CN112370162B - 一种通过多重约束建立图像模型穿刺消融路径的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种通过多重约束建立图像模型穿刺消融路径的方法，获取CT图像，并根据CT图像建立三维模型；对靶区进行放射状路径建模；对穿刺的绕避目标进行放射状路径的障碍物建模；建模的放射状路径终端与皮表相交，形成皮表穿刺区域；形成有皮表穿刺区域的放射状路径即为可穿刺路径，并从可穿刺路径中获取最优路径作为穿刺消融路径。该通过多重约束建立图像模型穿刺消融路径的方法具有简单直观、使用方便的优点。

Description

一种通过多重约束建立图像模型穿刺消融路径的方法
技术领域
本发明涉及医学技术领域，具体而言，涉及了一种通过多重约束建立图像模型穿刺消融路径的方法。
背景技术
消融术是一种微创手术，利用消融针等工具，对肿瘤靶区进行高温破坏，使其在组织病理学上表现为凝固性坏死，从而达到破坏病变区域的目的，而病变区域外的组织没有损伤。消融治疗的手术规划需要满足各种需求，至少包括最短路线、避开血管和骨骼障碍等等。
现实中的消融路径规划多依赖医生的经验，根据获取的图像等数据进行路径规划，如申请日为2014.04.14、申请号为CN201410148012.9的专利文件中，就公开了一种消融针穿刺路径规划方法及系统，根据或取得数据进行设置和计算，需要大量的计算且缺乏直观性。部分采用三维建模并对三维模型进行路径规划，如申请日为2019.03.22、申请号为CN201910220801.1的专利文件中，就公开了一种CT引导肝肿瘤热消融治疗穿刺路径规划方法，通过三维建模并建立坐标系，通过坐标系对图像进行识别和计算来进行路径规划，需要的运算量较大，使用复杂。
发明内容
为了解决背景技术中所存在的问题，本发明提出了一种通过多重约束建立图像模型穿刺消融路径的方法。
一种通过多重约束建立图像模型穿刺消融路径的方法，获取CT图像，并根据CT图像建立三维模型；对靶区进行放射状路径建模；对穿刺的绕避目标进行放射状路径的障碍物建模；建模的放射状路径终端与皮表相交，形成皮表穿刺区域；形成有皮表穿刺区域的放射状路径即为可穿刺路径，并从可穿刺路径中获取最优路径作为穿刺消融路径。
基于上述，对靶区进行放射状路径建模时，对靶区进行拟光源建模，靶区的放射状路径即为拟光源的光路。
基于上述，绕避目标至少包括关键血管、内脏器官和骨骼，对绕避目标的实际模型基础上附加安全距离后建立障碍物模型；且对非绕避目标的区域进行放射状路径的无障碍建模。
基于上述，对可穿刺路径建立至少包括穿刺角度约束和穿刺路径长度约束的软约束，从满足软约束条件的可穿刺路径中选取穿刺消融路径。
基于上述，所述软约束还包括皮表穿刺区域的形状约束、大小约束。
基于上述，所述靶区为消融点对应的消融区域；消融点有多个时，对每个消融点分别获取穿刺消融路径。
基于上述，对靶区建立至少包括目标区域安全边缘约束、消融区域约束的硬约束，从满足硬约束条件的靶区中选取消融点。
基于上述，所述放射状路径为具有整体属性和可伸缩属性的柱状路径。
基于上述，所述柱状路径的截面直径为消融针终端管径。
本发明相对现有技术具有突出的实质性特点和显著的进步，具体的说，本发明在对CT图像进行三维建模后，对靶区进行放射状路径建模，放射状路径遇到障碍模型时无法通过，从障碍模型之间穿出并到达皮表的放射状路径，即为可穿刺的路径，对可穿刺路径进一步筛选后即可获取最佳的消融穿刺路径，该方法简单直观、使用方便。
附图说明
图1是本发明的流程结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，一种通过多重约束建立图像模型穿刺消融路径的方法，获取CT图像，并根据CT图像建立三维模型；对靶区进行放射状路径建模；对穿刺的绕避目标进行放射状路径的障碍物建模；建模的放射状路径终端与皮表相交，形成皮表穿刺区域；形成有皮表穿刺区域的放射状路径即为可穿刺路径，并从可穿刺路径中获取最优路径作为穿刺消融路径。
具体的，通过CT设备获取CT图像，并根据所获取的CT图像进行三维建模。对建立的三维模型中的各模型进行属性设置，将肿瘤模型的靶区也即消融针终点及其对应的消融体积，设置为具有放射状路径的源头模型，也即该源头模型为一种发射源，其对外发射路径呈放射状。将穿刺需要绕避的目标如至少包括关键血管、内脏器官和骨骼等，建立为障碍物模型，对该障碍物模型的属性进行设置，使其对放射状路径具有阻碍作用，放射状路径只能从障碍物模型之间穿过。从障碍物之间穿过的放射状路径与皮表交汇后，在皮表形成的交汇区域即为可穿刺的区域，形成有皮表穿刺区域的放射状路径即为可穿刺路径，消融针从可穿刺区域向靶区穿刺时，即可沿可穿刺路径到达靶区。
实际中，该源头模型的发射源，可以为光源、粒子发射源等。本实施例中，以光源为例进行说明，对靶区进行拟光源建模，靶区的放射状路径即为拟光源的光路。实际中，光源可以为消融针终端针管径的大小为直径的球状光源，球状光源向建模空间中发射光线，光线与皮表的交汇处形成光斑区域，形成光斑区域的光线路径即为从障碍物模型间穿射出的可穿刺路径，从光斑区域沿着光线路径即可达到消融靶区。实际中，障碍物模型的属性还需要对光线设置最高的吸收属性，也即对光线无反射，避免反射光线的干扰。
光源还可以为一种可旋转扫射的平行光光源，在皮表选定目标穿刺区域后，该平行光光源对目标穿刺区域进行扫射，最终能穿射出障碍物模型之间的光束与皮表交汇，形成光斑区域，目标穿刺区域内的光斑区域即为可穿刺区域，对应的光路即为可穿刺路径。优选地，对平行光光源的光线进行属性设置，使得该平行光光源的光线为一光束，该光束的直径等于消融针终端的针管管径，也即消融针穿刺入皮下的部分的管径，并设置光束具有整体属性，也即障碍物模型之间的空隙小于光束直径时，光束无法从该空隙通过，伸缩属性指光束的沿直线传播、遇障碍物时无法穿过、无障碍物时可无限距离传播的属性。该光束对目标穿刺区域进行扫射，以搜寻可穿刺路径；实际中目标穿刺区域可以为皮表的片形区域或带形区域。
实际中可穿刺路径可能有多个，对可穿刺路径建立至少包括穿刺角度约束和穿刺路径长度约束的软约束，优选穿刺路径短、穿刺角度方便实际操作的路径，实际中可通过加权计算等，对多个可穿刺路径进行筛选，从满足软约束条件的可穿刺路径中选取最优的可穿刺路径，作为最终的穿刺消融路径。实际中，所述软约束还包括皮表穿刺区域的形状约束、大小约束等。
优选地，在进行障碍物建模时，对绕避目标的实际模型基础上附加安全距离后建立障碍物模型，如对关键血管的实际模型基础上，增大一定的血管模型尺寸，也即增大血管的管径，以对血管模型建立穿刺时安全距离的硬约束条件，使得穿刺路径充分避开关键血管。且对非绕避目标的区域进行放射状路径的无障碍建模，也即对非绕避目标的区域不建模或构建对发射源无任何影响的模型，如对血液、组织液等，不建模，避免对发射源的干扰。
实际中，肿瘤较大时，需要对肿瘤进行多处消融，或采用伞形消融针进行多处消融。所述靶区为消融点对应的消融区域；消融点有多个时，对每个消融点分别获取穿刺消融路径。实际中，还对靶区建立至少包括目标区域安全边缘约束、消融区域约束的硬约束，从满足硬约束条件的靶区中选取消融点。避免消融区域超出肿瘤范围而危及内脏器官等。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。

Claims (8)

1.一种通过多重约束建立图像模型穿刺消融路径的方法，其特征在于：
获取CT图像，并根据CT图像建立三维模型；
对靶区进行放射状路径建模；
对穿刺的绕避目标进行放射状路径的障碍物建模；所述放射状路径为具有整体属性和可伸缩属性的柱状路径；整体属性表示障碍物模型之间的空隙小于放射状路径的直径时，放射状路径无法从该空隙通过；可伸缩属性表示放射状路径沿直线传播、遇障碍物时无法穿过、无障碍物时无限距离传播；
建模的放射状路径终端与皮表相交，形成皮表穿刺区域；
形成有皮表穿刺区域的放射状路径即为可穿刺路径，并从可穿刺路径中获取最优路径作为穿刺消融路径。
2.根据权利要求1所述的通过多重约束建立图像模型穿刺消融路径的方法，其特征在于：对靶区进行放射状路径建模时，对靶区进行拟光源建模，靶区的放射状路径即为拟光源的光路。
3.根据权利要求1所述的通过多重约束建立图像模型穿刺消融路径的方法，其特征在于：绕避目标至少包括关键血管、内脏器官和骨骼，对绕避目标的实际模型基础上附加安全距离后建立障碍物模型；且对非绕避目标的区域进行放射状路径的无障碍建模。
4.根据权利要求1所述的通过多重约束建立图像模型穿刺消融路径的方法，其特征在于：对可穿刺路径建立至少包括穿刺角度约束和穿刺路径长度约束的软约束，从满足软约束条件的可穿刺路径中选取穿刺消融路径。
5.根据权利要求4所述的通过多重约束建立图像模型穿刺消融路径的方法，其特征在于：所述软约束还包括皮表穿刺区域的形状约束、大小约束。
6.根据权利要求1所述的通过多重约束建立图像模型穿刺消融路径的方法，其特征在于：所述靶区为消融点对应的消融区域；消融点有多个时，对每个消融点分别获取穿刺消融路径。
7.根据权利要求6所述的通过多重约束建立图像模型穿刺消融路径的方法，其特征在于：对靶区建立至少包括目标区域安全边缘约束、消融区域约束的硬约束，从满足硬约束条件的靶区中选取消融点。
8.根据权利要求1所述的通过多重约束建立图像模型穿刺消融路径的方法，其特征在于：所述柱状路径的截面直径为消融针终端管径。
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