消融针穿刺路径规划方法及系统的制作方法【技术领域】，具体涉及消融针穿刺路径规划方法及系统。[0002]消融治疗的手术规划需要满足各种需求，包括最短路线、避开血管和骨骼障碍、消融针数量、最低创伤和最佳治疗效果等等，虚拟夹具(VF)方法能够在一定程度上解决以上的需求，包括引导型虚拟夹具(GVF)和障碍型虚拟夹具(FRVF)，GVF是用来引导消融针向期望目标或沿期望路径及表面运动，同时可以降低对用户输入的需求；FRVF的作用是阻止消融针进入障碍区域，避免出现碰撞等不合法的运动。最短路径、最佳治疗效果的需求为引导型，血管和骨骼障碍为障碍型。如何综合考虑以上各种需求，根据以上需求建立各种虚拟夹具模型，最终得到初步的进针路线和消融针的预估效果，是本领域技术人员一直研究的课题。现有的消融针穿刺路径规划方式都是由医生根据术区的三维图像，手动规划出可能的消融针穿刺路径，然后由计算机对路径数据进行处理来判断该路径是否满足上述需求，这种方式高度依赖术者的经验，受各种人为因素的干扰，且耗时耗力。
[0003]本发明实施例所要解决的技术问题在于，提供一种消融针穿刺路径规划方法及系统，使得能够自动规划出最佳的消融针穿刺路径。[0004]为解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种消融针穿刺路径规划方法，包括:[0005]获取肿瘤、血管、骨骼以及体表的数据；[0006]基于所述数据，计算肿瘤中心点，在肿瘤周边生成安全边界区域，以及标定感兴趣进针区域；
[0007]针对感兴趣进针区域，计算满足基础障碍约束条件的简化路径的虚拟约束，基于虚拟约束将部分简化路径设定为基准路径，简化路径为连接经皮进针点到肿瘤中心点的线，基础障碍约束条件为路径与血管和骨骼不相交；
[0008]由至少一个基准路径偏移出满足给定条件的N个实际路径，N为消融针数量，给定条件包括基础障碍约束条件、消融范围在安全边界区域内以及消融比大于阈值；以及
[0009]将N个实际路径输出为N个穿刺路径。
[0010]本发明实施例还提供了一种消融针穿刺路径规划系统，包括:
[0011]获取模块，其获取肿瘤、血管、骨骼以及体表的数据；
[0012]预处理模块，其基于所述数据，计算肿瘤中心点，在肿瘤周边生成安全边界区域，以及标定感兴趣进针区域；
[0013]基准路径设定模块，其针对感兴趣进针区域，计算满足基础障碍约束条件的简化路径的虚拟约束，基于虚拟约束将部分简化路径设定为基准路径，简化路径为连接经皮进针点到肿瘤中心点的线，基础障碍约束条件为路径与血管和骨骼不相交；
[0014]实际路径设定模块，其由至少一个基准路径偏移出满足给定条件的N个实际路径，N为消融针数量，给定条件包括基础障碍约束条件、消融范围在安全边界区域内以及消融比大于阈值；以及
[0015]输出模块，其将N个实际路径输出为N个穿刺路径。
[0016]利用本发明，能够高效地自动规划出最佳的消融针穿刺路径，为消融手术提供良好的术前规划指导。



[0017]图1为消融针路径规划参考图。
[0018]图2为本发明实施例的消融针穿刺路径规划方法的流程示意图。
[0019]图3为本发明实施例的消融针路径规划示意图。
[0020]图4为本发明实施例的消融针穿刺路径规划方法中的部分流程示意图之一。
[0021]图5为本发明实施例的消融针穿刺路径规划方法中的部分流程示意图之一。
[0022]图6为本发明实施例的消融针穿刺路径规划系统的结构示意图。

[0023]下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细描述，但不作为对本发明的限定。
[0024]图1为消融针路径规划示意图。如图1所示，本发明的目的就在于，如何自动规划出从经皮进针点Pi到肿瘤T的N个穿刺路径，N为消融针数量，这些穿刺路径需要满足各种需求,如要避开血管V和骨骼S等。
[0025]本发明实施例提供了一种消融针穿刺路径规划方法。利用该方法能够高效地自动规划出最佳的消融针穿刺路径。图2为本发明实施例的消融针穿刺路径规划方法的流程示意图。
[0026]如图2所示，本发明的消融针穿刺路径规划方法包括:
[0027]步骤SI，
[0028]获取肿瘤、血管、骨骼以及体表的数据。
[0029]该步骤可以采用各种常规方式实现。这里的血管可以仅是一些重要血管。
[0030]步骤S2，
[0031]基于上述数据，计算肿瘤中心点，在肿瘤周边生成安全边界区域，以及标定感兴趣进针区域。
[0032]具体来说，该步骤包含以下过程:
[0033]①计算肿瘤中心点:
[0034]该计算可以采用各种方式实现。
[0035]例如，基于获取的肿瘤数据，可以通过将分割后的肿瘤面片数据中所有的点数据进行均值计算来得到肿瘤中心点匕。
[0036]②在肿瘤周边生成安全边界区域(RSL区域):
[0037]即在肿瘤外层正常组织中生成一层区域，该区域不包含血管和骨骼。此区域用于限制消融针的作用范围，也即消融针的消融范围不可超过该区域。
[0038]③标定感兴趣进针区域(R0I区域):[0039]消融针的进针区域限定在感兴趣进针区域内。后续步骤均是针对ROI区域进行的，这样可以有效减小搜索范围和计算区域。
[0040]可以以各种方式实现标定。较为有利的方式是，依照肿瘤的外层轮廓在主要进针方向设置锥形区域作为ROI区域，如图3所示，示出了该锥形区域的一个截面。例如，该锥形区域的角度可以为60度。
[0041]步骤S3，
[0042]针对感兴趣进针区域，计算满足基础障碍约束条件的简化路径的虚拟约束，基于虚拟约束将部分简化路径设定为基准路径，简化路径为连接经皮进针点Pi到肿瘤中心点P。的线，下文表示为PiPp
[0043]具体来说，该步骤包含以下过程:
[0044]①搜索满足基础障碍约束条件的简化路径。
[0045]可以适当设定基础障碍约束条件。在本实例中，基础障碍约束条件为路径与血管和骨骼不相交。
[0046]在感兴趣进针区域，可以每隔一定度数(例如，3度等)的空间角作为搜索间隔选取经皮进针点Pi (如图1所示)，判断其是否满足基础障碍约束条件。
[0047]另外，可以将ROI区域分成M个子区，对每个子区执行上述步骤。
[0048]判断是否相交可以采用多种算法，例如可以采用GPU加速的射线-体素相交算法等，从而提闻算法计算效率。
[0049]②对满足基础障碍约束条件的简化路径，计算虚拟约束。
[0050]虚拟约束可以包括引导型虚拟约束和障碍型虚拟约束。本领域有多种设计虚拟约束的方式，均可以应用于本发明。
[0051]此处，以最短进针路线虚拟约束VFdist和骨骼血管障碍虚拟约束VFbmielr为例进行说明。虚拟约束为:VF=VFdist+VFbmiOT。