CN116077152A - 穿刺路径规划方法及相关产品 - Google Patents

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CN116077152A CN202310029031.9A CN202310029031A CN116077152A CN 116077152 A CN116077152 A CN 116077152A CN 202310029031 A CN202310029031 A CN 202310029031A CN 116077152 A CN116077152 A CN 116077152A
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puncture path
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target organ
coordinate system
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谢卫国
张子奇
欧阳挺
张旭
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Shenzhen Weide Precision Medical Technology Co ltd
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Abstract

本申请公开了一种穿刺路径规划方法及相关产品。该方法包括：所述穿刺路径规划方法用于为目标器官规划第一穿刺路径，所述方法包括：获取待处理图像和第一转换关系；所述待处理图像包括所述目标器官的进针点，所述第一转换关系为所述待处理图像的像素坐标系与世界坐标系的转换关系；根据所述第一转换关系对所述进针点在所述待处理图像中的第一位置进行转换，得到所述进针点在所述世界坐标系下的第二位置；获取所述目标器官的病灶靶点在所述世界坐标系下的第三位置；根据所述第二位置和所述第三位置，得到所述目标器官的第一穿刺路径。

Description

穿刺路径规划方法及相关产品
技术领域
本申请涉及医疗影像处理技术领域，尤其涉及一种穿刺路径规划方法及相关产品。
背景技术
在医学领域中，经常会采用穿刺的方式去除目标器官中的病灶。而在对目标器官进行穿刺之前，需要为目标器官规划穿刺路径，因此如何为目标器官规划穿刺路径具有非常重要的意义。
发明内容
本申请提供一种穿刺路径规划方法及相关产品。
第一方面，提供了一种穿刺路径规划方法。所述穿刺路径规划方法用于为目标器官规划第一穿刺路径，所述方法包括：
获取待处理图像和第一转换关系；所述待处理图像包括所述目标器官的进针点，所述第一转换关系为所述待处理图像的像素坐标系与世界坐标系的转换关系；
根据所述第一转换关系对所述进针点在所述待处理图像中的第一位置进行转换，得到所述进针点在所述世界坐标系下的第二位置；
获取所述目标器官的病灶靶点在所述世界坐标系下的第三位置；
根据所述第二位置和所述第三位置，得到所述目标器官的第一穿刺路径。
结合本申请任一实施方式，在所述得到所述目标器官的第一穿刺路径之后，所述方法还包括：
获取三维电子计算机断层扫描(computed tomography，CT)图像和第二转换关系，所述三维CT图像包括所述目标器官，所述第二转换关系为所述三维CT图像的像素坐标系与所述世界坐标系的转换关系；
根据所述第二转换关系对所述第二位置进行转换，得到所述进针点在所述三维CT图像中的第四位置；
根据所述第二转换关系对所述第三位置进行转换，得到所述病灶靶点在所述三维CT图像中的第五位置；
根据所述第四位置和所述第五位置，得到所述目标器官在所述三维CT图像中的第二穿刺路径。
结合本申请任一实施方式，所述获取第二转换关系，包括：
获取三维超声图像，所述三维超声图像包括所述目标器官，所述三维超声图像的像素坐标系与世界坐标系相同；
通过将所述三维CT图像中的所述目标器官向所述三维超声图像中的所述目标器官对齐，得到所述第二转换关系。
结合本申请任一实施方式，所述三维CT图像的切面图像包括目标CT图像，在得到所述目标器官在所述三维CT图像中的第二穿刺路径后，所述方法还包括：
确定所述第二穿刺路径在所述目标CT图像中的轨迹点；
在所述目标CT图像中显示所述轨迹点和所述病灶靶点。
结合本申请任一实施方式，在所述获取待处理图像和所述第一转换关系之前，所述方法还包括：
获取所述目标器官的第三穿刺路径和可进针区域，所述可进针区域为所述进针点的候选区域；
所述获取待处理图像和所述第一转换关系，包括：
在根据所述可进针区域确定所述第三穿刺路径为不可行路径的情况下，获取所述待处理图像和所述第一转换关系。
结合本申请任一实施方式，所述根据所述可进针区域确定所述第三穿刺路径为不可行路径，包括：
在所述第三穿刺路径与所述可进针区域不存在交集的情况下，确定所述第三穿刺路径为不可行路径。
结合本申请任一实施方式，所述获取所述待处理图像，包括：
在检测到重新规划所述目标器官的穿刺路径的指令的情况下，获取超声探头通过对所述进针点进行扫描得到的超声图像，作为所述待处理图像。
结合本申请任一实施方式，所述目标器官属于目标人物；所述获取可进针区域，包括：
获取超声探头扫描到的所述目标人物的皮肤区域，作为所述可进针区域。
第二方面，提供了一种穿刺路径规划装置。所述穿刺路径规划装置用于为目标器官规划第一穿刺路径，所述穿刺路径规划装置包括：
获取单元，用于获取待处理图像和第一转换关系；所述待处理图像包括所述目标器官的进针点，所述第一转换关系为所述待处理图像的像素坐标系与世界坐标系的转换关系；
转换单元，用于根据所述第一转换关系对所述进针点在所述待处理图像中的第一位置进行转换，得到所述进针点在所述世界坐标系下的第二位置；
所述获取单元，用于获取所述目标器官的病灶靶点在所述世界坐标系下的第三位置；
处理单元，用于根据所述第二位置和所述第三位置，得到所述目标器官的第一穿刺路径。
结合本申请任一实施方式，所述获取单元，还用于获取三维CT图像和第二转换关系，所述三维CT图像包括所述目标器官，所述第二转换关系为所述三维CT图像的像素坐标系与所述世界坐标系的转换关系；
所述转换单元，还用于根据所述第二转换关系对所述第二位置进行转换，得到所述进针点在所述三维CT图像中的第四位置；
所述转换单元，还用于根据所述第二转换关系对所述第三位置进行转换，得到所述病灶靶点在所述三维CT图像中的第五位置；
所述处理单元，还用于根据所述第四位置和所述第五位置，得到所述目标器官在所述三维CT图像中的第二穿刺路径。
结合本申请任一实施方式，所述获取单元，具体用于：
获取三维超声图像，所述三维超声图像包括所述目标器官，所述三维超声图像的像素坐标系与世界坐标系相同；
通过将所述三维CT图像中的所述目标器官向所述三维超声图像中的所述目标器官对齐，得到所述第二转换关系。
结合本申请任一实施方式，所述三维CT图像的切面图像包括目标CT图像，所述穿刺路径规划装置，还包括：
确定单元，用于确定所述第二穿刺路径在所述目标CT图像中的轨迹点；
显示单元，用于在所述目标CT图像中显示所述轨迹点和所述病灶靶点。
结合本申请任一实施方式，所述获取单元，还用于：
获取所述目标器官的第三穿刺路径和可进针区域，所述可进针区域为所述进针点的候选区域；
在根据所述可进针区域确定所述第三穿刺路径为不可行路径的情况下，获取所述待处理图像和所述第一转换关系。
结合本申请任一实施方式，所述获取单元，具体用于：
在所述第三穿刺路径与所述可进针区域不存在交集的情况下，确定所述第三穿刺路径为不可行路径。
结合本申请任一实施方式，所述获取单元，具体用于：
在检测到重新规划所述目标器官的穿刺路径的指令的情况下，获取超声探头通过对所述进针点进行扫描得到的超声图像，作为所述待处理图像。
结合本申请任一实施方式，所述目标器官属于目标人物；所述获取单元，具体用于：
获取超声探头扫描到的所述目标人物的皮肤区域，作为所述可进针区域。
第三方面，提供了一种电子设备，其特征在于，包括：处理器和存储器，所述存储器用于存储计算机程序代码，所述计算机程序代码包括计算机指令，在所述处理器执行所述计算机指令的情况下，所述电子设备执行如上述第一方面及其任意一种可能实现的方式的方法。
第四方面，提供了另一种电子设备，包括：处理器、发送装置、输入装置、输出装置和存储器，所述存储器用于存储计算机程序代码，所述计算机程序代码包括计算机指令，在所述处理器执行所述计算机指令的情况下，所述电子设备执行如上述第一方面及其任意一种可能实现的方式的方法。
第五方面，提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，在所述程序指令被处理器执行的情况下，使所述处理器执行如上述第一方面及其任意一种可能实现的方式的方法。
第六方面，提供了一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括计算机程序或指令，在所述计算机程序或指令在计算机上运行的情况下，使得所述计算机执行上述第一方面及其任一种可能的实现方式的方法。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，而非限制本申请。
本申请实施例中，穿刺路径规划装置在获取待处理图像和第一转换关系的情况下，根据第一转换关系对进针点在待处理图像中的第一位置进行转换，得到进针点在世界坐标系下的第二位置，进而可根据病灶靶点在世界坐标下下的第三位置和第二位置，得到目标器官的第一穿刺路径。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或背景技术中的技术方案，下面将对本申请实施例或背景技术中所需要使用的附图进行说明。
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，这些附图示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于说明本申请的技术方案。
图1为本申请实施例提供的一种图像处理方法的流程示意图；
图2为本申请实施例提供的一种机械臂的实际穿刺路径与第二穿刺路径不重合的示意图；
图3为本申请实施例提供的一种机械臂的实际穿刺路径与第二穿刺路径重合的示意图；
图4为本申请实施例提供的一种图像处理装置的结构示意图；
图5为本申请实施例提供的一种电子设备的硬件结构示意图。
具体实施方式
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，都属于本申请保护的范围。
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”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，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、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其他步骤或单元。
在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
本申请实施例的执行主体为穿刺路径规划装置，其中，穿刺路径规划装置可以是任意一种可执行本申请方法实施例所公开的技术方案的电子设备。可选的，穿刺路径规划装置可以是以下中的一种：计算机、服务器。
应理解，本申请方法实施例还可以通过处理器执行计算机程序代码的方式实现。下面结合本申请实施例中的附图对本申请实施例进行描述。请参阅图1，图1是本申请实施例提供的一种穿刺路径规划方法的流程示意图。
101、获取待处理图像和第一转换关系。
本申请实施例中，待处理图像包括目标器官的进针点，该进针点即为对目标器官进行穿刺手术时的皮肤进针点。目标器官可以是任意器官，例如，目标器官为肾，又例如，目标器官为肺。在一种可能实现的方式中，待处理图像为超声图像，即待处理图像为包括目标器官的超声图像。
本申请实施例中，第一转换关系为待处理图像的像素坐标系与世界坐标系的转换关系，即根据第一转换关系可确定待处理图像中的任意一个像素在世界坐标系下的坐标。例如，待处理图像包括像素a，真实世界下与像素a对应的物点为物点b，那么根据第一转换关系和像素a在待处理图像的像素坐标系下的位置，可确定物点b在世界坐标系下的坐标。
可选的，第一转换关系为待处理图像的像素坐标系与世界坐标系的单应性矩阵。
在一种获取待处理图像的实现方式中，穿刺路径规划装置与超声探头、NDI光学定位系统之间均具有通信连接，穿刺路径规划装置通过与超声探头之间的通信连接获取超声探头采集得到的图像数据，通过与NDI光学定位系统之间的通信连接可获取NDI光学定位系统采集的超声探头的实时位置。穿刺路径规划装置进而可根据获取到的图像数据和实时位置，得到超声图像，作为待处理图像。此时，待处理图像为携带NDI光学定位系统采集的超声探头的实时位置，即待处理图像携带超声探头在世界坐标系下的位置的图像。
在另一种获取待处理图像的实现方式中，穿刺路径规划装置接收用户通过输入组件输入的待处理图像，其中，输入组件包括：鼠标、键盘、触控屏、触控板、音频输入器。
在又一种获取待处理图像的实现方式中，穿刺路径规划装置通过接收终端发送的待处理图像获取待处理图像，其中，终端包括：手机、电脑、平板电脑、智能可穿戴设备。
在一种获取第一转换关系的实现方式中，穿刺路径规划装置接收用户通过输入组件输入的第一转换关系。
在另一种获取第一转换关系的实现方式中，穿刺路径规划装置通过接收终端发送的第一转换关系获取第一转换关系。
应理解，本申请实施例中，穿刺路径规划装置执行获取待处理图像的步骤和执行获取第一转换关系的步骤可以分开执行，也可以同时执行，本申请对此不作限定。
102、根据上述第一转换关系对上述进针点在上述待处理图像中的第一位置进行转换，得到上述进针点在上述世界坐标系下的第二位置。
本申请实施例中，第一位置为进针点在待处理图像的像素坐标系下的位置。穿刺路径规划装置根据第一转换关系对第一位置进行转换，可得到进针点在世界坐标系下的位置，即为第二位置。
103、获取上述目标器官的病灶靶点在上述世界坐标系下的第三位置。
本申请实施例中，病灶靶点即为穿刺手术的靶点，例如，目标器官为肾，病灶靶点可以为肾结石内的点。病灶靶点在世界坐标系下的位置为第三位置。
在一种获取第三位置的实现方式中，穿刺路径规划装置接收用户通过输入组件输入的第三位置。
在另一种获取第三位置的实现方式中，穿刺路径规划装置接收终端发送的第三位置。
104、根据上述第二位置和上述第三位置，得到上述目标器官的第一穿刺路径。
本申请实施例中，第一穿刺路径即为针对目标器官进行穿刺手术的穿刺路径，具体而言，第一穿刺路径为世界坐标下的穿刺路径。第二位置为第一穿刺路径的起始位置，第三位置为第一穿刺路径需要经过的位置，因此穿刺路径规划装置可根据第二位置和第三位置，规划目标器官的第一穿刺路径。
在一种可能实现的方式中，穿刺路径规划装置将第二位置与第三位置的连线作为第一穿刺路径。
在另一种可能实现的方式中，穿刺路径规划装置确定以第二位置为起始点、过第三位置的线段，作为第一穿刺路径，其中，第一穿刺路径的终止点到第三位置的距离为第一预设距离。通过该种实现方式得到的第一穿刺路径经过第三位置，这样，基于第一穿刺路径进行穿刺手术，可提高击中病灶靶点的几率。
本申请实施例中，穿刺路径规划装置在获取待处理图像和第一转换关系的情况下，根据第一转换关系对进针点在待处理图像中的第一位置进行转换，得到进针点在世界坐标系下的第二位置，进而可根据病灶靶点在世界坐标下下的第三位置和第二位置，得到目标器官的第一穿刺路径。
基于前文所提供的技术方案，本申请实施例还提供了一种可能的应用场景。在医生进行穿刺手术时，通常可根据行医经验确定进针点。在医生确定进针点的情况下，可通过超声探头对进针点进行扫描获得包括进针点的超声图像，穿刺路径规划装置进而可将该超声图像作为上述待处理图像，确定目标器官的第一穿刺路径。
作为一种可选的实施方式，穿刺路径规划装置在得到第一穿刺路径之后，还执行以下步骤：
201、获取三维CT图像和第二转换关系。
本申请实施例中，三维CT图像包括目标器官，例如，目标器官为肾，那么三维CT图像包括肾。第二转换关系为三维CT图像的像素坐标系与世界坐标系的转换关系，即根据第二转换关系可确定世界坐标系下的坐标在三维CT图像中的位置。例如，三维CT图像包括与真实世界下的物点d对应的像素，那么根据第二转换关系和物点d在世界坐标系下的坐标，可确定与物点d对应的像素在三维CT图像中的位置。可选的，第二转换关系为三维CT图像的像素坐标系与世界坐标系的单应性矩阵。
在一种获取三维CT图像的实现方式中，穿刺路径规划装置与CT成像设备之间具有通信连接，穿刺路径规划装置通过该通信连接获取CT成像设备采集到的三维CT图像。
在另一种获取三维CT图像的实现方式中，穿刺路径规划装置接收用户通过输入组件输入的三维CT图像。
在又一种获取三维CT图像的实现方式中，穿刺路径规划装置通过接收终端发送的三维CT图像。
在一种获取第二转换关系的实现方式中，穿刺路径规划装置接收用户通过输入组件输入的第二转换关系。
在另一种获取第二转换关系的实现方式中，穿刺路径规划装置通过接收终端发送的第二转换关系获取第二转换关系。
应理解，本申请实施例中，穿刺路径规划装置执行获取三维CT图像的步骤和执行获取第二转换关系的步骤可以分开执行，也可以同时执行，本申请对此不作限定。
202、根据上述第二转换关系对上述第二位置进行转换，得到上述进针点在上述三维CT图像中的第四位置。
本申请实施例中，第四位置为进针点在三维CT图像中的位置，即为进针点在三维CT图像的像素坐标系下的位置。穿刺路径规划装置根据第二转换关系对第二位置进行转换，可得到进针点在三维CT图像的像素坐标系下的位置，即为第二位置。
203、根据上述第二转换关系对上述第三位置进行转换，得到上述病灶靶点在上述三维CT图像中的第五位置。
本申请实施例中，第五位置为病灶靶点在三维CT图像中的位置，即为病灶靶点在三维CT图像的像素坐标系下的位置。穿刺路径规划装置根据第二转换关系对第三位置进行转换，可得到病灶靶点在三维CT图像的像素坐标系下的位置，即为第五位置。
204、根据上述第四位置和上述第五位置，得到上述目标器官在上述三维CT图像中的第二穿刺路径。
本申请实施例中，第二穿刺路径即为针对目标器官进行穿刺手术的穿刺路径，具体而言，第二穿刺路径为三维CT图像中的穿刺路径。第四位置为第二穿刺路径的起始位置，第五位置为第二穿刺路径的需要经过的位置，因此穿刺路径规划装置可根据第四位置和第五位置，规划目标器官的第二穿刺路径。
在一种可能实现的方式中，穿刺路径规划装置将第四位置与第五位置的连线作为第二穿刺路径。
在另一种可能实现的方式中，穿刺路径规划装置确定以第四位置为起始点、过第五位置的线段，作为第二穿刺路径，其中，第二穿刺路径的终止点到第五位置的距离为第二预设距离。通过该种实现方式得到的第二穿刺路径经过第五位置，这样，基于第二穿刺路径进行穿刺手术，可提高击中病灶靶点的几率。
在该种实施方式中，穿刺路径规划装置在获取三维CT图像和第二转换关系的情况下，根据第二转换关系对第二位置进行转换，得到进针点在三维CT图像中的第四位置，并可根据第二转换关系对第三位置进行转换，得到病灶靶点在三维CT图像中的第五位置，于是可根据第四位置和第五位置，得到目标器官在三维CT图像中的第二穿刺路径。这样，医生可根据三维CT图像观测第二穿刺路径，进而有利于医生进行穿刺手术。
作为一种可选的实施方式，穿刺路径规划装置通过执行以下步骤获取第二转换关系：
301、获取三维超声图像。
本申请实施例中，三维超声图像包括目标器官，例如，目标器官为肾，那么三维超声图像包括肾。三维超声图像的像素坐标系与世界坐标系相同。也就是说，目标器官在三维超声向中的位置即为目标器官在世界坐标系下的位置。
在一种获取三维超声图像的实现方式中，穿刺路径规划装置与超声探头之间具有通信连接，穿刺路径规划装置通过该通信连接获取超声探头采集得到的三维超声图像。例如，医生通过使用超声探头对手术环境进行扫描得到三维超声图像。
在另一种获取三维超声图像的实现方式中，穿刺路径规划装置接收用户通过输入组件输入的三维超声图像。
在又一种获取待处理图像的实现方式中，穿刺路径规划装置通过接收终端发送的三维超声图像。
302、通过将上述三维CT图像中的上述目标器官向上述三维超声图像中的上述目标器官对齐，得到上述第二转换关系。
由于目标器官在三维超声图像中的位置，即为目标器官在世界坐标系下的位置，通过将三维CT图像中的目标器官向三维超声图像中的目标器官对齐，可得到三维CT图像的像素坐标系与世界坐标系的转换关系。
在一种可能实现的方式中，穿刺路径规划装置通过对三维CT图像与三维超声图像进行图像配准，将三维CT图像中的目标器官向三维超声图像中的目标器官对齐，得到第二转换关系。
在该种实施方式中，穿刺路径规划装置在获取三维超声图像的情况下，通过将三维CT图像中的目标器官向三维超声图像中的目标器官对齐，可得到第二转换关系。而且由于第二转换关系是通过对目标器官进行对齐得到的，后续基于第二转换关系确定的目标器官的第二穿刺路径，可提高第二穿刺路径的准确度。
作为一种可选的实施方式，三维CT图像的切面图像包括目标CT图像，即目标CT图像为三维CT图像中的任意一张切面图像。穿刺路径规划装置在得到目标器官在三维CT图像中的第二穿刺路径后，还执行以下步骤：
401、确定上述第二穿刺路径在上述目标CT图像中的轨迹点。
本申请实施例中，在目标CT图像中的轨迹点即为第二穿刺路径与目标CT图像的交点。
402、在上述目标CT图像中显示上述轨迹点和上述病灶靶点。
在一种可能实现的方式中，穿刺路径规划装置根据病灶靶点在三维CT图像中的第五位置，确定病灶靶点在目标CT图像中的投影，作为目标CT图像中的病灶靶点。
在该种实施方式中，穿刺路径规划装置在确定第二穿刺路径在目标CT图像中的轨迹点和目标CT图像中的病灶靶点的情况下，通过在目标CT图像中显示轨迹点和病灶靶点，有利于医生通过观看目标CT图像，确定第二穿刺路径的情况。
作为一种可选的实施方式，穿刺路径规划装置在执行步骤101之前，还执行以下步骤：
501、获取上述目标器官的第二穿刺路径和可进针区域。
本申请实施例中，可进针区域为进针点的候选区域，即可在候选区域中确定进针点。在一种可能实现的方式中，目标器官属于目标人物，例如，目标器官为张三的肾，那么目标人物为张三。穿刺路径规划装置与超声探头之间具有通信连接，穿刺路径规划装置通过该通信连接获取超声探头扫描到的目标人物的皮肤区域，作为可进针区域。
例如，医生通过对目标人物的背部皮肤区域进行观察，确定皮肤区域中的目标区域可进针，进而使用超声探头对目标区域进行扫描，这样，穿刺路径规划装置在超声探头扫描目标区域的情况下，将目标区域作为可进针区域。
在执行完步骤501的情况下，穿刺路径规划装置在根据可进针区域确定第三穿刺路径为不可行路径的情况下，获取待处理图像和第一转换关系。
本申请实施例中，第三穿刺路径为不可行路径，说明根据第三穿刺路径进行穿刺手术，可能会穿过不可穿刺的区域，其中，不可穿刺的区域包括：血管、肋骨、肠管。例如，在第三穿刺路径穿过血管的情况下，确定第三穿刺路径为不可行路径。
在一种可能实现的方式中，穿刺路径规划装置在第三穿刺路径与可进针区域不存在交集的情况下，确定第三穿刺路径为不可行路径。
在另一种可能实现的方式中，穿刺路径规划装置在第三穿刺路径的进针点不属于可进针区域的情况下，确定第三穿刺路径为不可行路径。
在该种实施方式中，穿刺路径规划装置获取目标器官的第三穿刺路径和可进针区域，在根据可进针区域确定第三穿刺路径为不可行路径的情况下，获取待处理图像和第一转换关系，进而根据待处理图像和第一转换关系，为目标器官重新确定穿刺路径，即第一穿刺路径。
作为一种可选的实施方式，穿刺路径规划装置通过执行以下步骤获取待处理图像：
601、在检测到重新规划上述目标器官的穿刺路径的指令的情况下，获取超声探头通过对上述进针点进行扫描得到的超声图像，作为上述待处理图像。
本申请实施例中，重新规划目标器官的穿刺路径的指令用于指示穿刺路径规划装置为目标器官重新规划穿刺路径。在一种可能实现的方式中，用户通过输入组件向穿刺路径规划装置输入重新规划目标器官的穿刺路径的指令，例如通过触控屏点击重新规划目标器官的按钮。又例如，穿刺路径规划装置在确定第三穿刺路径为不可行路径的情况下，输入第三穿刺路径为不可行路径，以及是否为目标器官重新规划穿刺路径的选择框，用户可通过选择重新规划穿刺路径，向穿刺路径规划装置输入重新规划目标器官的穿刺路径的指令。
本步骤中，穿刺路径规划装置与超声探头、NDI光学定位系统之间均存在通信连接，穿刺路径规划装置通过与超声探头之间的通信连接可获取超声探头采集到的图像数据，通过与NDI光学定位系统之间的通信连接可获取NDI光学定位系统采集的超声探头的实时位置。穿刺路径规划装置进而可根据获取到的图像数据和实时位置，得到超声图像。该超声图像为携带NDI光学定位系统采集的超声探头的实时位置，即超声图像携带超声探头在世界坐标系下的位置的图像。由于该超声图像包括进针点，将该超声图像作为待处理图像进而可根据待处理图像中的进针点为目标器官重新规划穿刺路径。
在一种可能实现的应用场景中，医生在确定第三穿刺路径为不可行路径的情况下，根据经验确定进针点，并使用超声探头对进针点进行扫描得到待处理图像，进而为目标器官重新规划穿刺路径。
作为一种可选的实施方式，穿刺路径规划装置在得到目标器官的第一穿刺路径之后，还执行以下步骤：
701、在将上述第一穿刺路径作为对上述目标器官进行穿刺的指导路径的情况下，获取穿刺机器人的第四穿刺路径。
将第一穿刺路径作为对目标器官进行穿刺的指导路径，即根据第一穿刺路径对目标器官进行穿刺。在一种可能实现的方式中，穿刺路径规划装置在得到目标器官的第一穿刺路径后，显示第一穿刺路径，这样医生可根据第一穿刺路径对目标器官进行穿刺，也就是说，第一穿刺路径是对目标器官进行穿刺的指导路径。
本申请实施例中，穿刺机器人是用于进行微创外科手术的医疗机器人。穿刺机器人包括机械臂，通过该机械臂可带动穿刺器运动。穿刺机器人通过调整机械臂的角度，可改变穿刺机器人的穿刺路径，其中，穿刺机器人的穿刺路径为第四穿刺路径。
702、确定上述第一穿刺路径与上述第四穿刺路径的重合度。
穿刺路径规划装置通过确定第一穿刺路径与第四穿刺路径的重合度，可确定穿刺机器人的穿刺路径的准确度。可选的，穿刺路径规划装置显示第一穿刺路径与第四穿刺路径的重合度，以使医生通过调整机械臂的角度，使第四穿刺路径与第一穿刺路径重合，进而提高后续根据第四穿刺路径对目标器官进行穿刺的效果。
基于本申请实施例提供的技术方案，本申请实施例还提供了一种可能的应用场景。穿刺路径规划装置首先获取目标人物的肾部平扫期CT图像和目标人物的肾部增强CT图像，其中，增强CT图像可以是以下中的一个：皮质期CT图像、排泄期CT图像。其中，肾部平扫期CT图像和肾部增强CT图像，可使用CT成像设备对目标对象进行扫描得到。
穿刺路径规划装置根据肾部平扫期CT图像和肾部增强CT图像，重建出肾部的三维CT图像。穿刺路径规划装置将肾部的三维CT图像和三维CT图像的横断面图像进行显示，医生可通过观察肾部的三维CT图像和三维CT图像的横断面图像，在横断面图像中为肾部规划穿刺路径，该穿刺路径即为上述第三穿刺路径。
医生在对目标人物进行穿刺手术的过程中，使用超声探头对目标人物的肾部进行扫描，得到肾部的超声图像。可选的，在医生使用超声探头对目标人物的肾部进行扫描的过程中，目标人物呼吸频率尽量保持缓慢稳定，这样可减少呼吸带来的空间位置波动误差，进而提高肾部超声图像中的肾部位置的准确度。
在超声探头采集肾部的超声图像的过程中，穿刺路径规划装置结合光学追踪系统来定位超声图像中的肾部在世界坐标系下的位置，其中，光学追踪系统可确定超声探头所扫描的对象在世界坐标系下的位置。穿刺路径规划装置通过对肾部超声图像进行分割处理，从肾部超声图像中分割出肾部轮廓图像。根据肾部轮廓图像在肾部图像中的位置以及肾部在世界坐标系下的位置，可得到肾部超声图像的像素坐标系与世界坐标系的转换关系(即为上述第一转换关系)。
在从肾部超声图像中分割出肾部轮廓图像后，还可根据肾部轮廓图像，重建出肾部的三维超声图像。通过对肾部的三维超声图像与肾部的三维CT图像进行配准，可确定将肾部的三维CT图像中的肾部向肾部的三维超声图像中的肾部对齐的配准矩阵(即为上述第二转换关系的逆矩阵)。可选的，第二转换关系包括旋转变换和平移变换。
可选的，通过对肾部的三维超声图像与肾部的三维CT图像进行配准，在肾部的三维CT图像中的肾部与肾部的三维超声图像中的肾部的相似度超过90％的情况下，根据肾部的三维CT图像的旋转量和平移量，确定第二转换关系。
在医生对目标人物进行穿刺手术的过程中，医生使用超声探头在目标人物的可进针区域内移动，此时，穿刺路径规划装置根据超声探头所扫描的可进针区域确定第三穿刺路径是否为不可行路径，具体的，在第三穿刺路径与可进针区域不存在交集的情况下，确定第三穿刺路径为不可行路径，在第三穿刺路径与可进针区域存在交集的情况下，确定第三穿刺路径为可行路径。
若确定第三穿刺路径为不可行路径，说明需要为目标人物的肾部重新规划穿刺路径，医生进行使用超声探头在目标人物的可进针区域内扫描，穿刺路径规划装置进而将超声探头在对可进针区域内进行扫描的过程中所采集的超声图像作为待处理图像。穿刺路径规划装置进而可基于前文提供的技术方案、待处理图像和第一转换关系，为目标人物的肾部重新规划穿刺路径(即为上述第一穿刺路径和上述跌穿刺路径)。
具体的，根据待处理图像确定可进针区域内与超声探头所接触的点在待处理图像中的位置，该位置即为上述第一位置。然后根据超声探头的超声波探伤(NDI)识别矩阵对第一位置进行转换，得到第二位置，其中，NDI识别矩阵即为上述第一转换关系。可选的，NDI识别矩阵如下：
Figure BDA0004046341010000131
将第二位置记为A(Tx,Ty,Tz)，将上述配准矩阵记为Treg，那么第二转换关系为Treg的逆矩阵，即为：
Figure BDA0004046341010000132
根据第二转换关系和第二位置，可得到上述第四位置，即为进针点在肾部的三维CT图像中的位置，具体可通过下式实现：
Figure BDA0004046341010000141
此时，第四位置记为Act(xct，yct，zct)。
根据第四位置和肾部病灶靶点在肾部的三维CT图像中的位置(即为上述第五位置)，确定肾部的三维CT图像中的穿刺路径，即为上述第二穿刺路径。在得到第二穿刺路径后，还可根据第二穿刺路径在肾部的三维CT图像的切面图中的轨迹点，并在肾部的三维CT图像中显示该轨迹点和病灶靶点。
医生通过观察肾部的三维CT图像可调整穿刺机器人的机械臂的角度，进而使机械臂的实际穿刺路径(即为上述第四穿刺路径)与第二穿刺路径重合。
可选的，图2示出了机械臂的实际穿刺路径与第二穿刺路径不重合的情况，如图2所示，超声探头位与第二穿刺路径重合，说明机械臂的实际穿刺路径未与第二穿刺路径重合。图2还示出了世界坐标系(即图2中的xyz坐标系)与目标人物的体位的关系，以及提示信息，该提示信息具体为：配准完成，如需验证配准，请保持重建时的呼吸相位停呼吸机，该提示信息给出了验证上述配准矩阵的提示操作。
图2的右上角的同心圆示出了超声探头的旋转角度示意图，在该同心圆下方还示出了以下信息：旋转点与路径间距：0mm、针尾与路径间距：0mm、针与路径的夹角：0°、机械臂与靶点的间距：0mm，其中，超声探头可绕旋转点旋转，针尾即为穿刺所用的针的尾部，路径为上述第二路径，靶点即为肾部的病灶靶点(如肾结石的靶点)。
图3示出了，在图2的基础上通过调整超声探头的角度，使超声探头与第二路径重合的情况，此时机械臂的实际穿刺路径与第二穿刺路径重合的情况。
本领域技术人员可以理解，在具体实施方式的上述方法中，各步骤的撰写顺序并不意味着严格的执行顺序而对实施过程构成任何限定，各步骤的具体执行顺序应当以其功能和可能的内在逻辑确定。
若本申请技术方案涉及个人信息，应用本申请技术方案的产品在处理个人信息前，已明确告知个人信息处理规则，并取得个人自主同意。若本申请技术方案涉及敏感个人信息，应用本申请技术方案的产品在处理敏感个人信息前，已取得个人单独同意，并且同时满足“明示同意”的要求。例如，在摄像头等个人信息采集装置处，设置明确显著的标识告知已进入个人信息采集范围，将会对个人信息进行采集，若个人自愿进入采集范围即视为同意对其个人信息进行采集；或者在个人信息处理的装置上，利用明显的标识/信息告知个人信息处理规则的情况下，通过弹窗信息或请个人自行上传其个人信息等方式获得个人授权；其中，个人信息处理可包括个人信息处理者、个人信息处理目的、处理方式以及处理的个人信息种类等信息。
上述详细阐述了本申请实施例的方法，下面提供了本申请实施例的装置。
请参阅图4，图4为本申请实施例提供的一种穿刺路径规划装置的结构示意图，该穿刺路径规划装置1用于为目标器官规划第一穿刺路径，该穿刺路径规划装置1包括：获取单元11、转换单元12、处理单元13，可选的，穿刺路径规划装置1还包括：确定单元14、显示单元15，具体的：
获取单元11，用于获取待处理图像和第一转换关系；所述待处理图像包括所述目标器官的进针点，所述第一转换关系为所述待处理图像的像素坐标系与世界坐标系的转换关系；
转换单元12，用于根据所述第一转换关系对所述进针点在所述待处理图像中的第一位置进行转换，得到所述进针点在所述世界坐标系下的第二位置；
所述获取单元11，用于获取所述目标器官的病灶靶点在所述世界坐标系下的第三位置；
处理单元，用于根据所述第二位置和所述第三位置，得到所述目标器官的第一穿刺路径。
结合本申请任一实施方式，所述获取单元11，还用于获取三维CT图像和第二转换关系，所述三维CT图像包括所述目标器官，所述第二转换关系为所述三维CT图像的像素坐标系与所述世界坐标系的转换关系；
所述转换单元12，还用于根据所述第二转换关系对所述第二位置进行转换，得到所述进针点在所述三维CT图像中的第四位置；
所述转换单元12，还用于根据所述第二转换关系对所述第三位置进行转换，得到所述病灶靶点在所述三维CT图像中的第五位置；
所述处理单元，还用于根据所述第四位置和所述第五位置，得到所述目标器官在所述三维CT图像中的第二穿刺路径。
结合本申请任一实施方式，所述获取单元11，具体用于：
获取三维超声图像，所述三维超声图像包括所述目标器官，所述三维超声图像的像素坐标系与世界坐标系相同；
通过将所述三维CT图像中的所述目标器官向所述三维超声图像中的所述目标器官对齐，得到所述第二转换关系。
结合本申请任一实施方式，所述三维CT图像的切面图像包括目标CT图像，所述穿刺路径规划装置1，还包括：
确定单元14，用于确定所述第二穿刺路径在所述目标CT图像中的轨迹点；
显示单元15，用于在所述目标CT图像中显示所述轨迹点和所述病灶靶点。
结合本申请任一实施方式，所述获取单元11，还用于：
获取所述目标器官的第三穿刺路径和可进针区域，所述可进针区域为所述进针点的候选区域；
在根据所述可进针区域确定所述第三穿刺路径为不可行路径的情况下，获取所述待处理图像和所述第一转换关系。
结合本申请任一实施方式，所述获取单元11，具体用于：
在所述第三穿刺路径与所述可进针区域不存在交集的情况下，确定所述第三穿刺路径为不可行路径。
结合本申请任一实施方式，所述获取单元11，具体用于：
在检测到重新规划所述目标器官的穿刺路径的指令的情况下，获取超声探头通过对所述进针点进行扫描得到的超声图像，作为所述待处理图像。
结合本申请任一实施方式，所述目标器官属于目标人物；所述获取单元11，具体用于：
获取超声探头扫描到的所述目标人物的皮肤区域，作为所述可进针区域。
本申请实施例中，穿刺路径规划装置在获取待处理图像和第一转换关系的情况下，根据第一转换关系对进针点在待处理图像中的第一位置进行转换，得到进针点在世界坐标系下的第二位置，进而可根据病灶靶点在世界坐标下下的第三位置和第二位置，得到目标器官的第一穿刺路径。
在一些实施例中，本申请实施例提供的装置具有的功能或包含的模块可以用于执行上文方法实施例描述的方法，其具体实现可以参照上文方法实施例的描述，为了简洁，这里不再赘述。
图5为本申请实施例提供的一种电子设备的硬件结构示意图。该电子设备2包括处理器21，存储器22。可选的，该电子设备2还包括输入装置23，输出装置24。该处理器21、存储器22、输入装置23和输出装置24通过连接器相耦合，该连接器包括各类接口、传输线或总线等等，本申请实施例对此不作限定。应当理解，本申请的各个实施例中，耦合是指通过特定方式的相互联系，包括直接相连或者通过其他设备间接相连，例如可以通过各类接口、传输线、总线等相连。
处理器21可以是一个或多个图形处理器(graphics processing unit，GPU)，在处理器21是一个GPU的情况下，该GPU可以是单核GPU，也可以是多核GPU。可选的，处理器21可以是多个GPU构成的处理器组，多个处理器之间通过一个或多个总线彼此耦合。可选的，该处理器还可以为其他类型的处理器等等，本申请实施例不作限定。
存储器22可用于存储计算机程序指令，以及用于执行本申请方案的程序代码在内的各类计算机程序代码。可选地，存储器包括但不限于是随机存储记忆体(random accessmemory，RAM)、只读存储器(read-only memory，ROM)、可擦除可编程只读存储器(erasableprogrammable read only memory，EPROM)、或便携式只读存储器(compact disc read-only memory，CD-ROM)，该存储器用于相关指令及数据。
输入装置23用于输入数据和/或信号，以及输出装置24用于输出数据和/或信号。输入装置23和输出装置24可以是独立的器件，也可以是一个整体的器件。
可理解，本申请实施例中，存储器22不仅可用于存储相关指令，还可用于存储相关数据，本申请实施例对于该存储器中具体所存储的数据不作限定。
可以理解的是，图5仅仅示出了一种电子设备的简化设计。在实际应用中，电子设备还可以分别包含必要的其他元件，包含但不限于任意数量的输入/输出装置、处理器、存储器等，而所有可以实现本申请实施例的电子设备都在本申请的保护范围之内。
本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统、装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。所属领域的技术人员还可以清楚地了解到，本申请各个实施例描述各有侧重，为描述的方便和简洁，相同或类似的部分在不同实施例中可能没有赘述，因此，在某一实施例未描述或未详细描述的部分可以参见其他实施例的记载。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。
在上述实施例中，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组合来实现。当使用软件实现时，可以全部或部分地以计算机程序产品的形式实现。所述计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载和执行所述计算机程序指令时，全部或部分地产生按照本申请实施例所述的流程或功能。所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。所述计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者通过所述计算机可读存储介质进行传输。所述计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或数据中心通过有线(例如同轴电缆、光纤、数字用户线(digital subscriberline，DSL))或无线(例如红外、无线、微波等)方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输。所述计算机可读存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。所述可用介质可以是磁性介质，(例如，软盘、硬盘、磁带)、光介质(例如，数字通用光盘(digital versatiledisc，DVD))、或者半导体介质(例如固态硬盘(solid state disk，SSD))等。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，该流程可以由计算机程序来指令相关的硬件完成，该程序可存储于计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法实施例的流程。而前述的存储介质包括：只读存储器(read-only memory，ROM)或随机存取存储器(random access memory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可存储程序代码的介质。

Claims (10)

1.一种穿刺路径规划方法，其特征在于，所述穿刺路径规划方法用于为目标器官规划第一穿刺路径，所述方法包括：
获取待处理图像和第一转换关系；所述待处理图像包括所述目标器官的进针点，所述第一转换关系为所述待处理图像的像素坐标系与世界坐标系的转换关系；
根据所述第一转换关系对所述进针点在所述待处理图像中的第一位置进行转换，得到所述进针点在所述世界坐标系下的第二位置；
获取所述目标器官的病灶靶点在所述世界坐标系下的第三位置；
根据所述第二位置和所述第三位置，得到所述目标器官的第一穿刺路径。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述得到所述目标器官的第一穿刺路径之后，所述方法还包括：
获取三维CT图像和第二转换关系，所述三维CT图像包括所述目标器官，所述第二转换关系为所述三维CT图像的像素坐标系与所述世界坐标系的转换关系；
根据所述第二转换关系对所述第二位置进行转换，得到所述进针点在所述三维CT图像中的第四位置；
根据所述第二转换关系对所述第三位置进行转换，得到所述病灶靶点在所述三维CT图像中的第五位置；
根据所述第四位置和所述第五位置，得到所述目标器官在所述三维CT图像中的第二穿刺路径。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述获取第二转换关系，包括：
获取三维超声图像，所述三维超声图像包括所述目标器官，所述三维超声图像的像素坐标系与世界坐标系相同；
通过将所述三维CT图像中的所述目标器官向所述三维超声图像中的所述目标器官对齐，得到所述第二转换关系。
4.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，所述三维CT图像的切面图像包括目标CT图像，在得到所述目标器官在所述三维CT图像中的第二穿刺路径后，所述方法还包括：
确定所述第二穿刺路径在所述目标CT图像中的轨迹点；
在所述目标CT图像中显示所述轨迹点和所述病灶靶点。
5.根据权利要求1至3中任意一项所述的方法，其特征在于，在所述获取待处理图像和所述第一转换关系之前，所述方法还包括：
获取所述目标器官的第三穿刺路径和可进针区域，所述可进针区域为所述进针点的候选区域；
所述获取待处理图像和所述第一转换关系，包括：
在根据所述可进针区域确定所述第三穿刺路径为不可行路径的情况下，获取所述待处理图像和所述第一转换关系。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述根据所述可进针区域确定所述第三穿刺路径为不可行路径，包括：
在所述第三穿刺路径与所述可进针区域不存在交集的情况下，确定所述第三穿刺路径为不可行路径。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述获取所述待处理图像，包括：
在检测到重新规划所述目标器官的穿刺路径的指令的情况下，获取超声探头通过对所述进针点进行扫描得到的超声图像，作为所述待处理图像。
8.一种穿刺路径规划装置，其特征在于，所述穿刺路径规划装置用于为目标器官规划第一穿刺路径，所述穿刺路径规划装置包括：
获取单元，用于获取待处理图像和第一转换关系；所述待处理图像包括所述目标器官的进针点，所述第一转换关系为所述待处理图像的像素坐标系与世界坐标系的转换关系；
转换单元，用于根据所述第一转换关系对所述进针点在所述待处理图像中的第一位置进行转换，得到所述进针点在所述世界坐标系下的第二位置；
所述获取单元，用于获取所述目标器官的病灶靶点在所述世界坐标系下的第三位置；
处理单元，用于根据所述第二位置和所述第三位置，得到所述目标器官的第一穿刺路径。
9.一种电子设备，其特征在于，包括：处理器和存储器，所述存储器用于存储计算机程序代码，所述计算机程序代码包括计算机指令，在所述处理器执行所述计算机指令的情况下，所述电子设备执行如权利要求1至7中任意一项所述的方法。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质中存储有计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，在所述程序指令被处理器执行的情况下，使所述处理器执行权利要求1至7中任意一项所述的方法。
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