基于医学图像的预显示穿刺轨迹的受限手术规划方法技术

本发明专利技术公开了一种基于医学图像的预显示穿刺轨迹的受限手术规划方法，该手术规划是基于脑外科手术机器人系统中对手术刀进刀路径的一个手术规划方法，是由一个对穿刺轨迹手术进行三维规化处理的穿刺轨迹显示装置来完成的。穿刺轨迹显示装置由显示单元、手术规划单元和三维图像重构单元组成，显示单元用于接收医疗设备采集的多幅ＤＩＣＯＭ格式的医学图像，手术规划单元用于接收上述数据流信息进行ＤＩＣＯＭ图像数据和手术空间数据的联立获取进刀点Ｐ的初始位置点，三维图像重构单元用于对上述数据流信息与上述初始位置点的坐标进行欧拉角方式调整获得进刀点Ｐ与病灶点Ｔ的三维图像穿刺手术路径，从而辅助脑外科手术机器人完成穿刺工作。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种医学图像的显示处理方法，具体地说，是指一种服务于脑外科机器人手术系统中对手术进刀点路径的确认的一种基于DOCOM医学图像的预显示穿刺轨迹的受限手术规划方法。
技术介绍
数字化体数据图像技术的成熟，推动了计算机图像导航技术的发展和成熟，经过长期经验积累和实践的工业机器人也得以进入医疗领域。自1985年机器人辅助外科第一次进入实践以来，已经出现了很多实验和商品化的机器人辅助手术系统。机器人辅助系统在腹腔外科、神经外科和创伤骨科等领域方面具有出色的定位精度、无颤抖不疲劳等特点，已广泛被应用到临床中。当前在机器人辅助脑外科手术系统中，医生依然是整个手术过程中的主体。因此，友好的人机交互系统是利用机器人辅助系统成功实现无框架脑外科手术的重要基础。在手术路径的规划和调整过程中，手术路径的确定至为关键，手术路径的确定的精度直接影响手术的精度，同时路径的操作的简单化对医生临床带来极大的便利。医生通过在医学图像上对手术路径的规划和调整，有效地提高了手术质量，从而使医生准确地、快速地定位病灶点和进刀点路径，使手术更加安全，为医生的手术提供了全面的、准确的信息，进一步提高临床治疗水平。
技术实现思路
本专利技术的目的是提出一种，该方法是在基于DICOM格式的医学图像，并采用欧拉角变换完成手术路径规划的同时将穿刺手术中的进刀点的运行轨迹在计算机系统中预先显示给医生做好手术前的准备，从而有效地解决了在复杂脑部组织中选择最佳手术规划路径的问题，进一步提高了临床治疗水平。本专利技术是一种，是由一个对穿刺轨迹手术进行三维规划处理的穿刺轨迹显示装置来完成的，所述穿刺轨迹显示装置由显示单元、手术规划单元和三维图像重构单元组成。所述显示单元接收由医疗设备采集的多幅DICOM格式的医学图像，并将DICOM格式的医学图像转换为数据流信息传输给手术规划单元和三维图像重构单元；所述手术规划单元对接收的所述数据流信息进行DICOM图像数据处理和手术空间坐标数据处理，并将两者处理后获得的欧拉角模式参数信息进行进刀点P与病灶点T的最佳穿刺手术路径调整，并将调整后的进刀点P初始位置的坐标输出给三维图像重构单元；其中，欧拉角模式参数信息从第m张断层图片中的点Pm到点Qm的规划路径变化满足关系式100Tx010Ty001Tz0001×tanγtanγ00000tanγtanγ00000100001×100-Tx010-Ty001-Tz0001,]]>则构成一个圆锥结构模型的手术空间环境；所述三维图像重构单元对接收的所述数据流信息与所述初始位置点的坐标进行参数组合后输出控制信息给手术机器人设备进行穿刺手术。所述的基于医学图像的预显示穿刺轨迹的受限手术规化方法，其从点Pm到点Qm规划运行形成的欧拉角γ为0°～90°。所述的基于医学图像的预显示穿刺轨迹的受限手术规化方法，其采集DICOM格式的医学图像的医疗设备是CT机或者MRI扫描机。所述的基于医学图像的预显示穿刺轨迹的受限手术规化方法，其显示单元输出的DICOM医学图像转换的数据流信息格式为带有DICOM断层数据空间信息的位图格式。所述的基于医学图像的预显示穿刺轨迹的受限手术规化方法，其圆锥结构模型的手术空间环境的坐标投影分量以圆心Om为手术规划中心点调整点Pm到点Rm投影变化满足关系式100Tx010Ty001Tz0001×cos(δ-δ0)-sin(δ-δ0)00sin(δ-δ0)cos(δ-δ0)0000100001×100-Tx010-Ty001-Tz0001.]]>所述的基于医学图像的预显示穿刺轨迹的受限手术规化方法，其三维图像重构单元的对显示单元输入的DICOM体数据信息实现三维图像显示。所述的基于医学图像的预显示穿刺轨迹的受限手术规化方法，是基于外科定向手术机器人系统中对手术刀进刀路径的一个手术规化方法。本专利技术的一种基于医学图像的预显示穿刺轨迹的受限手术规化方法的优点在于(1)让医生准确、快速地定位出病灶点及手术路径；(2)帮助医生建立局部的三维组织空间关系，重建医生交互定义的冠状和矢状面，帮助确认和检查规划路径；(3)提高了医疗机器人辅助手术的安全性。附图说明图1是本专利技术穿刺轨迹显示装置的结构框图。图2A是DICOM图像坐标系结构示意图。图23是手术空间坐标系结构示意图。图3是病灶点T、进刀点P在欧拉角模型中的规划路径调整结构示意图。具体实施例方式下面将结合附图对本专利技术作进一步的详细说明。医疗机器人手术系统中所需的设备(硬件和软件)至少有一台计算机，用于将CT/MRI拍摄的图像输出给计算机的显示屏进行直观显示；CT/MRI，用于拍摄病人的病灶点的图像；机器人，是一个机械结构设备，在本专利技术中至少具备完成根据手术规划路径进行穿刺手术；存储于计算机内的软件控制系统，是用于将图像信息进行完成手术路径的规划，以及机器人的控制的处理软件平台。在脑外科定向手术机器人系统临床应用中，手术进刀路径的确定应该满足1)避开重要组织；2)确定合理的手术位置，以方便手术；3)最短的进针路径；4)进针方向尽量垂直于进针点处的颅骨切面等。在确定手术进刀路径条件的“图像信息的完全显示手段”中(显示于计算机的显示屏上的图像)，进刀路径穿过每个层面点的都可以在显示屏看到，可以观察到想要观察到的生理组织，从而判断该穿刺点是否可以避开重要组织。因此，在确定手术路径初步确定后，最关键的就是借助图像图形处理技术，规划最终的进刀路径，使得进针点避开每层面上显示的重要组织。在本专利技术中，所基于的图像是DICOM数据(Digital Imaging andCommunications in Medicine医疗数字影像和通讯协议)，DICOM就相当于一种公用语言，将不同格式的图像转化成一种统一的标准格式，内部包含很多图像信息，包括在同一图像上x方向和y方向上相邻两个像素(pixel)之间所代表的实际物理距离(Pixel Spacing)，以及z方向上相邻两个层之间的距离(Slice Thickness)。通过这些图像信息，就可以获得图像数据和现实物理空间数据的联系。当在某个图片层面上选择病灶点T(target)的中心，在另外一个图片层面上确定进刀点P(piecing)的初步位置。这样，在三维重建好的图像上就能看见相应两个点所确定的进刀路线及其进刀点(如图2所示)。并且该进刀路线在所穿越的片子(指CT机或者MRI扫描机拍摄的图像)中都会留下投影和穿刺点。本专利技术是一种基于DICOM医学图像的预显示穿刺轨迹的受限手术规划方法，仅仅是一个基于外科定向手术机器人系统中对手术刀进刀路径的一个手术规划方法，是由一个对穿刺轨迹手术进行三维规化处理的穿刺轨迹显示装置来完成的，所述穿刺轨迹显示装置由显示单元、手术规化单元和三维图像重构单元组成。所述显示单元接收由医疗设备采集的多幅DICOM格式的医学图像，并将DICOM格本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于医学图像的预显示穿刺轨迹的受限手术规划方法，其特征在于：是由一个对穿刺轨迹手术进行三维规划处理的穿刺轨迹显示装置来完成的，所述穿刺轨迹显示装置由显示单元、手术规划单元和三维图像重构单元组成；所述显示单元接收由医疗设备采集的多 幅ＤＩＣＯＭ格式的医学图像，并将ＤＩＣＯＭ格式的医学图像转换为数据流信息传输给手术规划单元和三维图像重构单元；所述手术规划单元对接收的所述数据流信息进行ＤＩＣＯＭ图像数据处理和手术空间坐标数据处理，并将两者处理后获得的欧拉角模式参数 信息进行进刀点Ｐ与病灶点Ｔ的最佳穿刺手术路径调整，并将调整后的进刀点Ｐ初始位置的坐标输出给三维图像重构单元；其中，欧拉角模式参数信息从第ｍ张断层图片中的点Ｐｍ到点Ｑｍ的规划路径变化满足关系式＊＊＊，则构成一个圆锥结构模型的手术空间环 境，式中，１、Ｏ表示常数，Ｔｘ表示病灶点Ｔ在ＤＩＣＯＭ坐标系中的Ｘ坐标，Ｔｙ表示病灶点Ｔ在ＤＩＣＯＭ坐标系中的Ｙ坐标，Ｔｚ表示病灶点Ｔ在ＤＩＣＯＭ坐标系中的Ｚ坐标，ｔａｎγ表示调整后的圆锥角， ｔａｎγ↓［０］表示调整前的圆锥角，－Ｔｘ表示病灶点Ｔ在ＤＩＣＯＭ坐标系中Ｘ坐标的相反值，－Ｔｙ表示病灶点Ｔ在ＤＩＣＯＭ坐标系中Ｙ坐标的相反值，－Ｔｚ表示病灶点Ｔ在ＤＩＣＯＭ坐标系中Ｚ坐标的相反值；所述三维图 像重构单元对接收的所述数据流信息与所述初始位置点的坐标进行参数组合后输出控制信息给手术机器人设备进行穿刺手术。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王田苗，田增民，魏军，刘达，胡磊，王利峰，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]