CN114550943A - 一种基于医疗影像的冲击波入射点仿真规划方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于医疗影像的冲击波入射点仿真规划方法及系统，其方法包括：获取冲击波入射点仿真规划涉及的多个人体部位的医疗影像，并根据其构建冲击波仿真涉及的人体模型；根据所述人体模型建立带有约束性条件和目标条件的数学模型；求解各个目标条件的风险值；基于每个目标条件风险值和贪心算法，搜寻pareto解集直至所述pareto解集中的所有点被划分到pareto支配点或者被支配点集合中。本发明利用自适应参数构建了带有约束性条件和目标条件的人体模型，通过约束性条件的初筛和目标条件的风险值筛选初步解，最后运用贪心策略和pareto法确定最终解，从而实现了冲击波入射点规划的自动化和多场景条件下的适应性。

Description

一种基于医疗影像的冲击波入射点仿真规划方法及系统
技术领域
本发明属于医疗图像处理技术领域，具体涉及一种基于医疗影像的冲击波入射点仿真规划方法及系统。
背景技术
肾结石作为一种常见的人类疾病，严重影响了患者的正常生活，如果长期得不到良好的治疗，可能会导致结石在肾盂输尿管连接处停留，引起尿路梗阻。目前广泛使用的一种治疗手段是利用体外冲击波碎石，就是将超声或电磁波等能量聚集到一个焦点上打击结石，实现不开刀治疗结石。传统的体外粉碎肾结石手术要求医生凭借自身经验选择合适的冲击波入射点，操作机械臂进行手术，人工选点往往会造成需求考虑不全面不平衡的问题，因此通过算法推荐、模拟或仿真入射点方案可以作为医生的选点参考，具备使得手术更加安全、更加有效的优点，算法和医学的经验相结合是很有意义的。
当前冲击波入射点仿真规划主要存在以下问题，一是传统的人体建模多采用简单的阈值化处理配合人工剪裁实现多个部位的建模，需要人工操作，不够自动化，给医生带来了许多不必要的麻烦；二是入射点规划考虑因素不够全面，入射点的选择应该充分考虑到手术面临的各种因素，使得推荐方案能够被应用到实际操作中；三是多个要素难以权衡，为了满足某个目标需求多以牺牲另一个目标需求为代价，传统的做法多是利用加权法选择最优方案，但是实际上权重没有标准，加权法的输出难以真正达到最优(多目标优化模型)。
发明内容
为解决冲击波入射点的仿真模拟自动化程度不够高、适应性不强、难以满足多目标的需求的问题，在本发明的第一方面提供了一种基于医疗影像的冲击波入射点仿真规划方法，包括：获取冲击波入射点仿真规划涉及的多个人体部位的医疗影像，并根据其构建冲击波仿真涉及的人体模型；所述人体模型至少包括一个目标部位模型和多个非目标部位各自的二维模型和三维模型；根据所述人体模型建立带有约束性条件和目标条件的数学模型；基于所述约束性条件初步筛选，求解各个目标条件的风险值；基于每个目标条件风险值和贪心算法，搜寻pareto解集直至所述pareto解集中的所有点被划分到pareto支配点或者被支配点集合中。
在本发明的一些实施例中，所述根据所述人体模型建立带有约束性条件和目标条件的数学模型包括：根据冲击波入射点仿真规划的目标，确定一个或多个人体部位作为避开区域，并将其作为约束性条件；将冲击波的入射路径、打击目标部位的范围，以及入射路径与每个避开区域的距离作为目标条件；根据所述约束性条件和目标条件分别构建风险函数。
进一步的，所述根据所述约束性条件和目标条件分别构建风险函数包括：根据入射路径与每个避开区域的人体部位的距离，以及入射路径长度构建约束性条件的风险函数；根据冲击波的入射路径长度和冲击范围构建目标条件的风险函数。
进一步的，基于所述约束性条件初步筛选，求解各个目标条件的风险值包括：根据冲击波的入射路径与多个非目标部位的最近距离过滤无效路径；基于目标部位在冲击波的入射路径上投影的多个离散点搜寻凸包，并根据一个或多个凸包的面积计算打击目标部位的范围的风险值。
更进一步的，所述根据目标部位在冲击波的入射路径上投影的多个离散点搜寻凸包，并根据多个凸包的面积计算冲击范围的风险值包括：获取目标部位在入射路径为法向量的平面中的投影的多个离散点；利用Graham Scan算法寻找凸包的多个边界点，计算所述多个边界点构成的凸包的面积和冲击范围的风险值。
在上述的实施例中，所述冲击波入射点仿真规划涉及的多个人体部位的医疗影像，并根据其构建冲击波仿真涉及的人体模型包括：获取冲击波入射点仿真规划涉及的多个人体部位的CT影像；解析每个人体部位的CT影像，得到每个人体部位的多张二维切片图像，提取其中最大的轮廓；根据图像形态学从所述多个最大的轮廓中选取不均衡度最小的轮廓，将其作为该人体部位的轮廓；基于三维区域生长法，从多个人体部位的CT影像中提取每个部位的三维模型。
本发明的第二方面，提供了一种基于医疗影像的冲击波入射点仿真规划系统，包括：获取模块，用于获取冲击波入射点仿真规划涉及的多个人体部位的医疗影像，并根据其构建冲击波仿真涉及的人体模型；所述人体模型至少包括一个目标部位模型和多个非目标部位各自的二维模型和三维模型；建立模块，用于根据所述人体模型建立带有约束性条件和目标条件的数学模型；求解模块，用于基于所述约束性条件初步筛选，求解各个目标条件的风险值；搜寻模块，用于基于每个目标条件风险值和贪心算法，搜寻pareto解集直至所述pareto解集中的所有点被划分到pareto支配点或者被支配点集合中。
本发明的第三方面，提供了一种电子设备，包括：一个或多个处理器；存储装置，用于存储一个或多个程序，当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现本发明在第一方面提供的基于医疗影像的冲击波入射点仿真规划方法。
本发明的第四方面，提供了一种计算机可读介质，其上存储有计算机程序，其中，所述计算机程序被处理器执行时实现本发明在第一方面提供的基于医疗影像的冲击波入射点仿真规划方法。
本发明的有益效果是：
本发明将提出全自动人体腹部轮廓、骨骼和肺部（多模型）的建模，同时结合了临床或仿真中会面临的各种需求建立入射点规划的数学模型，并选择pareto支配点作为入射点推荐方案，pareto支配点相较于传统的加权法选择多目标最优解来说，不需要人工配置多目标权重。
附图说明
图1为本发明的一些实施例中的基于医疗影像的冲击波入射点仿真规划方法的基本流程示意图；
图2为本发明的一些实施例中的基于医疗影像的冲击波入射点仿真规划方法的具体流程示意图；
图3为本发明的一些实施例中的数学模型中的约束性条件和目标条件构成示意图；
图4为本发明的一些实施例中的目标部位在入射路径上的投影示意图；
图5为本发明的一些实施例中的基于医疗影像的冲击波入射点仿真规划系统的结构示意图；
图6为本发明的一些实施例中的电子设备的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
实施例1
参考图1与图2，在本发明的第一方面，提供了一种基于医疗影像的冲击波入射点仿真规划方法，包括：S100.获取冲击波入射点仿真规划涉及的多个人体部位的医疗影像，并根据其构建冲击波仿真涉及的人体模型；所述人体模型至少包括一个目标部位模型和多个非目标部位各自的二维模型和三维模型；S200.根据所述人体模型建立带有约束性条件和目标条件的数学模型；S300.基于所述约束性条件初步筛选，求解各个目标条件的风险值；S400.基于每个目标条件风险值和贪心算法，搜寻pareto解集直至所述pareto解集中的所有点被划分到pareto支配点或者被支配点集合中。
可以理解，本发明的实施例以肾结石的冲击波入射点的仿真规划为例，对上述方法进行说明；相应的目标部位为肾脏中的病灶（例如结石），非目标部位为人体腹部、骨骼和肺部等，部位可以是人体中的某个器官或组织的局部或全部；本领域技术人员可以根据“结石”所在组织或器官推及到其他人体部位；例如，胃结石、肠道结石中的胃和肠道分别为目标部位时，相应的关联部位（肝脏、脾脏等）为非目标部位。冲击波可以是超声或电磁波等能量聚集的方式到一个焦点上打击结石而产生的物质波，其从入射点到经过病灶过程中经过的路径为冲击波入射路径（或简称为入射路径）；二维模型和三维模型可以是通过B超、CT或核磁共振等医疗影像技术可以获取到的人体二维或三维图像，再通过切片或断层技术的重构而得到的二维模型或三维模型。不失一般性，上述方法当涉及的入射点或入射路径由动力学仿真软件确定时，本方法可以用于模拟或仿真冲击波的入射点或入射路径的潜在的风险计算中。
在本发明的一些实施例的步骤S200中，所述根据所述人体模型建立带有约束性条件和目标条件的数学模型包括：S201.根据冲击波入射点仿真规划的目标，确定一个或多个人体部位作为避开区域，并将其作为约束性条件；S202.将冲击波的入射路径、打击目标部位的范围，以及入射路径与每个避开区域的距离作为目标条件；S203.根据所述约束性条件和目标条件分别构建风险函数。
参考图3，具体地根据医疗或模拟的要求，选择约束性条件为避开骨骼和肺部区域，并 选择目标条件为入射路径应当距离骨骼和肺部尽量远、减小入射路线距离、增大肾结石的打击 面、距离病灶区尽量远。因此建立目标条件风险函数，骨骼约束的目标性条件风险函数为
Figure 358122DEST_PATH_IMAGE001
，肺部约束的目标性条件风险函数为
Figure 275393DEST_PATH_IMAGE002
，入射 路径长度约束的目标性条件风险函数为
Figure 962727DEST_PATH_IMAGE003
，肾结石打击面约束的目标性条件风 险函数为
Figure 556519DEST_PATH_IMAGE004
，病灶区约束的目标性条件风险函数为
Figure 217219DEST_PATH_IMAGE005
， 其中
Figure 187449DEST_PATH_IMAGE006
表示入射路径距离骨骼的距离，
Figure 994868DEST_PATH_IMAGE007
表示入射路径距离肺部的距离，
Figure 41453DEST_PATH_IMAGE008
表示入射 路径长度，
Figure 934323DEST_PATH_IMAGE009
表示肾结石的打击面面积，
Figure 691932DEST_PATH_IMAGE010
表示入射路径距离病灶区的距离;相应地, 下标min或max表示对应的最大值和最小值。
进一步的，所述根据所述约束性条件和目标条件分别构建风险函数包括：根据入射路径与每个避开区域的人体部位的距离，以及入射路径长度构建约束性条件的风险函数；根据冲击波的入射路径长度和冲击范围构建目标条件的风险函数。
具体地，根据三维空间中入射路径距离骨骼或者肺部的最近距离来判断入射路径是否穿过骨骼或者肺部区域。为了减少算法运行的时间，将kd树引入到最近距离的计算中。首先将肾结石和入射点的连线离散成三维空间中的点集，然后将入射路径点集和骨骼或者肺部的点集都挂在到kd树（多维二叉树）中，遍历入射路径中的每一个点，并利用kd树计算出骨骼或者肺部距离该点的最近距离，最后取所有最近距离集合中的最近距离作为入射路径相对于骨骼或者肺部的最近距离。如果最近距离小于阈值，则认为当前入射路径穿过了骨骼或者肺，否则认为没有穿过，将所有会穿过的点过滤掉。可选的，还可采用随机森林、支持向量机等机器学习方法计算出骨骼或者肺部距离该点的最近距离。
进一步的，在步骤S300中，基于所述约束性条件初步筛选，求解各个目标条件的风险值包括：根据冲击波的入射路径与多个非目标部位的最近距离过滤无效路径；基于目标部位在冲击波的入射路径上投影的多个离散点搜寻凸包，并根据一个或多个凸包的面积计算打击目标部位的范围的风险值。
具体地，S301、计算骨骼、肺部约束下的目标条件风险值。利用步骤S200中建立的数学公式计算风险值D Bone (i)和D lung (i)，其中D bi 、D li 利用上述入射路径到骨骼和肺部的最近路径求解的方法可以计算出来；
S302、计算入射路径长度约束的目标性条件风险值。利用步骤S200中建立的数学公式计算风险值D sp (i)，假设肾结石的坐标为(x,y,z)，入射点坐标为（x 0 ,y 0 ,z 0 ）。那么入射路径长度D(i)表示为：
Figure 619437DEST_PATH_IMAGE011
；
S303、计算肾结石打击面约束的目标性条件风险值。利用步骤S200中建立的数学公式计算风险值D HA (i)，D Ai 通过以下方法获得：首先计算肾结石在以入射路径为法向量的平面中的投影，假设离散点坐标为(x,y,z)，其在投影平面上的投影计算公式如式(1),其中，θ和β角的示意图如图4所示。然后利用Graham Scan算法以寻找凸包的边界点，最后，根据已找到的凸包边界点按照三角形面积相加的方法计算凸包的面积，每确定一个边界点即计算当前点（x i ,y i ,0）和上一个确定的点（x i-1 ,y i-1 ,0），以及初始点（x 0,y 0,0），即计算出构成的三角形的面积，凸包面积计算公式如公式(2)；
Figure 305764DEST_PATH_IMAGE012
（1），
Figure 685930DEST_PATH_IMAGE013
（2）；
S304、计算病灶区约束的目标性条件风险值。利用步骤S200中建立的数学公式计 算风险值，假设入射点为（x 0,y 0,z 0）,肾结石为（x 1,y 1,z 1），病灶区球心为（x,y,z），半径为R， 那么入射路径距离病灶区的距离
Figure 732383DEST_PATH_IMAGE014
用公式(3)计算。
Figure 29241DEST_PATH_IMAGE015
（3）。
更进一步的，所述根据目标部位在冲击波的入射路径上投影的多个离散点搜寻凸包，并根据多个凸包的面积计算冲击范围的风险值包括：获取目标部位在入射路径为法向量的平面中的投影的多个离散点；利用Graham Scan算法寻找凸包的多个边界点，计算所述多个边界点构成的凸包的面积和冲击范围的风险值。
在步骤S400中，基于每个目标条件风险值和贪心算法，搜寻pareto解集直至所述pareto解集中的所有点被划分到pareto支配点或者被支配点集合中包括：
S401、利将所有待选点按照[D SP (i)、D Bone (i)、D Lung (i)、D HA (i)、D LS (i)]为一行形成数组。并将数组按照每一行的最大值从小到大排序；
S402、选择数组中的第一行row0，用其它所有的行[row1,row2,…rown]减去row0，得到新的数组[row1-row0,row2-row0,…rown-row0]；
S403、用新的数组判断哪些点是没有被第一个点支配的点，如果rowi-row0中存在一个数值小于零，则证明该行所代表的点不被第一个点支配，否则证明当前点被第一个点支配。进一步判断是否所有点都被第一个点支配：若是，则证明第一个点属于pareto解集中的点，将当前数组的第一个点加入到pareto解集，并从待选点中删除；
S404、重复步骤S402、S403直到所有的点都被划分到pareto支配点或者被支配点集合。该算法的时间复杂度是o(nlogn)。
在上述的实施例的步骤S100中，所述冲击波入射点仿真规划涉及的多个人体部位的医疗影像，并根据其构建冲击波仿真涉及的人体模型包括：获取冲击波入射点仿真规划涉及的多个人体部位的CT影像；解析每个人体部位的CT影像，得到每个人体部位的多张二维切片图像，提取其中最大的轮廓；根据图像形态学从所述多个最大的轮廓中选取不均衡度最小的轮廓，将其作为该人体部位的轮廓；基于三维区域生长法，从多个人体部位的CT影像中提取每个部位的三维模型。
具体地，以CT图像为例，步骤S100包括：
步骤S101，利用CT扫描设备扫描人体腹部，得到包含肾脏的CT断层切片并解析。首先利 用CT扫描设备将获得一组DCM格式的切片。DCM格式是医疗影像常用的存储格式，一个.dcm文件 将包含单次诊断的全部信息，包括病人信息和图像数据，由于医疗上常用hu单位来表示CT值，因 此需要将图像数据转换成以hu为单位，转换公式为：
Figure 135738DEST_PATH_IMAGE016
，其 中slope和intercept可以通过解析DCM文件获取。然后解析DCM文件获取切片的像素间距、 层间距、图像数据、slope、intercept，利用公式将图像数据转换成CT值，存储下来像素间 距、层间距为后面体积的计算做准备；
步骤S102，基于CT扫描件进行人体多个部位的建模。首先进行利用openCV库中的 findContours函数查找CT腹部切片图像中存在的所有轮廓，然后提取其中面积最大的轮廓 作为人体腹部轮廓，并计算该轮廓的面积。其他切片也都做相同的处理，这样一组数据集将 得到一条腹部轮廓面积曲线，采用二次导数平方和来评估曲线的陡峭度unevenness，其计 算公式为：
Figure 268779DEST_PATH_IMAGE017
，接下来从小到大调整形态学闭合选用的矩形模 板大小进行多个切片的腹部轮廓提取，并计算腹部轮廓的面积，得到多个切片中提取的腹 部轮廓面积曲线，当unevenness达到最小值的时候，则选取当前矩形模板参数作为当前数 据集的最佳参数，并保留该参数下提取到的人体腹部轮廓。
然后，基于三维区域生长法提取人体骨骼和肺部。具体为：骨骼在人体中呈现高CT值、肺部中充斥着空气，在人体中呈现低CT值，两者的CT值都可以和周围的软组织区分开来，因此可以根据阈值范围进行三维区域生长来提取人体的骨骼和肺部。三维区域生长法和二维区域生长法类似，首先遍历切片中满足要求的像素点，作为三维区域生长的种子点进行三个维度方向上的生长，直到生长结束，此时已经选出了一个三维的区域。接下来，算法会自动找到下一个没有被划分的点，重复上述生长过程，所有满足条件的像素点都被划分到了不同的区域。
实施例2
参考图5，本发明的第二方面，提供了一种基于医疗影像的冲击波入射点仿真规划系统1，包括：获取模块11，用于获取冲击波入射点仿真规划涉及的多个人体部位的医疗影像，并根据其构建冲击波仿真涉及的人体模型；所述人体模型至少包括一个目标部位模型和多个非目标部位各自的二维模型和三维模型；建立模块12，用于根据所述人体模型建立带有约束性条件和目标条件的数学模型；求解模块13，用于基于所述约束性条件初步筛选，求解各个目标条件的风险值；搜寻模块14，用于基于每个目标条件风险值和贪心算法，搜寻pareto解集直至所述pareto解集中的所有点被划分到pareto支配点或者被支配点集合中。
进一步的，所述建立模块12包括：第一确定单元，用于根据冲击波入射点仿真规划的目标，确定一个或多个人体部位作为避开区域，并将其作为约束性条件；第二确定单元，用于将冲击波的入射路径、打击目标部位的范围，以及入射路径与每个避开区域的距离作为目标条件；构建单元，用于根据所述约束性条件和目标条件分别构建风险函数。
实施例3
参考图6，本发明的第三方面，提供了一种电子设备，包括：一个或多个处理器；存储装置，用于存储一个或多个程序，当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现本发明在第一方面的方法。
电子设备500可以包括处理装置(例如中央处理器、图形处理器等)501，其可以根据存储在只读存储器(ROM)502中的程序或者从存储装置508加载到随机访问存储器(RAM)503中的程序而执行各种适当的动作和处理。在RAM 503中，还存储有电子设备500操作所需的各种程序和数据。处理装置501、ROM 502以及RAM 503通过总线504彼此相连。输入/输出(I/O)接口505也连接至总线504。
通常以下装置可以连接至I/O接口505：包括例如触摸屏、触摸板、键盘、鼠标、摄像头、麦克风、加速度计、陀螺仪等的输入装置506；包括例如液晶显示器(LCD)、扬声器、振动器等的输出装置507；包括例如硬盘等的存储装置508；以及通信装置509。通信装置509可以允许电子设备500与其他设备进行无线或有线通信以交换数据。虽然图6示出了具有各种装置的电子设备500，但是应理解的是，并不要求实施或具备所有示出的装置。可以替代地实施或具备更多或更少的装置。图6中示出的每个方框可以代表一个装置，也可以根据需要代表多个装置。
特别地，根据本公开的实施例，上文参考流程图描述的过程可以被实现为计算机软件程序。例如，本公开的实施例包括一种计算机程序产品，其包括承载在计算机可读介质上的计算机程序，该计算机程序包含用于执行流程图所示的方法的程序代码。在这样的实施例中，该计算机程序可以通过通信装置509从网络上被下载和安装，或者从存储装置508被安装，或者从ROM 502被安装。在该计算机程序被处理装置501执行时，执行本公开的实施例的方法中限定的上述功能。需要说明的是，本公开的实施例所描述的计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质或者是上述两者的任意组合。计算机可读存储介质例如可以是——但不限于——电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子可以包括但不限于：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机访问存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本公开的实施例中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。而在本公开的实施例中，计算机可读信号介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了计算机可读的程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括但不限于电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。计算机可读信号介质还可以是计算机可读存储介质以外的任何计算机可读介质，该计算机可读信号介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。计算机可读介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括但不限于：电线、光缆、RF(射频)等等，或者上述的任意合适的组合。
上述计算机可读介质可以是上述电子设备中所包含的；也可以是单独存在，而未装配入该电子设备中。上述计算机可读介质承载有一个或者多个计算机程序，当上述一个或者多个程序被该电子设备执行时，使得该电子设备：
可以以一种或多种程序设计语言或其组合来编写用于执行本公开的实施例的操作的计算机程序代码，程序设计语言包括面向对象的程序设计语言—诸如Java、Smalltalk、C++、Python，还包括常规的过程式程序设计语言—诸如“C”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络——包括局域网(LAN)或广域网(WAN)——连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。
附图中的流程图和框图，图示了按照本公开各种实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段、或代码的一部分，该模块、程序段、或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个接连地表示的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。需要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或操作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于医疗影像的冲击波入射点仿真规划方法，其特征在于，包括：
获取冲击波入射点仿真规划涉及的多个人体部位的医疗影像，并根据其构建冲击波仿真涉及的人体模型；所述人体模型至少包括一个目标部位模型和多个非目标部位各自的二维模型和三维模型；
根据所述人体模型建立带有约束性条件和目标条件的数学模型；
基于所述约束性条件初步筛选，求解各个目标条件的风险值；
基于每个目标条件风险值和贪心算法，搜寻pareto解集直至所述pareto解集中的所有点被划分到pareto支配点或者被支配点集合中。
2.根据权利要求1所述的基于医疗影像的冲击波入射点仿真规划方法，其特征在于，所述根据所述人体模型建立带有约束性条件和目标条件的数学模型包括：
根据冲击波入射点仿真规划的目标，确定一个或多个人体部位作为避开区域，并将其作为约束性条件；
将冲击波的入射路径、打击目标部位的范围，以及入射路径与每个避开区域的距离作为目标条件；
根据所述约束性条件和目标条件分别构建风险函数。
3.根据权利要求2所述的基于医疗影像的冲击波入射点仿真规划方法，其特征在于，所述根据所述约束性条件和目标条件分别构建风险函数包括：
根据入射路径与每个避开区域的人体部位的距离，以及入射路径长度构建约束性条件的风险函数；
根据冲击波的入射路径长度和冲击范围构建目标条件的风险函数。
4.根据权利要求2所述的基于医疗影像的冲击波入射点仿真规划方法，其特征在于，所述基于所述约束性条件初步筛选，求解各个目标条件的风险值包括：
根据冲击波的入射路径与多个非目标部位的最近距离过滤无效路径；
基于目标部位在冲击波的入射路径上投影的多个离散点搜寻凸包，并根据一个或多个凸包的面积计算打击目标部位的范围的风险值。
5.根据权利要求4所述的基于医疗影像的冲击波入射点仿真规划方法，其特征在于，所述根据目标部位在冲击波的入射路径上投影的多个离散点搜寻凸包，并根据多个凸包的面积计算冲击范围的风险值包括：
获取目标部位在入射路径为法向量的平面中的投影的多个离散点；
利用Graham Scan算法寻找凸包的多个边界点，计算所述多个边界点构成的凸包的面积和冲击范围的风险值。
6.根据权利要求1至5任一项所述的基于医疗影像的冲击波入射点仿真规划方法，其特征在于，所述冲击波入射点仿真规划涉及的多个人体部位的医疗影像，并根据其构建冲击波仿真涉及的人体模型包括：
获取冲击波入射点仿真规划涉及的多个人体部位的CT影像；
解析每个人体部位的CT影像，得到每个人体部位的多张二维切片图像，提取其中最大的轮廓；
根据图像形态学从所述多个最大的轮廓中选取不均衡度最小的轮廓，将其作为该人体部位的轮廓；
基于三维区域生长法，从多个人体部位的CT影像中提取每个部位的三维模型。
7.一种基于医疗影像的冲击波入射点仿真规划系统，其特征在于，包括：
获取模块，用于获取冲击波入射点仿真规划涉及的多个人体部位的医疗影像，并根据其构建冲击波仿真涉及的人体模型；所述人体模型至少包括一个目标部位模型和多个非目标部位各自的二维模型和三维模型；
建立模块，用于根据所述人体模型建立带有约束性条件和目标条件的数学模型；
求解模块，用于基于所述约束性条件初步筛选，求解各个目标条件的风险值；
搜寻模块，用于基于每个目标条件风险值和贪心算法，搜寻pareto解集直至所述pareto解集中的所有点被划分到pareto支配点或者被支配点集合中。
8.根据权利要求7所述的基于医疗影像的冲击波入射点仿真规划系统，其特征在于，所述建立模块包括：
第一确定单元，用于根据冲击波入射点仿真规划的目标，确定一个或多个人体部位作为避开区域，并将其作为约束性条件；
第二确定单元，用于将冲击波的入射路径、打击目标部位的范围，以及入射路径与每个避开区域的距离作为目标条件；
构建单元，用于根据所述约束性条件和目标条件分别构建风险函数。
9.一种电子设备，包括：一个或多个处理器；存储装置，用于存储一个或多个程序，其特征在于，当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现如权利要求1至6任一项所述的基于医疗影像的冲击波入射点仿真规划方法。
10.一种计算机可读介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，其中，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至6任一项所述的基于医疗影像的冲击波入射点仿真规划方法。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117017483A (zh) * 2023-08-04 2023-11-10 中国人民解放军空军军医大学 一种基于医疗成像的picc尖端引导测量定位方法
CN117064550A (zh) * 2023-08-31 2023-11-17 中日友好医院(中日友好临床医学研究所) 一种体外冲击波治疗股骨头坏死的虚拟仿真系统及装置

Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20130085774A1 (en) * 2011-10-04 2013-04-04 Yuanming Chen Semi-automated or fully automated, network and/or web-based, 3d and/or 4d imaging of anatomy for training, rehearsing and/or conducting medical procedures, using multiple standard x-ray and/or other imaging projections, without a need for special hardware and/or systems and/or pre-processing/analysis of a captured image data
US20130185041A1 (en) * 2012-01-13 2013-07-18 Livermore Software Technology Corp Multi-objective engineering design optimization using sequential adaptive sampling in the pareto optimal region
CN107296645A (zh) * 2017-08-03 2017-10-27 东北大学 肺穿刺手术最优路径规划方法及肺穿刺手术导航系统
CN107633873A (zh) * 2017-10-11 2018-01-26 丁才学 一种基于互联网的泌尿外科体外碎石机控制方法
CN109273091A (zh) * 2017-07-17 2019-01-25 云南师范大学 一种基于术中数据的经皮肾镜取石虚拟手术系统
CN109308739A (zh) * 2018-10-11 2019-02-05 南京工程学院 一种基于虚拟现实的软组织微创手术训练方法
CN110083156A (zh) * 2019-04-25 2019-08-02 北京航空航天大学 基于狼群算法的穿刺机器人柔性针运动路径规划装置及方法
CN112700551A (zh) * 2020-12-31 2021-04-23 青岛海信医疗设备股份有限公司 虚拟胆道镜介入手术规划方法、装置、设备及存储介质
CN113855168A (zh) * 2021-08-26 2021-12-31 王金万 一种基于ct定位引导的医用冲击波体外碎石机的方法
CN114004877A (zh) * 2021-12-31 2022-02-01 中国科学院自动化研究所 视觉场景中物体稀疏性的判断方法、系统和设备
CN114240937A (zh) * 2022-02-24 2022-03-25 武汉烽火凯卓科技有限公司 一种基于ct切片的肾结石检测方法及系统

Patent Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20130085774A1 (en) * 2011-10-04 2013-04-04 Yuanming Chen Semi-automated or fully automated, network and/or web-based, 3d and/or 4d imaging of anatomy for training, rehearsing and/or conducting medical procedures, using multiple standard x-ray and/or other imaging projections, without a need for special hardware and/or systems and/or pre-processing/analysis of a captured image data
US20130185041A1 (en) * 2012-01-13 2013-07-18 Livermore Software Technology Corp Multi-objective engineering design optimization using sequential adaptive sampling in the pareto optimal region
CN109273091A (zh) * 2017-07-17 2019-01-25 云南师范大学 一种基于术中数据的经皮肾镜取石虚拟手术系统
CN107296645A (zh) * 2017-08-03 2017-10-27 东北大学 肺穿刺手术最优路径规划方法及肺穿刺手术导航系统
CN107633873A (zh) * 2017-10-11 2018-01-26 丁才学 一种基于互联网的泌尿外科体外碎石机控制方法
CN109308739A (zh) * 2018-10-11 2019-02-05 南京工程学院 一种基于虚拟现实的软组织微创手术训练方法
CN110083156A (zh) * 2019-04-25 2019-08-02 北京航空航天大学 基于狼群算法的穿刺机器人柔性针运动路径规划装置及方法
CN112700551A (zh) * 2020-12-31 2021-04-23 青岛海信医疗设备股份有限公司 虚拟胆道镜介入手术规划方法、装置、设备及存储介质
CN113855168A (zh) * 2021-08-26 2021-12-31 王金万 一种基于ct定位引导的医用冲击波体外碎石机的方法
CN114004877A (zh) * 2021-12-31 2022-02-01 中国科学院自动化研究所 视觉场景中物体稀疏性的判断方法、系统和设备
CN114240937A (zh) * 2022-02-24 2022-03-25 武汉烽火凯卓科技有限公司 一种基于ct切片的肾结石检测方法及系统

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
张睿等: "CT引导肝肿瘤热消融治疗穿刺路径规划方法研究", 《医疗卫生装备》 *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117017483A (zh) * 2023-08-04 2023-11-10 中国人民解放军空军军医大学 一种基于医疗成像的picc尖端引导测量定位方法
CN117017483B (zh) * 2023-08-04 2024-03-08 中国人民解放军空军军医大学 一种基于医疗成像的picc尖端引导测量定位方法
CN117064550A (zh) * 2023-08-31 2023-11-17 中日友好医院(中日友好临床医学研究所) 一种体外冲击波治疗股骨头坏死的虚拟仿真系统及装置
CN117064550B (zh) * 2023-08-31 2024-04-30 中日友好医院(中日友好临床医学研究所) 一种体外冲击波治疗股骨头坏死的虚拟仿真系统及装置

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