CN116616867A - 一种实时穿刺引导的避障方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及穿刺避障技术领域，且公开了一种实时穿刺引导的避障方法，包括以下步骤：S1：图像点云化，对患者进行增强CT扫描与超声扫描，扫描后工作人员基于患者CT扫描结果手动选取易识别的血管或者支气管，对CT图像进行组织分割，标记出血管、肝脏等需要识别的软组织，重构点云图像；S2：构建目标点云；S3：确定穿刺路径L，穿刺路径L为一条空间直线；S4：确定穿刺路径直线参数。本发明能够实时的穿刺引导，避开肿瘤与血管会随着时间产生形变，产生位置的偏移的障碍，更方便医生操作的进行，调整穿刺针时，显示对应是否可穿刺，避免术前与术中的误差。
Description
技术领域
本发明涉及穿刺避障技术领域，具体为一种实时穿刺引导的避障方法。
背景技术
传统的穿刺方式往往是通过超声或CT观察肿瘤位置，提前规划出路径，需要有经验的医生进行手动穿刺，这种方法依赖于医生的水平与状态，因此穿刺引导具有重要的意义。
现有的最常用的方法是通过穿刺支架引导穿刺，在术前规划好穿刺路径，并调整穿刺支架位置，医生将针放入支架进行穿刺，虽然提高了一定的安全性，避免了由于医生状态问题导致的手术失败，但是病人的肿瘤与血管会随着时间产生形变，产生位置的偏移，为了避免误差的产生，因此需要实时的穿刺引导，避开穿刺障碍，因此提出一种实时穿刺引导的避障方法。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种实时穿刺引导的避障方法，解决了现有病人的肿瘤与血管会随着时间产生形变，产生位置的偏移的问题。
(二)技术方案
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种实时穿刺引导的避障方法，包括以下步骤：
S1：图像点云化，对患者进行增强CT扫描与超声扫描，扫描后工作人员基于患者CT扫描结果手动选取易识别的血管或者支气管，对CT图像进行组织分割，标记出血管、肝脏等需要识别的软组织，重构点云图像；
S2：构建目标点云，通过安装在机械臂上的超声探头不断扫描，获取实时的超声视频信息，然后获得超声视频信息对应的姿态信息，构建重要组织和目标点云,将所有目标点云标记为：
P＝{A1,A2,A3,A4,...}
其中P代表所有点云集，A1,A2,A3,A4代表各个重要组织的点云；
S3：确定穿刺路径L，穿刺路径L为一条空间直线，设其表达式为：lx+my+nz+o＝0，其中l，m，n，o为穿刺路线直线参数；
S4：确定穿刺路径直线参数，通过穿刺针以及定位装置，获取穿刺针的姿态及位置；
S5：评价穿刺路径，将超声点云的坐标系统一到以入针点为原点的穿针坐标系上，将针虚拟成一条线，半径忽略不计，判断路径上是否有障碍；
S6：标记路径，标记并记录所有穿刺路径。
作为本发明再进一步的方案，所述S2中扫描时可以为平扫或者扇扫。
进一步的，所述S4中在获取穿刺针的姿态时，斜向上的线为穿刺针，以穿刺点为原点，并且已知穿刺针的姿态，即穿刺针距离X、Y、Z轴的夹角大小，即可确定穿刺针的路径参数；
具体地，由于穿刺点为原点，将(0,0,0)代入公式(1)，则
则穿刺路径直线可化作：lx+my+nz＝0
设直线上一点p2(x1,y1,z1)，并且p2满足则直线方程可以用下式描述：
与x轴的夹角为
与y轴的夹角γ为
与z轴的夹角θ为
则可得：
将式(7)代入式(3)可得，穿刺路径直线空间参数
在前述方案的基础上，所述S5中设L为规划出来的路径，A1,A2,A3,A4为各个重要组织的点云，是在穿刺过程中需要避开的障碍，判断穿刺路径上是否有障碍：
如伪代码，组织的点云的所有点代入判断正负，若结果同号，则判断没有障碍，若结果符号相反，则判断有障碍，不能进行穿刺，判断结果记录为Ei，Ei为0则有障碍，为1则无障碍。
进一步的，所述S6中将所有无障碍的穿刺路径保留下来，并利用软件进行显示。
在前述方案的基础上，所述S5中包括核对模块和评价模块，核对模块与评价模块相连接，且S6中包括标记模块和记录模块。
(三)有益效果
与现有技术相比，本发明提供了一种实时穿刺引导的避障方法，具备以下有益效果：
1、本发明中，通过确定穿刺路径L，并通过计算穿刺路径直线空间参数，然后将超声点云的坐标系统一到以入针点为原点的穿针坐标系上，将针虚拟成一条线，半径忽略不计，判断路径上是否有障碍，实时的穿刺引导，避开肿瘤与血管会随着时间产生形变，产生位置的偏移的障碍。
2、本发明中，实时避障使得人体更安全，更方便医生操作的进行，调整穿刺针时，显示对应是否可穿刺，避免术前与术中的误差。
3、本发明中，直接显示穿刺针的重要组织的最小位置，更直观，将所有无障碍的穿刺路径保留下来，并利用软件进行显示，方便医生进行选择与查看。
附图说明
图1为本发明提出的一种实时穿刺引导的避障方法的流程结构示意图；
图2为本发明提出的一种实时穿刺引导的避障方法的穿刺路径坐标系示意图；
图3为本发明提出的一种实时穿刺引导的避障方法的穿刺点云示意图。
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，都属于本发明保护的范围。
参照图1-3，一种实时穿刺引导的避障方法，包括以下步骤：
S1：图像点云化，对患者进行增强CT扫描与超声扫描，扫描后工作人员基于患者CT扫描结果手动选取易识别的血管或者支气管，对CT图像进行组织分割，标记出血管、肝脏等需要识别的软组织，重构点云图像；
S2：构建目标点云，通过安装在机械臂上的超声探头不断扫描，获取实时的超声视频信息，然后获得超声视频信息对应的姿态信息，构建重要组织和目标点云,将所有目标点云标记为
P＝{A1,A2,A3,A4,...}
其中P代表所有点云集，A1,A2,A3,A4代表各个重要组织的点云，S2中扫描时可以为平扫或者扇扫；
S3：确定穿刺路径L，穿刺路径L为一条空间直线，设其表达式为：lx+my+nz+o＝0，其中l，m，n，o为穿刺路线直线参数；
S4：确定穿刺路径直线参数，通过穿刺针以及定位装置，获取穿刺针的姿态及位置，S4中如图2所示，斜向上的线为穿刺针，以穿刺点为原点，并且已知穿刺针的姿态，即穿刺针距离X、Y、Z轴的夹角大小，即可确定穿刺针的路径参数；
具体地，由于穿刺点为原点，将(0,0,0)代入公式(1)，则
则穿刺路径直线可化作：lx+my+nz＝0
设直线上一点p2(x1,y1,z1)，并且p2满足则直线方程可以用下式描述：
与x轴的夹角为
与y轴的夹角γ为
与z轴的夹角θ为
则可得：
将式(7)代入式(3)可得，穿刺路径直线空间参数
S5：评价穿刺路径，将超声点云的坐标系统一到以入针点为原点的穿针坐标系上，将针虚拟成一条线，半径忽略不计，判断路径上是否有障碍，实时的穿刺引导，避开肿瘤与血管会随着时间产生形变，产生位置的偏移的障碍：
S5中如图3所示，L为规划出来的路径，A1,A2,A3,A4为各个重要组织的点云，是在穿刺过程中需要避开的障碍，判断穿刺路径上是否有障碍：
如伪代码，组织的点云的所有点代入判断正负，若结果同号，则判断没有障碍，若结果符号相反，则判断有障碍，不能进行穿刺，判断结果记录为Ei，Ei为0则有障碍，为1则无障碍，实时避障在人体更安全，更方便医生操作的进行，调整穿刺针时，显示对应是否可穿刺，避免术前与术中的误差；
S6：标记路径，标记并记录所有穿刺路径，直接显示穿刺针的重要组织的最小位置，更直观，S6中将所有无障碍的穿刺路径保留下来，并利用软件进行显示，方便医生进行选择与查看。
在该文中的描述中，需要说明的是，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，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、物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、物品或者设备所固有的要素。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (6)
1.一种实时穿刺引导的避障方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：图像点云化，对患者进行增强CT扫描与超声扫描，扫描后工作人员基于患者CT扫描结果手动选取易识别的血管或者支气管，对CT图像进行组织分割，标记出血管、肝脏等需要识别的软组织，重构点云图像；
S2：构建目标点云，通过安装在机械臂上的超声探头不断扫描，获取实时的超声视频信息，然后获得超声视频信息对应的姿态信息，构建重要组织和目标点云,将所有目标点云标记为：
P＝{A1,A2,A3,A4,...}
其中P代表所有点云集，A1,A2,A3,A4代表各个重要组织的点云；
S3：确定穿刺路径L，穿刺路径L为一条空间直线，设其表达式为：lx+my+nz+o＝0，其中l，m，n，o为穿刺路线直线参数；
S4：确定穿刺路径直线参数，通过穿刺针以及定位装置，获取穿刺针的姿态及位置；
S5：评价穿刺路径，将超声点云的坐标系统一到以入针点为原点的穿针坐标系上，将针虚拟成一条线，半径忽略不计，判断路径上是否有障碍；
S6：标记路径，标记并记录所有穿刺路径。
2.根据权利要求1所述的一种实时穿刺引导的避障方法，其特征在于，所述S2中扫描时可以为平扫或者扇扫。
3.根据权利要求2所述的一种实时穿刺引导的避障方法，其特征在于，所述S4中在获取穿刺针的姿态时，斜向上的线为穿刺针，以穿刺点为原点，并且已知穿刺针的姿态，即穿刺针距离X、Y、Z轴的夹角大小，即可确定穿刺针的路径参数；
具体地，由于穿刺点为原点，将(0,0,0)代入公式(1)，则
则穿刺路径直线可化作：lx+my+nz＝0
设直线上一点p2(x1,y1,z1)，并且p2满足
则直线方程可以用下式描述：
与x轴的夹角为
与y轴的夹角γ为
与z轴的夹角θ为
则可得：
将式(7)代入式(3)可得，穿刺路径直线空间参数
4.根据权利要求1所述的一种实时穿刺引导的避障方法，其特征在于，所述S5中设L为规划出来的路径，A1,A2,A3,A4为各个重要组织的点云，是在穿刺过程中需要避开的障碍，判断穿刺路径上是否有障碍：
如伪代码，组织的点云的所有点代入判断正负，若结果同号，则判断没有障碍，若结果符号相反，则判断有障碍，不能进行穿刺，判断结果记录为Ei，Ei为0则有障碍，为1则无障碍。
5.根据权利要求1所述的一种实时穿刺引导的避障方法，其特征在于，所述S6中将所有无障碍的穿刺路径保留下来，并利用软件进行显示。
6.根据权利要求1所述的一种实时穿刺引导的避障方法，其特征在于，所述S5中包括核对模块和评价模块，核对模块与评价模块相连接，且S6中包括标记模块和记录模块。
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN117224233A (zh) * | 2023-11-09 | 2023-12-15 | 杭州微引科技有限公司 | 一种一体化透视ct及介入手术机器人系统及其使用方法 |
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2022
- 2022-12-08 CN CN202211568155.6A patent/CN116616867A/zh active Pending
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| CN117224233A (zh) * | 2023-11-09 | 2023-12-15 | 杭州微引科技有限公司 | 一种一体化透视ct及介入手术机器人系统及其使用方法 |
| CN117224233B (zh) * | 2023-11-09 | 2024-02-20 | 杭州微引科技有限公司 | 一种一体化透视ct及介入手术机器人系统及其使用方法 |
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