或外部存储设备中。5.如权利要求1或2或3所述的一种三维微导管塑...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨光明，李建军，秦岚，刘文哲，
申请(专利权)人：强联智创北京科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11