CN115590623B - 穿刺路径规划系统 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种穿刺路径规划系统。包括：对穿刺对象的术前医学图像进行图像分割，确定多组织模型，穿刺靶点可行区以及靶点位置；根据预设的筛选规则对多组织模型中的皮肤模型上的进针点集进行筛选，得到可行进针点集；根据可行进针点集与靶点位置的规划路径的风险参数，计算各个可行进针点的路径风险，确定路径风险最小的路径为目标穿刺路径；在穿刺操作过程中，采集穿刺对象的术中医学图像，确定当前穿刺路径；根据预设的检测规则检测当前穿刺路径是否存在操作风险。解决了相关技术中仅依靠术前的穿刺路径规划结果，无法避免穿刺中由于操作或者操作对象的运动导致的风险，进而导致穿刺风险较高的问题。

Description

穿刺路径规划系统
技术领域
本申请涉及医疗辅助领域，具体而言，涉及一种穿刺路径规划系统。
背景技术
经皮穿刺手术是指在医学影像的引导下，将穿刺针等医疗器械刺入患者体内病灶靶点位置，执行穿刺活检、消融手术、放射性粒子植入等手术操作，在神经调控、肿瘤治疗以及脊柱外科治疗等领域广泛使用，具有创伤小、费用低、恢复快等特点。穿刺手术的关键在于准确地定位人体内的病灶组织，规划合适的穿刺路径以避开人体内部重要的组织器官，精准地到达病灶靶点。
目前，对穿刺路径规划的研究已取得初步成果，通过对计算机断层扫描(CT)图像或核磁共振成像(MRI)等图像中的关键组织器官进行分割和三维重建，可辅助医生进行直观地穿刺路径规划和定性的穿刺风险评估。
然而，穿刺手术过程中患者的呼吸、身体的微动以及穿刺针的晃动等因素均会引起偏差，增加了误穿患者体内重要组织和器官的风险。因此，术中通常需要对患者做多次扫描，医生根据术中的图像对穿刺针多次调整后才能到达病灶靶点，因此仅依靠术前的穿刺路径规划结果并不能有效降低穿刺风险，无法满足临床实际需求。
针对相关技术中仅依靠术前的穿刺路径规划结果，无法避免穿刺手术中由于操作或者操作对象的运动导致的风险，进而导致穿刺风险较高的问题，目前尚未提出有效的解决方案。
发明内容
本申请的主要目的在于提供一种穿刺路径规划系统，以解决相关技术中仅依靠术前的穿刺路径规划结果，无法避免穿刺中由于操作或者操作对象的运动导致的风险，进而导致穿刺风险较高的问题。
为了实现上述目的，根据本申请的一个方面，提供了一种穿刺路径规划方法，所述方法包括：对穿刺对象的术前医学图像进行图像分割，确定多组织模型，以及靶点位置；根据预设的筛选规则，对所述多组织模型中的皮肤模型上的进针点集进行筛选，得到可行进针点集；根据可行进针点集与所述靶点位置的规划路径的风险参数，计算各个可行进针点的路径风险，确定目标穿刺路径，其中，选择路径风险最小的路径为目标穿刺路径，所述目标穿刺路径对应的可行进针点为目标进针点；在穿刺操作过程中，采集穿刺对象的术中医学图像，确定当前穿刺路径；根据预设的检测规则检测所述当前穿刺路径是否存在操作风险。
可选的，对穿刺对象的术前医学图像进行图像分割，确定多组织模型，以及靶点位置，包括：获取所述穿刺对象的术前医学图像；对所述术前医学图像中的靶点位置和靶点可行区进行标记，其中，所述靶点可行区为以所述靶点位置为球心的预设半径的球形区域；通过图像分割算法对所述术前医学图像进行分割，确定多组织模型，其中，所述多组织模型包括所述皮肤模型和组织器官模型。
可选的，根据预设的筛选规则，对所述多组织模型中的皮肤模型上的进针点集进行筛选，得到可行进针点集，包括：根据多组织模型中的皮肤模型，选择进针候选区域，其中，所述进针候选区域包括多个进针点的进针点集；确定所述进针点集中的各个进针点与所述靶点位置之间的候选穿刺路径，其中，每个进针点都对应一个候选穿刺路径；根据所述筛选规则对所述候选穿刺路径进行筛选，确定可行穿刺路径，其中，所述筛选规则包括通过普吕克坐标判断组织器官模型的表面三角面片是否与候选穿刺路径相交，在不相交的情况下，确定候选穿刺路径为可行穿刺路径；根据可行穿刺路径确定对应的可行进针点集，其中，每个所述可行穿刺路径对应一个可行进针点。
可选的，所述筛选规则还包括：确定所述候选穿刺路径的进针点与所述靶点位置的欧几里得距离，是否超过穿刺针长度的预设比例，在未超过的情况下，确定候选穿刺路径为可行穿刺路径；确定所述候选穿刺路径与对应的所述三角面片的法向量夹角是否超过进针的预设角度，在未超过的情况下，确定候选穿刺路径为可行穿刺路径。
可选的，通过普吕克坐标判断组织器官模型的表面三角面片是否与候选穿刺路径相交，包括：通过普吕克坐标表示候选穿刺路径对应的第一矢量P ST ，其中，所述第一矢量P ST 为进针点S指向靶点位置T的矢量；确定所述组织器官模型的表面波型的三角面片，其中，所述三角面片的三个顶点分别为，第一顶点A，第二顶点B，第三顶点C；通过普吕克坐标表示靶点位置T与所述第一顶点A对应的第二矢量P TA ，所述第一顶点A与进针点S对应的第三矢量P AS ，以及所述第二顶点B与第三顶点C对应的第四矢量P BC ；根据所述第二矢量P TA 和所述第四矢量P BC 确定第一相交系数，根据所述第三矢量P AS 和所述第四矢量P BC 确定第二相交系数，其中，所述第一相交系数和所述第二相交系数均可正可负；在所述第一相交系数和所述第二相交系数异号的情况下，确定所述三角面片与所述候选穿刺路径不相交，在所述第一相交系数和所述第二相交系数同号的情况下，确定所述三角面片与所述候选穿刺路径不相交。
可选的，根据可行进针点集与所述靶点位置的规划路径的风险参数，计算各个可行进针点的路径风险，确定目标穿刺路径，包括：根据所述风险参数中，可行穿刺路径与所述组织器官模型之间的最小欧几里得距离，以及对应的第一理想距离，确定第一风险，其中，所述最小欧几里得距离大于所述第一理想距离的情况下，所述第一风险为零；根据所述风险参数中，可行穿刺路径的延长线与所述组织器官模型之间的最小欧几里得距离，以及对应的第二理想距离，确定第二风险，其中，所述最小欧几里得距离大于所述第二理想距离的情况下，所述第二风险为零；根据所述风险参数中，可行穿刺路径与所述皮肤模型的进针角度以及进针的预设角度，确定第三风险；根据所述风险参数中，可行穿刺路径与所述靶点位置所在病灶的进针角度以及进针的预设角度，确定第四风险；根据所述风险参数中，可行穿刺路径的长度与穿刺针长度的预设比例，确定第五风险；根据所述风险参数中，可行穿刺路径位于所述靶点位置所在器官的长度与穿刺针长度的预设比例，确定第六风险；根据所述风险参数中，所述第一风险至所述第六风险，以及各自对应的权重，计算可行穿刺路径的路径风险，将路径风险最小的可行穿刺路径作为所述目标穿刺路径。
可选的，在穿刺操作过程中，采集穿刺对象的术中医学图像，确定当前穿刺路径，包括：在穿刺过程中，采集穿刺对象的术中医学图像，并与所述术前医学图像进行配准；根据所述术中医学图像中穿刺针的针尖位置，与所述目标进针点，确定当前穿刺路径；根据预设的检测规则检测所述当前穿刺路径是否存在操作风险之后，所述方法还包括：在确定所述当前穿刺路径存在操作风险的情况下，进行预警提示。
可选的，根据预设的检测规则检测所述当前穿刺路径是否存在操作风险，包括：判断当前穿刺路径的延长线是否与所述术中医学图像中的靶点可行区相交，在不相交的情况下，确定存在操作风险；在相交的情况下，确定所述延长线与所述靶点可行区的至少一个交点中与所述目标进针点最近的近端交点，并判断所述近端交点与所述针尖位置之间的欧几里得距离，加上所述当前穿刺路径的长度的和，是否超过穿刺针长度的预设比例，在超过的情况下，确定存在操作风险；在未超过的情况下，判断所述当前穿刺路径与所述术中医学图像中的靶点可行区的进针角度，是否超过进针的预设角度，在超过的情况下，确定存在操作风险；在未超过的情况下，通过普吕克坐标判断组织器官模型的表面三角面片是否与所述当前穿刺路径相交，在相交的情况下，确定存在操作风险。
可选的，判断当前穿刺路径的延长线是否与所述术中医学图像中的靶点可行区相交，包括：根据所述目标进针点与所述针尖位置确定所述当前穿刺路径所在直线的方程；计算所述术中医学图像的靶点位置与所述直线之间的垂直距离；在所述垂直距离大于所述靶点可行区的预设半径的情况下，确定所述当前穿刺路径的延长线与所述靶点可行区不相交，在所述垂直距离小于或等于所述靶点可行区的预设半径的情况下，确定所述当前穿刺路径的延长线与所述靶点可行区相交。
为了实现上述目的，根据本申请的另一方面，提供了一种穿刺路径规划系统，包括：穿刺针，医学成像设备，显示器和处理器；所述处理器包括术前规划模块和术中预警模块；所述术前规划模块用于对穿刺对象的术前医学图像进行图像分割，确定多组织模型，穿刺靶点可行区以及靶点位置；根据预设的筛选规则，对所述多组织模型中的皮肤模型上的进针点集进行筛选，得到可行进针点集；根据可行进针点集与所述靶点位置的规划路径的风险参数，计算各个可行进针点的路径风险，确定目标穿刺路径，其中，选择路径风险最小的路径为目标穿刺路径，所述目标穿刺路径对应的可行进针点为目标进针点；所述术中预警模块用于在穿刺操作过程中，采集穿刺对象的术中医学图像，确定当前穿刺路径；根据预设的检测规则检测所述当前穿刺路径是否存在操作风险；在确定所述当前穿刺路径存在操作风险的情况下，进行预警提示。
本申请通过对穿刺对象的术前医学图像进行图像分割，确定多组织模型，穿刺靶点可行区以及靶点位置，根据预设的筛选规则，对多组织模型中的皮肤模型上的进针点集进行筛选，得到可行进针点集；根据可行进针点集与靶点位置的规划路径的风险参数，计算各个可行进针点的路径风险，确定目标穿刺路径，其中，选择路径风险最小的路径为目标穿刺路径，目标穿刺路径对应的可行进针点为目标进针点；从而达到快速高效的进行术前穿刺路径规划的目的，上述筛选规则和风险参数从多个不同的角度对进针点和穿刺路径进行筛选和验证，实现了提高术前穿刺路径规划的效率和准确率的效果。
而且在穿刺操作过程中，采集穿刺对象的术中医学图像，确定当前穿刺路径；根据预设的检测规则检测当前穿刺路径是否存在操作风险。实现在术中进行穿刺操作的操作风险检测和预警，上述检测规则从多个不同的方面对当前穿刺路径的操作风险进行检测，实现快速高效地对当前穿刺操作进行检测的效果。
综上，本申请可以对术前穿刺路径进行高效准确规划的同时，在术中对穿刺操作进行操作风险检测和预警，实现了提高术前穿刺路径规划的效率和准确率的同时，对术中穿刺操作的风险进行预警的技术效果，进而解决了相关技术中仅依靠术前的穿刺路径规划结果，无法避免穿刺中由于操作或者操作对象的运动导致的风险，进而导致穿刺风险较高的问题。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1是根据本申请实施例提供的一种穿刺路径规划方法的流程图；
图2是根据本申请实施方式提供的三角面片与候选穿刺路径的空间关系的示意图；
图3是根据本申请实施方式提供的术中医学图像的示意图；
图4是根据本申请实施例提供的一种穿刺路径规划系统的示意图；
图5是根据本申请实施例提供的一种电子设备的示意图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。
需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
下面结合优选的实施步骤对本发明进行说明，图1是根据本申请实施例提供的一种穿刺路径规划方法的流程图，如图1所示，该方法包括如下步骤：
步骤S101，对穿刺对象的术前医学图像进行图像分割，确定多组织模型，穿刺靶点可行区以及靶点位置；
步骤S102，根据预设的筛选规则，对多组织模型中的皮肤模型上的进针点集进行筛选，得到可行进针点集；
步骤S103，根据可行进针点集与靶点位置的规划路径的风险参数，计算各个可行进针点的路径风险，确定目标穿刺路径，其中，选择路径风险最小的路径为目标穿刺路径，目标穿刺路径对应的可行进针点为目标进针点；
步骤S104，在穿刺操作过程中，采集穿刺对象的术中医学图像，确定当前穿刺路径；
步骤S105，根据预设的检测规则检测当前穿刺路径是否存在操作风险。
上述步骤通过对穿刺对象的术前医学图像进行图像分割，确定多组织模型，穿刺靶点可行区以及靶点位置，根据预设的筛选规则，对多组织模型中的皮肤模型上的进针点集进行筛选，得到可行进针点集；根据可行进针点集与靶点位置的规划路径的风险参数，计算各个可行进针点的路径风险，确定目标穿刺路径，其中，选择路径风险最小的路径为目标穿刺路径，目标穿刺路径对应的可行进针点为目标进针点；从而达到快速高效的进行术前穿刺路径规划的目的。上述筛选规则和风险参数从多个不同的角度对进针点和穿刺路径进行筛选和验证，可提高术前穿刺路径规划的效率和准确率。
在穿刺操作过程中，采集穿刺对象的术中医学图像，确定当前穿刺路径；根据预设的检测规则检测当前穿刺路径是否存在操作风险。实现了在术中进行穿刺操作的操作风险检测和预警的目的。上述检测规则从多个不同的方面对当前穿刺路径的操作风险进行检测，实现了快速高效地对当前穿刺操作进行检测的目的。
本申请的技术方案可以对术前穿刺路径进行高效准确规划的同时，在术中对穿刺操作进行操作风险检测和预警。实现了提高术前穿刺路径规划的效率和准确率的同时，对术中穿刺操作的风险进行预警的技术效果，进而解决了相关技术中仅依靠术前的穿刺路径规划结果，无法避免穿刺中由于操作或者操作对象的运动导致的风险，进而导致穿刺风险较高的问题。
上述步骤的执行主体可以为穿刺路径规划系统，该穿刺路径规划系统可以包括处理装置，处理装置可以为处理器，服务器，控制器等能够进行数据通信和数据处理的设备。上述穿刺路径规划系统通过上述处理装置来执行上述步骤中的数据处理操作，例如步骤S101-步骤S105。实现上述技术效果，解决上述技术问题。
上述穿刺对象可以为进行穿刺手术的患者，或者患者的身体部位，例如，头部。上述术前医学图像为进行穿刺手术前，通过医学成像设备对穿刺对象进行医学成像的采集。例如，超声成像，B超图像，CT图像等。该术前医学图像包括了穿刺靶点的靶点位置，通过标注穿刺靶点所在的病灶区域，在病灶区域内设置半径为预设半径的球体区域为穿刺的靶点可行区，并将球形区域的球心作为靶点位置。
步骤S101，对穿刺对象的术前医学图像进行图像分割，确定多组织模型，穿刺靶点可行区以及靶点位置，包括：获取穿刺对象的术前医学图像；对术前医学图像中的靶点位置和靶点可行区进行标记，其中，靶点可行区为以靶点位置为球心的预设半径的球形区域；通过图像分割算法对术前医学图像进行分割，确定多组织模型，其中，多组织模型包括皮肤模型和组织器官模型。
通过图像分割算法对术前医学图像进行分割，就可以得到多组织模型，包括皮肤模型和组织器官模型。需要说明的是，上述组织器官模型可以为与穿刺操作相关性较高的器官模型，例如，穿刺过程中可能会遇到的大脑皮层，心肝脾肺肾，骨骼，血管，神经等器官，而且该器官不能受到穿刺针的伤害，一旦穿刺针误刺到该器官会对穿刺对象的身体健康产生影响。
上述多组织模型除了上述皮肤模型和组织器官模型之外，还可以包括骨骼模型，血管模型，神经模型等。基于上述多组织模型，可以进一步处理得到其表面模型，通过穿刺路径是否与表面模型相交，来判断是否有误穿刺到该器官的风险。进而来筛选规划的多个候选穿刺路径。
在皮肤模型上选取能够作为进针点的进针点集，进针点集中的每个进针点都是从皮肤角度，可以作为穿刺入口。但是实际上由于穿刺针为固定形状，通常长条状，进针点和靶点位置之间可能存在无法绕过的器官组织，因此并不是所有的进针点都可行，进针点是否可行还需要进一步确定。
本实施例通过预设的筛选规则对进针点集中的进针点进行筛选，得到可行进针点集。可选的，步骤S102，根据预设的筛选规则对多组织模型中的皮肤模型上的进针点集进行筛选，得到可行进针点集，包括：根据多组织模型中的皮肤模型，选择进针候选区域，其中，进针候选区域包括多个进针点的进针点集；确定进针点集中的各个进针点与靶点位置之间的候选穿刺路径，其中，每个进针点都对应一个候选穿刺路径；根据筛选规则对候选穿刺路径进行筛选，确定可行穿刺路径，其中，筛选规则包括通过普吕克（Plucker）坐标判断组织器官模型的表面三角面片是否与候选穿刺路径相交，在不相交的情况下，确定候选穿刺路径为可行穿刺路径；根据可行穿刺路径确定对应的可行进针点集，其中，每个可行穿刺路径对应一个可行进针点。
根据多组织模型中的皮肤模型，确定皮肤模型的表面模型，在表面模型上选择进针候选区域，进针候选区域由多个体素点组成，每个体素点都可以看做一个进针点，因此，进针候选区包括多个进针点的进针点集。
在对进针点进行筛选时，主要依据是判定进针点对应的候选穿刺路径是否可行，因此确定进针点集中的各个进针点与靶点位置之间的候选穿刺路径，其中，每个进针点都对应一个候选穿刺路径，通过上述筛选规则对进针点的候选穿刺路径的筛选，实现对进针点的筛选。
根据筛选规则对候选穿刺路径进行筛选，确定可行穿刺路径。若候选穿刺路径可行，则其对应的进针点为可行进针点。上述筛选规则包括通过普吕克坐标判断组织器官模型的表面三角面片是否与候选穿刺路径相交，在组织器官模型的表面三角面片与候选穿刺路径不相交的情况下，说明候选穿刺路径不会误穿刺到组织器官，该候选穿刺路径可行。则确定候选穿刺路径为可行穿刺路径。在组织器官模型的表面三角面片与候选穿刺路径相交的情况下，说明候选穿刺路径会误穿刺到组织器官，该候选穿刺路径不可行。
可选的，筛选规则还包括：确定候选穿刺路径的进针点与靶点位置的欧几里得距离，是否超过穿刺针长度的预设比例，在进针点与靶点位置的欧几里得距离，超过穿刺针长度的预设比例的情况下，说明该候选穿刺路径可以供该穿刺针使用，该穿刺针可通过该候选穿刺路径成功穿刺到靶点位置，则确定候选穿刺路径为可行穿刺路径。
在进针点与靶点位置的欧几里得距离，未超过穿刺针长度的预设比例的情况下，说明该候选穿刺路径过长，无法供该穿刺针使用，该穿刺针通过该候选穿刺路径无法成功穿刺到靶点位置，则确定候选穿刺路径为不可行穿刺路径，需要进行删除。
考虑到穿刺针的外部需预留一定长度进行操作，而且穿刺针在完成穿刺操作后，需要抽出来。本实施例上述预设比例可以为70%，75%，80%，85%，90%。优选为85%。在另一些实施方式中，由于穿刺针的长度不一，按照比例预留在体外的长度也是不同的，因此，也可以从预留在体外的长度确定穿刺针插入体内的长度，来作为候选穿刺路径是否可行的标准。
筛选规则还包括：确定候选穿刺路径与对应的三角面片的法向量夹角是否超过进针的预设角度，在候选穿刺路径与对应的三角面片的法向量夹角未超过进针的预设角度的情况下，则说明进针点的进针角度满足进针操作的要求，确定候选穿刺路径为可行穿刺路径。
在候选穿刺路径与对应的三角面片的法向量夹角超过进针的预设角度的情况下，则说明进针点的进针角度不满足进针操作的要求，确定候选穿刺路径为不可行穿刺路径，需要进行删除。
由于穿刺进针点在皮肤表面，上述候选穿刺路径与皮肤模型上进针点所在的三角面片的法向量的夹角越小，进针方向与皮肤越垂直，越容易进针。上述夹角越大，进针方向与皮肤越平行，进针操作很容易打滑，而且也很难按照预定的进针点进行进针，其进针难度越大。
通过上述普吕克坐标确定组织器官的表面的三角面片是否与候选穿刺路径相交，相比于一般的是三维坐标，在普吕克坐标系中，这种立体空间的线与面的相交关系可以更快速准确的确定。
可选的，通过普吕克坐标判断组织器官模型的表面三角面片是否与候选穿刺路径相交，包括：通过普吕克坐标表示候选穿刺路径对应的第一矢量P ST ，其中，第一矢量P ST 为进针点S指向靶点位置T的矢量；确定组织器官模型的表面波型的三角面片，其中，三角面片的三个顶点分别为，第一顶点A，第二顶点B，第三顶点C；通过普吕克坐标表示靶点位置T与第一顶点A对应的第二矢量P TA ，第一顶点A与进针点S对应的第三矢量P AS ，以及第二顶点B与第三顶点C对应的第四矢量P BC ；根据第二矢量P TA 和第四矢量P BC 确定第一相交系数，根据第三矢量P AS 和第四矢量P BC 确定第二相交系数，其中，第一相交系数和第二相交系数均可正可负；在第一相交系数和第二相交系数异号的情况下，确定三角面片与候选穿刺路径不相交，在第一相交系数和第二相交系数同号的情况下，确定三角面片与候选穿刺路径不相交。
进针点S(x S ，y S ，z S )和穿刺靶点T(x t ，y t ，z t )确定的第一矢量P ST 为：
Figure SMS_1
其中，
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Figure SMS_4
，
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Figure SMS_7
。
三角面片的三个顶点分别为顶点A(x A ，y A ，z A )，顶点B(x B ，y B ，z B )，顶点C(x C ，y C ，z C )。靶点位置T与第一顶点A对应的第二矢量P TA 为：
Figure SMS_8
其中，
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Figure SMS_11
，
Figure SMS_12
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Figure SMS_14
。
对经过三角面片顶点A和体表进针点S的第三矢量P AS 为：
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其中，
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Figure SMS_18
，
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Figure SMS_21
。
对经过三角面片顶点B和C的第四矢量P BC 为：
Figure SMS_22
其中，
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Figure SMS_25
，
Figure SMS_26
，/>
Figure SMS_27
，/>
Figure SMS_28
。
根据第二矢量P TA 和第四矢量P BC 确定第一相交系数K 1，
Figure SMS_29
Figure SMS_30
根据第三矢量P AS 和第四矢量P BC 确定第二相交系数K 2，
Figure SMS_31
Figure SMS_32
如果K 1和K 2异号，那么表示候选的穿刺手术路径与当前的三角面片不相交；如果K 1和K 2同号，则表示候选的穿刺手术路径与当前的三角面片相交。
可选的，步骤S103，根据可行进针点集与靶点位置的规划路径的风险参数，计算各个可行进针点的路径风险，确定目标穿刺路径，包括：根据风险参数中，可行穿刺路径与组织器官模型之间的最小欧几里得距离，以及对应的第一理想距离，确定第一风险，其中，最小欧几里得距离大于第一理想距离的情况下，第一风险为零；根据风险参数中，可行穿刺路径的延长线与组织器官模型之间的最小欧几里得距离，以及对应的第二理想距离，确定第二风险，其中，最小欧几里得距离大于第二理想距离的情况下，第二风险为零；根据风险参数中，可行穿刺路径与皮肤模型的进针角度以及进针的预设角度，确定第三风险；根据风险参数中，可行穿刺路径与靶点所在病灶的进针角度以及进针的预设角度，确定第四风险；根据风险参数中，可行穿刺路径的长度与穿刺针长度的预设比例，确定第五风险；根据风险参数中，可行穿刺路径位于靶点位置所在器官的长度与穿刺针长度的预设比例，确定第六风险；根据风险参数中，第一风险至第六风险，以及各自对应的权重，计算可行穿刺路径的路径风险，将路径风险最小的可行穿刺路径作为目标穿刺路径。
上述风险参数包括：可行穿刺路径与组织器官模型之间的最小欧几里得距离D1；可行穿刺路径的延长线与组织器官模型之间的最小欧几里得距离D2；可行穿刺路径与皮肤模型的进针角度A1；可行穿刺路径与靶点所在病灶的进针角度A2；穿刺路径的总长度L1；穿刺路径位于病灶所在器官内的长度L2。上述靶点所在病灶也即是靶点位置或靶点可行区所在的病变器官或者组织。
与上述第一风险对应的第一风险函数定义为：
Figure SMS_33
其中，D 1 i 表示穿刺路径与最邻近的关键组织器官间的第一理想距离。候选穿刺路径对应的D 1 越大，则沿着该穿刺路径进行穿刺误伤关键组织器官的风险越小。
与第二风险对应的第二风险函数定义为：
Figure SMS_34
其中，D 2 i 表示穿刺靶点与最邻近的关键组织器官在穿刺路径延长线方向上的第二理想距离。候选穿刺路径对应的D 2 越大，则由于穿刺过深导致误伤关键组织器官的风险越小。
与第三风险对应的第三风险函数定义为：
Figure SMS_35
其中，A 1=0表示垂直皮肤进针，不仅方便操作穿刺针，而且能较好地保持穿刺角度。候选穿刺路径对应的A 1 越大，穿刺针越容易打滑或倾倒，相应的穿刺风险越大。70为进针的预设角度。上述预设角度还可以为，65，75，80，85等。也可以根据进针点所在表面的竞争难易程度，进行适应的调整修改。
与第四风险对应的第四风险函数定义为：
Figure SMS_36
其中，A 2=0表示垂直病灶进针。候选穿刺路径对应的A 2 越大，相应的穿刺风险越大。70为进针的预设角度。
与第五风险对应的第五风险函数定义为：
Figure SMS_37
其中，L n 表示穿刺针的实际长度。候选穿刺路径对应的L 1 越大，相应的穿刺风险越大。0.85为预设比例。
与第六风险对应的第六风险函数定义为：
Figure SMS_38
其中，L n 表示穿刺针的实际长度。候选穿刺路径对应的L 2 越大，相应的穿刺风险越高。0.85为预设比例。
与穿刺路径对应的路径风险函数定义为：
Figure SMS_39
Figure SMS_40
其中，
Figure SMS_41
表示各风险函数的权重。
可选的，步骤S104，在穿刺操作过程中，采集穿刺对象的术中医学图像，确定当前穿刺路径，包括：在穿刺过程中，采集穿刺对象的术中医学图像，并与术前医学图像进行配准；根据术中医学图像中穿刺针的针尖位置，与目标进针点，确定当前穿刺路径；步骤S105，根据预设的检测规则检测当前穿刺路径是否存在操作风险之后，方法还包括：在确定当前穿刺路径存在操作风险的情况下，进行预警提示。
上述术中医学图像和术前医学图像可以为同一种类的医学图像，其由同一种类的医学成像设备采集。如图3所示，经过配准后，可以得到术中医学图像的靶点位置和靶点可行区，以及进针点，穿刺针的针尖位置等关键信息。
根据针尖位置与目标进针点，可以确定当前穿刺路径，也即是穿刺针所在直线形成的穿刺路径。其可能与术前规划的目标穿刺路径存在偏差，需要对其偏差后的当前穿刺路径是否会影响穿刺操作进行确定，在穿刺操作存在较高的操作风险的请款下，进行预警和提示，来提示操作者，需要修正当前穿刺路径。
可选的，根据预设的检测规则检测当前穿刺路径是否存在操作风险，包括：判断当前穿刺路径的延长线是否与术中医学图像中的靶点可行区相交，在不相交的情况下，确定存在操作风险；在相交的情况下，确定延长线与靶点可行区的至少一个交点中与目标进针点最近的近端交点，并判断近端交点与针尖位置之间的欧几里得距离，加上当前穿刺路径的长度的和，是否超过穿刺针长度的预设比例，在超过的情况下，确定存在操作风险；在未超过的情况下，判断当前穿刺路径与术中医学图像中的靶点可行区的进针角度，是否超过进针的预设角度，在超过的情况下，确定存在操作风险；在未超过的情况下，通过普吕克坐标判断组织器官模型的表面三角面片是否与当前穿刺路径相交，在相交的情况下，确定存在操作风险。
上述在当前穿刺路径的延长线与术中医学图像中的靶点可行区不相交的情况下，说明当前穿刺路径继续执行下去也无法命中靶点可行区，也就无法进行有效的穿刺操作，自然没有必要继续执行下去，则确定当前穿刺路径存在操作风险。
在当前穿刺路径的延长线与术中医学图像中的靶点可行区相交的情况下，说明当前穿刺路径继续执行下去可以命中靶点可行区。然后确定延长线与靶点可行区的至少一个交点中与目标进针点最近的近端交点，并判断近端交点与针尖位置之间的欧几里得距离，加上当前穿刺路径的长度的和，是否超过穿刺针长度的预设比例。
在近端交点与针尖位置之间的欧几里得距离，加上当前穿刺路径的长度的和，超过穿刺针长度的预设比例的情况下，说明当前穿刺路径的进针点与靶点可行区的距离过长，超过了穿刺针总长度的预设比例，也即是超过穿刺针的可用长度，该当前穿刺路径无法通过当前的穿刺针完成穿刺操作，并确定存在操作风险。
在近端交点与针尖位置之间的欧几里得距离，加上当前穿刺路径的长度的和，未超过穿刺针长度的预设比例的情况下，说明当前穿刺路径的进针点与靶点可行区的距离，符合穿刺针的可用长度。则判断当前穿刺路径与术中医学图像中的靶点可行区的进针角度，是否超过进针的预设角度。
在当前穿刺路径与靶点可行区的进针角度超过预设角度的情况下，说明当前穿刺路径穿刺进入靶点可行区的穿刺角度不符合穿刺操作的角度要求，穿刺操作难度大，确定存在操作风险。
在当前穿刺路径与靶点可行区的进针角度未超过预设角度的情况下，说明当前穿刺路径穿刺进入靶点可行区的穿刺角度符合穿刺操作的角度要求。则通过普吕克坐标判断组织器官模型的表面三角面片是否与当前穿刺路径相交。
在组织器官模型的表面三角面片与当前穿刺路径相交的情况下，说明当前穿刺路径会误穿刺到正常的组织器官，则确定存在操作风险。
在组织器官模型的表面三角面片与当前穿刺路径不相交的情况下，说明当前穿刺路径可行，不进行预警，让穿刺操作人员继续进行穿刺操作。
可选的，判断当前穿刺路径的延长线是否与术中医学图像中的靶点可行区相交，包括：根据目标进针点与针尖位置确定当前穿刺路径所在直线的方程；计算术中医学图像的靶点位置与直线之间的垂直距离；在垂直距离大于靶点可行区的预设半径的情况下，确定当前穿刺路径的延长线与靶点可行区不相交，在垂直距离小于或等于靶点可行区的预设半径的情况下，确定当前穿刺路径的延长线与靶点可行区相交。
需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。
需要说明的是，本申请还提供了一种可选的实施方式，下面对该实施方式进行详细说明。
针对相关技术中的技术问题，本实施方式提供了一种基于多组织模型与穿刺风险最小化的穿刺路径规划方法及系统。涉及医学图像处理与计算机辅助手术路径规划技术领域，具体方案如下：
步骤1、基于患者术前扫描的医学图像I prev 标注病灶区域，在综合考虑病灶形态和周边组织器官的情况下，在病灶区域内设置半径为
Figure SMS_42
的球体作为穿刺靶点可行区R feas ，并将球心作为穿刺靶点T(x t ，y t ，z t )利用医学图像分割算法对潜在的穿刺路径周围的皮肤、骨骼、血管、神经等关键组织和器官进行分割，基于分割结果进行面绘制得到病灶和关键组织器官的表面模型。
步骤2、在皮肤的表面模型上选定候选的进针区域R cand ，R cand 包含的体素点集为V cand ，也即是上述进针点集。V cand 中任一进针点S(x S ，y S ，z S )与穿刺靶点T(x t ，y t ，z t )的连接线表示该进针点的候选穿刺路径。遍历V cand 中的每一点，如果当前的进针点S(x S ，y S ，z S )到穿刺靶点T(x t ，y t ，z t )的欧几里得距离大于穿刺针长度的85%，则将S(x S ，y S ，z S )从V cand 中删除；如果候选的穿刺手术路径与S(x S ，y S ，z S )对应的三角面片的法向量的夹角（即穿刺进针角度）大于70°，则将S(x S ，y S ，z S )从V cand 中删除；进一步地，利用普吕克坐标判断关键组织器官的表面模型的三角面片与候选的穿刺手术路径的位置关系，如果候选的穿刺手术路径对应的直线与关键组织器官的表面模型的任何一个三角面片相交，则将对应的S(x S ，y S ，z S )从V cand 中删除，从而得到筛选后的体表进针区域及其对应的体素点集V feas ，也即是上述可行进针点集。
上述使用普吕克坐标判断关键组织器官的表面模型的三角面片与候选的穿刺手术路径是否相交的步骤如下：
1）使用普吕克坐标表示由当前候选的体表进针点S(x S ，y S ，z S )和穿刺靶点T(x t ，y t ， z t )确定的候选穿刺路径对应的直线，也即是第一矢量P ST ：
Figure SMS_43
其中，
Figure SMS_44
，/>
Figure SMS_45
，/>
Figure SMS_46
，
Figure SMS_47
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Figure SMS_48
，/>
Figure SMS_49
。
2）图2是根据本申请实施方式提供的三角面片与候选穿刺路径的空间关系的示意图，如图2所示，三角形ABC表示关键组织器官的表面模型的一个三角面片，三个顶点分别为顶点A(x A ，y A ，z A )，顶点B(x B ，y B ，z B )，顶点C(x C ，y C ，z C )。对经过穿刺靶点
Figure SMS_50
和三角面片顶点A的直线，也即是第二矢量P TA ，使用普吕克坐标表示为：
Figure SMS_51
其中，
Figure SMS_52
，/>
Figure SMS_53
，/>
Figure SMS_54
，
Figure SMS_55
，/>
Figure SMS_56
，/>
Figure SMS_57
。
对经过三角面片顶点A和体表进针点
Figure SMS_58
的直线，也即是第三矢量P AS ，使用普吕克坐标表示为：
Figure SMS_59
其中，
Figure SMS_60
，/>
Figure SMS_61
，/>
Figure SMS_62
，
Figure SMS_63
，/>
Figure SMS_64
，/>
Figure SMS_65
。
对经过三角面片顶点B和C的直线，也即是第四矢量P BC ，使用普吕克坐标表示为：
Figure SMS_66
其中，
Figure SMS_67
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Figure SMS_68
，/>
Figure SMS_69
，
Figure SMS_70
，/>
Figure SMS_71
，/>
Figure SMS_72
。
3）计算用于判断相交关系的第一相交系数K 1和第二相交系数K 2，其中
Figure SMS_73
Figure SMS_74
Figure SMS_75
Figure SMS_76
如果K 1和K 2异号，那么表示候选的穿刺手术路径与当前的三角面片不相交；如果K 1和K 2同号，则表示候选的穿刺手术路径与当前的三角面片相交。
步骤3、设置穿刺风险相关变量，建立穿刺路径风险函数。穿刺风险相关变量也即是上述风险参数，具体包括：（1）穿刺路径与关键组织器官间的最小欧几里得距离D 1 ；（2）穿刺路径延长线与关键组织器官间的最小欧几里得距离D 2 ；（3）穿刺路径与皮肤的穿刺进针角度A 1 ；（4）穿刺路径与病灶的穿刺进针角度A 2 ；（5）穿刺路径的总长度L 1 ；（6）穿刺路径位于病灶所在器官内的长度L 2 。基于每个穿刺风险相关变量分别建立风险函数，根据患者的肿瘤及关键组织器官的特点设置每项风险函数的权重，加权求和得到个性化的穿刺路径风险函数。
与上述第一风险和D 1 对应的第一风险函数定义为：
Figure SMS_77
其中，D 1 i 表示穿刺路径与最邻近的关键组织器官间的第一理想距离。候选穿刺路径对应的D 1 越大，则沿着该穿刺路径进行穿刺误伤关键组织器官的风险越小。
与第二风险和D 2 对应的第二风险函数定义为：
Figure SMS_78
其中，D 2 i 表示穿刺靶点与最邻近的关键组织器官在穿刺路径延长线方向上的第二理想距离。候选穿刺路径对应的D 2 越大，则由于穿刺过深导致误伤关键组织器官的风险越小。
与第三风险和A 1 对应的第三风险函数定义为：
Figure SMS_79
其中，A 1=0表示垂直皮肤进针，不仅方便操作穿刺针，而且能较好地保持穿刺角度。候选穿刺路径对应的A 1 越大，穿刺针越容易打滑或倾倒，相应的穿刺风险越大。
与第四风险和A 2 对应的第四风险函数定义为：
Figure SMS_80
其中，A 2=0表示垂直病灶进针。候选穿刺路径对应的A 2 越大，相应的穿刺风险越大。
与第五风险和L 1 对应的第五风险函数定义为：
Figure SMS_81
其中，L n 表示穿刺针的实际长度。候选穿刺路径对应的L 1 越大，相应的穿刺风险越大。
与第六风险和L 2 对应的第六风险函数定义为：
Figure SMS_82
其中，L n 表示穿刺针的实际长度。候选穿刺路径对应的L 2 越大，相应的穿刺风险越高。
个性化的穿刺路径风险函数定义为：
Figure SMS_83
Figure SMS_84
其中，
Figure SMS_85
表示各风险函数的权重。需要说明的是，只要D 1和D 2存在大于其对应设定的第一理想距离和第二理想距离，风险函数值就为0。在6个变量间存在相互制约的情况下，这样带来的一个好处是，当多条候选穿刺路径的D 1和D 2均大于设定的理想距离的情况下，将针对性地挑选穿刺角度更小和穿刺路径长度更短的路径作为术前规划的穿刺路径，从而有效降低穿刺风险。
步骤4、遍历可行进针点集V feas 中的每一点，计算该可行进针点作为体表进针点与穿刺靶点构成的候选穿刺路径所对应的穿刺路径风险值，选择风险值最小的穿刺路径作为术前规划的穿刺路径。
步骤5、将患者术前扫描的医学图像I prev 与患者术中扫描的医学图像I intra 进行空间位置配准，使术前对关键组织和器官的分割结果以及规划的穿刺靶点和穿刺靶点可行区映射到I intra 上，记为术中穿刺的靶点位置T intra (x t ，y t ，z t )和靶点可行区R intra 。图3是根据本申请实施方式提供的术中医学图像的示意图，如图3所示，提取I intra 中体表进针点J(x j ，y j ， z j )和穿刺针针尖点E(x e ，y e ，z e )，两个点构成的线段表示术中当前位于患者体内的穿刺针N intra ，N intra 所在的路径表示当前的穿刺路径。判断N intra 的延长线是否与I intra 上的穿刺靶点可行区R intra 相交，如果不相交，则表明当前的穿刺路径不可行；如果相交，判断近端交点与当前针尖点之间的欧几里得距离，如果该距离和N intra 的长度之和大于穿刺针长度的85%，则表明当前的穿刺路径不可行；如果穿刺路径长度满足要求，则计算当前的穿刺路径与R intra 构成的进针角度，如果进针角度大于70°，则表明当前的穿刺路径不可行；如果进针角度满足要求，则利用普吕克坐标判断I intra 图像中对应的关键组织器官的表面模型的三角面片与当前的穿刺路径的位置关系，如果当前的穿刺路径所在的直线与关键组织器官的表面模型的任何一个三角面片相交，则表明当前的穿刺路径不可行；一旦当前的穿刺路径被判定为不可行，则根据判定为不可行的原因进行预警，从而有效降低实际的穿刺手术风险。
判断N intra 的延长线是否与患者术中扫描的医学图像I intra 上的穿刺靶点可行区R intra 相交的具体步骤如下：1）根据体表进针点J(x j ，y j ，z j )和穿刺针针尖点E(x e ，y e ，z e )确定当前的穿刺路径对应的直线方程；2）计算穿刺靶点可行区R intra 对应的球心T intra (x t ，y t ，z t )到当前的穿刺路径对应的直线之间的垂直距离；3）当垂直距离大于R intra 的半径
Figure SMS_86
时，N intra 的延长线与R intra 不相交；否则，N intra 的延长线与R intra 相交。
本实施方式提出的基于多组织模型与穿刺风险最小化的穿刺路径规划方法，能够实现术前的风险最小化原则下的穿刺路径规划。同时，在考虑穿刺手术过程中患者的呼吸、身体的微动以及穿刺针的晃动等因素引起偏差的情况下，本实施方式提出的方法可以基于术中扫描图像对术中当前的穿刺路径进行风险评估，准确识别穿刺风险高的穿刺路径并进行预警，从而有效降低穿刺手术的风险。
图4是根据本申请实施例提供的一种穿刺路径规划系统的示意图，如图4所示，本申请实施例还提供了一种穿刺路径规划系统，包括：穿刺针41，医学成像设备42，显示器43和处理器44，具体如下。
处理器44包括术前规划模块441和术中预警模块442；术前规划模块441用于对穿刺对象的术前医学图像进行图像分割，确定多组织模型，穿刺靶点可行区以及靶点位置；根据预设的筛选规则对多组织模型中的皮肤模型上的进针点集进行筛选，得到可行进针点集；根据可行进针点集与靶点位置的规划路径的风险参数，计算各个可行进针点的路径风险，确定目标穿刺路径，其中，选择路径风险最小的路径为目标穿刺路径，目标穿刺路径对应的可行进针点为目标进针点；术中预警模块442，与上述术前规划模块441相连，用于在穿刺操作过程中，采集穿刺对象的术中医学图像，确定当前穿刺路径；根据预设的检测规则检测当前穿刺路径是否存在操作风险；在确定当前穿刺路径存在操作风险的情况下，进行预警提示。
本申请通过对穿刺对象的术前医学图像进行图像分割，确定多组织模型，穿刺靶点可行区以及靶点位置，根据预设的筛选规则，对多组织模型中的皮肤模型上的进针点集进行筛选，得到可行进针点集；根据可行进针点集与靶点位置的规划路径的风险参数，计算各个可行进针点的路径风险，确定目标穿刺路径，其中，选择路径风险最小的路径为目标穿刺路径，目标穿刺路径对应的可行进针点为目标进针点；从而达到快速高效的进行术前穿刺路径规划的目的，上述筛选规则和风险参数从多个不同的角度对进针点和穿刺路径进行筛选和验证，实现了提高术前穿刺路径规划的效率和准确率的效果。
而且在穿刺操作过程中，采集穿刺对象的术中医学图像，确定当前穿刺路径；根据预设的检测规则检测当前穿刺路径是否存在操作风险。实现在术中进行穿刺操作的操作风险检测和预警，上述检测规则从多个不同的方面对当前穿刺路径的操作风险进行检测，实现快速高效的对当前穿刺操作进行检测的效果。
本申请可以对术前穿刺路径进行高效准确规划的同时，在术中对穿刺操作进行操作风险检测和预警，实现了提高术前穿刺路径规划的效率和准确率的同时，对术中穿刺操作的风险进行预警的技术效果，进而解决了相关技术中仅依靠术前的穿刺路径规划结果，无法避免穿刺中由于操作或者操作对象的运动导致的风险，进而导致穿刺风险较高的问题。
上述穿刺路径规划装置包括处理器和存储器，上述术前规划模块441和术中预警模块442等均作为程序单元存储在存储器中，由处理器执行存储在存储器中的上述程序单元来实现相应的功能。
处理器中包含内核，由内核去存储器中调取相应的程序单元。内核可以设置一个或以上，通过调整内核参数来解决了相关技术中非电容屏原配的电容笔在使用时，用户无法确定是否适配的问题。
存储器可能包括计算机可读介质中的非永久性存储器，随机存取存储器(RAM)和/或非易失性内存等形式，如只读存储器(ROM)或闪存(flash RAM)，存储器包括至少一个存储芯片。
本发明实施例提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有程序，该程序被处理器执行时实现所述穿刺路径规划方法。
本发明实施例提供了一种处理器，所述处理器用于运行程序，其中，所述程序运行时执行所述穿刺路径规划方法。
图5是根据本申请实施例提供的一种电子设备的示意图，如图5所示，本申请实施例提供了一种电子设备50，设备包括处理器、存储器及存储在存储器上并可在处理器上运行的程序，处理器执行程序时实现上述穿刺路径规划方法的步骤：
本文中的设备可以是服务器、PC、PAD、手机等。
本申请还提供了一种计算机程序产品，当在穿刺路径规划设备上执行时，适于执行初始化有上述任一方法步骤的程序。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质（包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等）上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备（系统）、和计算机程序产品的流程图和／或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和／或方框图中的每一流程和／或方框、以及流程图和／或方框图中的流程和／或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程穿刺路径规划设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程穿刺路径规划设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程穿刺路径规划设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程穿刺路径规划设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
在一个典型的配置中，计算设备包括一个或多个处理器 (CPU)、输入/输出接口、网络接口和内存。
存储器可能包括计算机可读介质中的非永久性存储器，随机存取存储器(RAM)和/或非易失性内存等形式，如只读存储器(ROM)或闪存(flash RAM)。存储器是计算机可读介质的示例。
计算机可读介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括，但不限于相变内存 (PRAM)、静态随机存取存储器 (SRAM)、动态随机存取存储器 (DRAM)、其他类型的随机存取存储器 (RAM)、只读存储器 (ROM)、电可擦除可编程只读存储器 (EEPROM)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能光盘 (DVD) 或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。按照本文中的界定，计算机可读介质不包括暂存电脑可读媒体 (transitory media)，如调制的数据信号和载波。
还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。
本领域技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质（包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等）上实施的计算机程序产品的形式。

Claims (7)

1.一种穿刺路径规划系统，其特征在于，包括：穿刺针，医学成像设备，显示器和处理器；所述处理器包括术前规划模块和术中预警模块；
所述术前规划模块用于对穿刺对象的术前医学图像进行图像分割，确定多组织模型，穿刺靶点可行区以及靶点位置；根据预设的筛选规则，对所述多组织模型中的皮肤模型上的进针点集进行筛选，得到可行进针点集；根据可行进针点集与所述靶点位置的规划路径的风险参数，计算各个可行进针点的路径风险，确定目标穿刺路径，其中，选择路径风险最小的路径为目标穿刺路径，所述目标穿刺路径对应的可行进针点为目标进针点；
所述术中预警模块用于在穿刺操作过程中，采集穿刺对象的术中医学图像，确定当前穿刺路径；根据预设的检测规则检测所述当前穿刺路径是否存在操作风险；在确定所述当前穿刺路径存在操作风险的情况下，进行预警提示；
根据预设的筛选规则，对所述多组织模型中的皮肤模型上的进针点集进行筛选，得到可行进针点集，包括：根据多组织模型中的皮肤模型，选择进针候选区域，其中，所述进针候选区域包括多个进针点的进针点集；确定所述进针点集中的各个进针点与所述靶点位置之间的候选穿刺路径，其中，每个进针点都对应一个候选穿刺路径；根据所述筛选规则对所述候选穿刺路径进行筛选，确定可行穿刺路径，其中，所述筛选规则包括通过普吕克坐标判断组织器官模型的表面三角面片是否与候选穿刺路径相交，在不相交的情况下，确定候选穿刺路径为可行穿刺路径；根据可行穿刺路径确定对应的可行进针点集，其中，每个所述可行穿刺路径对应一个可行进针点；
根据预设的检测规则检测所述当前穿刺路径是否存在操作风险，包括：判断当前穿刺路径的延长线是否与所述术中医学图像中的靶点可行区相交，在不相交的情况下，确定存在操作风险；在相交的情况下，确定所述延长线与所述靶点可行区的至少一个交点中与所述目标进针点最近的近端交点，并判断所述近端交点与针尖位置之间的欧几里得距离，加上所述当前穿刺路径的长度的和，是否超过穿刺针长度的预设比例，在超过的情况下，确定存在操作风险；在未超过的情况下，判断所述当前穿刺路径与所述术中医学图像中的靶点可行区的进针角度，是否超过进针的预设角度，在超过的情况下，确定存在操作风险；在未超过的情况下，通过普吕克坐标判断组织器官模型的表面三角面片是否与所述当前穿刺路径相交，在相交的情况下，确定存在操作风险。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，对穿刺对象的术前医学图像进行图像分割，确定多组织模型，穿刺靶点可行区以及靶点位置，包括：
获取所述穿刺对象的术前医学图像；
对所述术前医学图像中的靶点位置和靶点可行区进行标记，其中，所述靶点可行区为以所述靶点位置为球心的预设半径的球形区域；
通过图像分割算法对所述术前医学图像进行分割，确定多组织模型，其中，所述多组织模型包括所述皮肤模型和组织器官模型。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述筛选规则还包括：
确定所述候选穿刺路径的进针点与所述靶点位置的欧几里得距离，是否超过穿刺针长度的预设比例，在未超过的情况下，确定候选穿刺路径为可行穿刺路径；
确定所述候选穿刺路径与对应的所述三角面片的法向量夹角是否超过进针的预设角度，在未超过的情况下，确定候选穿刺路径为可行穿刺路径。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，通过普吕克坐标判断组织器官模型的表面三角面片是否与候选穿刺路径相交，包括：
通过普吕克坐标表示候选穿刺路径对应的第一矢量P ST ，其中，所述第一矢量P ST 为进针点S指向靶点位置T的矢量；
确定所述组织器官模型的表面模型的三角面片，其中，所述三角面片的三个顶点分别为，第一顶点A，第二顶点B，第三顶点C；
通过普吕克坐标表示靶点位置T与所述第一顶点A对应的第二矢量P TA ，所述第一顶点A与进针点S对应的第三矢量P AS ，以及所述第二顶点B与第三顶点C对应的第四矢量P BC ；
根据所述第二矢量P TA 和所述第四矢量P BC 确定第一相交系数，根据所述第三矢量P AS 和所述第四矢量P BC 确定第二相交系数，其中，所述第一相交系数和所述第二相交系数均可正可负；
在所述第一相交系数和所述第二相交系数异号的情况下，确定所述三角面片与所述候选穿刺路径不相交；在所述第一相交系数和所述第二相交系数同号的情况下，确定所述三角面片与所述候选穿刺路径相交。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，根据可行进针点集与所述靶点位置的规划路径的风险参数，计算各个可行进针点的路径风险，确定目标穿刺路径，包括：
根据所述风险参数中，可行穿刺路径与所述组织器官模型之间的最小欧几里得距离，以及对应的第一理想距离，确定第一风险，其中，所述最小欧几里得距离大于所述第一理想距离的情况下，所述第一风险为零；
根据所述风险参数中，可行穿刺路径的延长线与所述组织器官模型之间的最小欧几里得距离，以及对应的第二理想距离，确定第二风险，其中，所述最小欧几里得距离大于所述第二理想距离的情况下，所述第二风险为零；
根据所述风险参数中，可行穿刺路径与所述皮肤模型的进针角度以及进针的预设角度，确定第三风险；
根据所述风险参数中，可行穿刺路径与所述靶点位置所在病灶的进针角度以及进针的预设角度，确定第四风险；
根据所述风险参数中，可行穿刺路径的长度与穿刺针长度的预设比例，确定第五风险；
根据所述风险参数中，可行穿刺路径位于所述靶点位置所在器官内的长度与穿刺针长度的预设比例，确定第六风险；
根据所述风险参数中，所述第一风险至所述第六风险，以及各自对应的权重，计算可行穿刺路径的路径风险，将路径风险最小的可行穿刺路径作为所述目标穿刺路径。
6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，在穿刺操作过程中，采集穿刺对象的术中医学图像，确定当前穿刺路径，包括：
在穿刺过程中，采集穿刺对象的术中医学图像，并与所述术前医学图像进行配准；
根据所述术中医学图像中穿刺针的针尖位置，与所述目标进针点，确定当前穿刺路径；
根据预设的检测规则检测所述当前穿刺路径是否存在操作风险之后，还包括：
在确定所述当前穿刺路径存在操作风险的情况下，进行预警提示。
7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，判断当前穿刺路径的延长线是否与所述术中医学图像中的靶点可行区相交，包括：
根据所述目标进针点与所述针尖位置确定所述当前穿刺路径所在直线的方程；
计算所述术中医学图像的靶点位置与所述直线之间的垂直距离；
在所述垂直距离大于所述靶点可行区的预设半径的情况下，确定所述当前穿刺路径的延长线与所述靶点可行区不相交，在所述垂直距离小于或等于所述靶点可行区的预设半径的情况下，确定所述当前穿刺路径的延长线与所述靶点可行区相交。
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