CN107126258A - 一种微创手术套管柔性针的路径规划方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种微创手术套管柔性针的路径规划方法，该方法包括显示单元、图像分割单元、三维重构单元和路径规划单元以及套管柔性针。显示单元接受由医疗设备采集的多幅DICOM格式的医学图像，图像分割单元对所述感兴趣的区域的图像进行图像分割，获取所述区域内感兴趣的各组织的图像，三维重构单元对输入的DICOM体数据信息实现三维图像显示，路径规划单元找出一条从入针区域到目标区域的可行路径，使套管柔性针能绕过人体血管、骨骼和神经组织等关键器官；本发明用套管柔性针代替柔性针，为套管柔性针从进针点绕过人体的不可碰撞结构，准确到达目标区域提供了一种规划方法。

Description

一种微创手术套管柔性针的路径规划方法
技术领域
本发明涉及微创医疗领域，特别涉及一种微创手术套管柔性针的路径规划方法。
背景技术
针对刚性针在人体组织穿刺的过程中的避开障碍能力差、容易碰到组织中的重要的组织、器官及血管等，学者们提出了运用柔性针穿刺的方法来替代刚性针刺入人体组织。相比而言，柔性针带有不对称的针尖，并且相对于人体组织具有足够的柔性，当它在人体组织中穿刺时，组织与针尖的相互作用力使柔性针在人体的组织中实现曲线运动。为了让柔性针绕过人体血管、骨骼和神经组织等关键器官，准确到达目标区域，需要一种***的规划方法实现柔性针从穿刺点绕过障碍物到达目标区域的可穿刺路径。然而传统柔性针也有其瓶颈问题：柔性针受到弯曲半径的限制，针尖偏离的靶点在圆弧内部时，误差无法矫正；针轴与组织之间存在着扭转摩擦，难以实现对斜尖转角的精确控制从而严重影响靶向定位的精度，导致穿刺手术失败。
发明内容
针对以上问题，本发明提出一种微创手术套管柔性针的路径规划方法，采用套管柔性针代替传统的柔性针，为套管柔性针绕过障碍物到达目标区域提供一种方法。
作为优选的技术方案，所述的微创手术柔性针的路径规划方法，组成包括显示单元、图像分割单元、三维重构单元和路径规划单元以及套管柔性针；其特征在于，显示单元接受由医疗设备采集的多幅DICOM格式的医学图像，并将其传输给图像分割单元，图像分割单元对所述感兴趣的区域的图像进行图像分割,获取所述区域内感兴趣的各组织的图像，并将经过图像分割的DICOM格式的医学图像转换为数据流信息传输给三维重构单元，三维重构单元对所得到的数据流信息进行三维重建，得到组织器官的相对空间位置，路径规划单元找出一条从入针区域到目标区域的可行路径，使套管柔性针能绕过人体血管、骨骼和神经组织等关键器官，套管柔性针由柔性套管和和柔性针组成。
作为优选的技术方案，所述的显示单元是CT机或者MRI扫描机，用于采集DICOM格式的病灶序列医学图像。
作为优选的技术方案，所述的图像分割单元采取用户干预的半自动分割，在分割过程中，用户通过计算机进行干预，最终完成组织分割，从而实现DICOM格式的序列医学图像中诸如血管、骨头、软组织等不可碰撞器官和病灶区域的分割。
作为优选的技术方案，所述三维重构单元对经过图像分割的DICOM体数据信息实现三维图像显示，根据重建结果得到不可穿刺区域、确定病灶位置，进而确定穿刺靶点区域和合理的入针点区域。
作为优选的技术方案，所述的路径规划单元运用快速搜索随机树算法得到穿刺入针点到达目标点的多条样本路径，再基于路径长度、弧段数、安全度及障碍物风险分级相结合的路径评估函数，得到柔性针穿刺的最优路径。
作为优选的技术方案，所述的选取最优路径的入针点的具体方法是在确定的入针点区域中，从单入针点到目标点的N条路径中根据路径评估函数选出一条最优路径，然后选取M个入针点，根据路径评估函数分别得到M条到达目标区域的相应最优路径，最后从M条路径中根据路径评估函数选出最优路径，最终确定入针点和目标点。
作为优选的技术方案，所述的套管柔性针由柔性套管和柔性针组成，柔性套管由一个或多个柔性套管组成。
作为优选的技术方案，所述的套管柔性针的柔性套管和柔性针相互配合可实现多种穿刺模式，柔性套管和柔性针可分别实现自传与进给，可以分时作用，也可以同时作用。
作为优选的技术方案，采用套管柔性针停止-旋转-前进的驱动方式，通过控制套管和柔性针的旋转角度以及通过调整针芯伸出套管的长度实现穿刺曲率的控制。
本发明的有益效果是：套管柔性针代替传统柔性针，减小了柔性针与组织之间的摩擦，柔性套管与柔性针的组合可以实现多种穿刺模式，实现穿刺曲率的控制，并提供了套管柔性针路径规划方法。
附图说明
附图1，本发明规划流程组成部分；
附图2，套管柔性针。
具体实施方式
显示单元接受由医疗设备采集的多幅DICOM格式的医学图像，并将其传输给图像分割单元，然后图像分割单元对所述感兴趣的区域的图像进行图像分割，获取所述区域内感兴趣的各组织的图像，并将经过图像分割的DICOM格式的医学图像转换为数据流信息传输给三维重构单元，三维重构单元对输入的DICOM体数据信息实现三维图像显示，得到各组织器官的相对空间位置，路径规划单元根据搜索策略找出一条从入针区域到目标区域的可行路径，使柔性针能绕过人体血管、骨骼和神经组织等关键器官，驱使穿刺机构使套管柔性针中的柔性套管和柔性针相互配合，沿着指定路径实现穿刺。

Claims (9)

1.一种微创手术套管柔性针的路径规划方法，组成包括显示单元、图像分割单元、三维重构单元和路径规划单元以及套管柔性针；其特征在于，显示单元接受由医疗设备采集的多幅DICOM格式的医学图像，并将其传输给图像分割单元，图像分割单元对所述感兴趣的区域的图像进行图像分割,获取所述区域内感兴趣的各组织的图像，并将经过图像分割的DICOM格式的医学图像转换为数据流信息传输给三维重构单元，三维重构单元对所得到的数据流信息进行三维重建，得到组织器官的相对空间位置，路径规划单元找出一条从入针区域到目标区域的可行路径，使套管柔性针能绕过人体血管、骨骼和神经组织等关键器官，套管柔性针由柔性套管和和柔性针组成。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的显示单元是CT机或者MRI扫描机，用于采集DICOM格式的病灶序列医学图像。
3.根据权利要求1、2所述的方法，其特征在于：所述的图像分割单元采取用户干预的半自动分割，在分割过程中，用户通过计算机进行干预，最终完成组织分割，从而实现DICOM格式的序列医学图像中诸如血管、骨头、软组织等不可碰撞器官和病灶区域的分割。
4.根据权利要求1、2、3所述的方法，其特征在于：所述三维重构单元对经过图像分割的DICOM体数据信息实现三维图像显示，根据重建结果得到可穿刺区域、确定病灶位置，进而确定穿刺靶点区域和合理的入针点区域。
5.根据权利要求1、4所述的方法，其特征在于：所述的路径规划单元运用快速搜索随机树算法得到穿刺入针点到达目标点的多条样本路径，再基于路径长度、控制成本、安全程度等相结合的综合路径评估函数，得到柔性针穿刺的最优路径。
6.根据权利要求1、5所述的方法，其特征在于：所述的选取最优路径的入针点的具体方法是在确定的入针点区域中，从单入针点到目标区域的N条路径中根据路径评估函数选出一条最优路径，然后选取M个入针点，根据路径评估函数分别得到M条到达目标区域的相应最优路径，最后从M条路径中根据路径评估函数选出最优路径，最终确定入针点和目标点。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的套管柔性针由柔性套管和柔性针组成，柔性套管由一个或多个柔性套管组成。
8.根据权利要求1所述的方法，所述的套管柔性针的柔性套管和柔性针相互配合可实现多种穿刺模式，柔性套管和柔性针可分别实现自传与进给，可以分时作用，也可以同时作用。
9.根据权利要求1所述的方法，采用套管柔性针停止-旋转-前进的驱动方式，通过控制套管和柔性针的旋转角度以及通过调整针芯伸出套管的长度实现穿刺曲率的控制。
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