CN114366295B

CN114366295B - 微导管路径生成方法、塑形针的塑形方法、计算机设备、可读存储介质和程序产品

Info

Publication number: CN114366295B
Application number: CN202111663856.3A
Authority: CN
Inventors: 向建平; 张晓龙; 葛亮; 单晔杰; 蒋业青; 万海林; 冷晓畅
Original assignee: Arteryflow Technology Co ltd
Current assignee: Arteryflow Technology Co ltd
Priority date: 2021-12-31
Filing date: 2021-12-31
Publication date: 2023-07-25
Anticipated expiration: 2041-12-31
Also published as: CN114366295A

Abstract

本申请涉及一种微导管路径生成方法、塑形针的塑形方法、计算机设备、可读存储介质和程序产品，包括：获得带有动脉瘤的颅内血管模型，生成由近端血管入口到远端动脉瘤的中心线，确定中心线近端的起始点、远端的终止点、以及中间的分界点；通过探测器由起始点朝向终止点不断探测，以起始点为向量起点生成单位长度的若干候选向量，各候选向量形成一号探测器，以一号探测器的其中一个候选向量为指向、以预定步长移动所述一号探测器，根据所述一号探测器的指向生成二号探测器；按照二号探测器相对于所述一号探测器的生成方式，朝动脉瘤方向不断探测，获得微导管路径。本申请模拟微导管输送过程中与血管壁的相互作用，获得的微导管路径符合临床需求。

Description

微导管路径生成方法、塑形针的塑形方法、计算机设备、可读存储介质和程序产品

技术领域

本申请涉及医疗器械技术领域，特别是涉及一种微导管路径生成方法、塑形针的塑形方法、计算机设备、可读存储介质和程序产品。

背景技术

颅内动脉瘤是指颅内动脉壁上发生的异常膨出，患病率约为2％。目前最普遍的治疗动脉瘤的方式为弹簧圈栓塞术或者支架辅助弹簧圈栓塞术。在这种手术过程中，微导管头端的成功到位以及稳定性对于手术的成功实施起到关键性的作用。

为了保证到位和稳定，一般都需要对微导管头端进行塑形。传统塑形的步骤为先将金属塑形针***微导管的头端，然后根据血管走向以及血管与动脉瘤生长方向的夹角对塑形针进行三维塑形，接着对其进行蒸汽熏蒸，然后生理盐水冷却定形。

然而传统塑形技术强烈地依赖于医生丰富的知识和经验，对于低年资医生来说存在较为陡峭的学习曲线，而对于患者来说，较高的塑形失败率增加了手术时间与手术费用。

发明内容

基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种微导管路径生成方法。

本申请微导管路径生成方法，包括：

获得带有动脉瘤的颅内血管模型，生成由近端血管入口到远端动脉瘤的中心线，确定中心线近端的起始点、远端的终止点、以及中间的分界点；

通过探测器由所述起始点朝向所述终止点不断探测，以所述起始点为向量起点生成单位长度的若干候选向量，各候选向量形成一号探测器，以所述一号探测器的其中一个候选向量为指向、以预定步长移动所述一号探测器，根据所述一号探测器的指向生成二号探测器；

按照所述二号探测器相对于所述一号探测器的生成方式，朝动脉瘤方向不断探测，获得微导管路径。

可选的，按照所述二号探测器相对于所述一号探测器的生成方式，朝动脉瘤方向不断探测，获得微导管路径，具体包括：

按照所述二号探测器相对于所述一号探测器的生成方式，朝动脉瘤方向不断探测；

监测所述探测器的当前位置与所述分界点的距离变化，如果距离增加则停止探测，将停止计算时的探测器的位置作为新分界点；

在所述新分界点和所述终止点之间进行曲线插值，结合各探测器的探测路径，获得微导管路径。

可选的，以所述起始点为向量起点生成单位长度的若干候选向量，各候选向量形成一号探测器，具体包括：

获得第一探测向量，以所述第一探测向量为极轴，生成半径为单位长度的半球体；

固定所述第一探测向量的起点，对所述第一探测向量的终点在半球体表面进行离散处理，获得若干候选向量，各候选向量形成一号探测器。

可选的，以所述一号探测器的其中一个候选向量为指向，具体包括：

评估一号探测器朝所有候选向量移动后的势能，选择势能最小的为移动的指向，所述势能包括判断所述探测器是否处于血管内的空间势能。

可选的，所述势能还包括碰撞势能和/或弯曲势能/>

或/>

其中，d为候选向量的模，R为微导管半径，n为正整数；

或/>

其中，α为相邻两个探测器的探测向量之间的夹角，n为正整数。

可选的，以预定步长移动所述一号探测器，根据所述一号探测器的指向生成二号探测器，具体包括：

将所述指向确定为第二探测向量的方向，以第二探测向量为极轴，生成半径为单位长度的半球体；

固定第二探测向量的起点，对第二探测向量的终点在半球体表面进行离散处理，获得若干候选向量，各候选向量形成二号探测器。

本申请还提供一种塑形针的塑形方法，包括：

得到如本申请所述的微导管路径生成方法获得的微导管路径；

对所述微导管路径进行微导管过塑计算获得塑形针形状。

本申请还提供一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序以实现本申请所述的微导管路径生成方法的步骤。

本申请还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现本申请所述的微导管路径生成方法的步骤。

本申请还提供一种计算机程序产品，包括计算机指令，该计算机指令被处理器执行时实现本申请所述的微导管路径生成方法的步骤。

本申请微导管路径生成方法至少具有以下效果之一：

本申请微导管路径生成方法利用路径探测技术，通过探测器由所述起始点朝向所述终止点不断探测，模拟了微导管在输送过程中与血管壁的相互作用，获得的微导管路径能够符合临床需求；

本申请塑形针的塑形方法，利用获得的微导管路径得到获得塑形针形状，可用于对微导管塑形。

附图说明

图1为本申请一实施例中微导管路径生成方法的流程示意图；

图2为本申请一实施例中获得的微导管路径、以及塑形针形状的示意图；

图3为本申请一实施例中计算机设备的内部结构图。

具体实施方式

传统微导管塑形的学习曲线陡峭、医生的能力提升周期长，而现有的微导管辅助塑形方法得到的结果不确定性较大，造成了临床使用的不便。

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

为解决上述技术问题，参阅图1，本申请一实施例中提供一种微导管路径生成方法，包括步骤S100～步骤S300：

步骤S100，获得带有动脉瘤的颅内血管模型，生成由近端血管入口到远端动脉瘤的中心线，确定中心线近端的起始点、远端的终止点、以及中间的分界点；

步骤S100具体包括步骤S110～步骤S130，其中：

步骤S110，获得颅内血管的医学图像，利用水平集算法对颅内血管医学图像进行分割，利用移动立方体算法(MarchingCubes)对图像进行三维重构，得到颅内血管模型。

步骤S120，对带有动脉瘤的区域进行提取(即感兴趣区域提取)，生成由近端血管入口到动脉瘤的中心线。可以理解，要生成的微导管的路径处于该血管内，远端是指在带有动脉瘤的血管中相对靠近动脉瘤的一端，近端是相对远离动脉瘤的一端。

步骤S130，在中心线上选择关键点，关键点包括近端的起始点、远端的终止点、以及中间的分界点。分界点可以是位于瘤颈位置的点，也可以是瘤腔近端血管中心线上的点，由用户自主选择。

步骤S200，通过探测器由起始点朝向终止点不断探测；步骤S200具体包括步骤S210～步骤230：

本实施例中的微导管路径生成方法基于路径探测技术，通过探测器朝着血管远端进行虚拟探测。探测器是一个虚拟球体，附带的信息包括球心三维坐标、候选向量、探测向量、探测半径以及势能。探测半径例如可以等于候选向量的模。半球的极点位于探测向量方向。为便于表述，本申请实施例将初始的探测器命名为一号探测器，其探测向量命名为第一探测向量；第二个探测器命名为二号探测器，其探测向量命名为第二探测向量。一号探测器和二号探测器可以理解为同一探测器在不同时刻的位置，也可以理解为重新生成的新探测器。

步骤S210，以起始点为向量起点生成单位长度的若干候选向量，各候选向量形成一号探测器；

一号探测器的形成过程包括步骤S211和步骤S212，其中：步骤S211，获得第一探测向量，以第一探测向量为极轴，生成半径为单位长度的半球体；步骤S212，固定第一探测向量的起点，对第一探测向量的终点在半球体表面进行离散处理，获得若干候选向量，各候选向量形成一号探测器。

第一探测向量可作为候选向量的一部分。从生成次序来看，各候选向量根据第一探测向量生成。第一探测向量的大小和方向都可自由指定。具体可采用两种方式指定：由用户以交互的形式指定，是由中心线上任意两个点指定(由相对的近端指向相对的远端)。

离散处理可以按照经纬度来确定第一探测向量终点离散的间距。例如：极点(纬度为90°)处为一个点(即第一探测向量的终点)。按照经度每隔30°离散，分别在纬度为60°、30°以及0°的位置离散十二个点，共计37个点。当然，可以根据计算效率的要求、以及计算准确度对离散点加密或者稀疏。

步骤S220，以一号探测器的其中一个候选向量为指向、以预定步长移动一号探测器，根据一号探测器的指向生成二号探测器；

预定步长例如可以是探测器的探测半径。第二探测向量可作为候选向量的一部分。第二探测向量与第一探测向量的存在意义相似，第二探测向量用于二号探测器，第一探测向量用于生成一号探测器；但二者的区别在于获得的方式不同。

步骤S220具体包括步骤S221～步骤S222，其中：步骤S221，评估一号探测器朝所有候选向量移动后的势能，选择势能最小的为移动的指向；将移动指向确定为第二探测向量的方向，以第二探测向量为极轴，生成半径为单位长度的半球体；步骤S222，固定第二探测向量的起点，对第二探测向量的终点在半球体表面进行离散处理，获得若干候选向量，各候选向量形成二号探测器。

势能包括空间势能、碰撞势能和弯曲势能，势能的计算方式为三者之和。

其中：

空间势能用于描述探测器是否在血管内，如果探测器位于血管管腔内部，则空间势能为0，否则空间势能为1。空间势能的公式为：

其中：表示空间势能。

碰撞势能用于描述探测器与血管壁的距离。如果探测器球心坐标与血管壁的距离大于微导管半径，则碰撞势能为0，否则碰撞势能大于0。在这种情况下，碰撞势能是关于距离的函数。

碰撞势能的公式可以采用公式一或公式二：

公式一：

公式二：

其中；为碰撞势能，d为探测半径，R为微导管半径，n为正整数。可以理解，公式一与公式二有差异，但均可实现碰撞势能的计算。

弯曲势能用于描述微导管受到弯曲而产生的弹性能。微导管在弯曲角度大于90度时势能为1，小于90度时势能为弯曲角度的函数，弯曲势能的公式可以采用公式一或公式二：

公式一：

公式二：

其中，为弯曲势能，α为相邻两个探测器的探测向量之间的夹角，n为正整数。

步骤S300，按照二号探测器相对于一号探测器的生成方式，朝动脉瘤方向不断探测，获得微导管路径。

具体地，后续探测器的探测向量都是由前一个探测器的势能最小的候选向量确定，具体确定方式可以参照二号探测器相对于一号探测器的生成方式。

步骤S300具体包括步骤S310和步骤S320，其中：

步骤S310，监测探测器的当前位置与分界点的距离变化，如果距离增加则停止探测，将停止计算时的探测器的位置作为新分界点；

可以理解，在探测器来朝远端不断前进的过程中，其与原始的分界点的距离会逐渐减少。例如原始的分界点位于瘤颈位置，当探测器与原始的分界点的距离不再递减时，则无须再进行探测。

因为原始分界点一开始是在中心线上选择的，而探测器最终肯定不会刚好到达分界点的位置，往往是在血管壁上。当探测器距离分界点的位置最近的时候就停止继续前进，并且把探测器的位置(例如球心坐标)作为新分界点。

步骤S320，在新分界点和终止点之间进行曲线插值，结合各探测器的探测路径，获得微导管路径。

根据探测器走过的路径，微导管路径可划分为新血管段(经过探测器偏移后的血管段)和新延伸段。其中，起始点至新分界点之间为在正常血管中的新血管段，具体包括探测器经过的球心位置；新分界点与终止点之间形成新血管段末端到瘤腔内部的新延伸段。

曲线插值例如可以是利用贝塞尔曲线或其他曲线在新分界点和终止点之间进行曲线插值，得到新延伸段路径。曲线插值也可以是从新分界点前的探测器球心向终止点插值进行。曲线插值的长度例如可以是探测半径，曲线插值须保证微导管路径的斜率连续。

将新血管段和新延伸段连接，对新血管段以及新延伸段进行路径光滑处理，得到最终的微导管路径。

本实施例中的微导管路径生成方法利用路径探测技术，模拟了微导管在输送过程中与血管壁的相互作用，因此能得到符合临床需求的微导管路径。

应该理解的是，虽然图1的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，图1中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些子步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。

本申请一实施例还提供一种塑形针的塑形方法。即包括步骤S400:对上文各实施例中获得的微导管路径进行微导管过塑计算获得塑形针形状。

本实施例中得到的塑形针形状可用于对微导管塑形。具体包括步骤410～步骤S430。其中：

步骤S410，将获得的微导管路径划分为若干微小的直线段；

步骤S420，计算任意相邻两直线段的的夹角，并结合微导管的固有回弹系数计算过塑角度；

步骤S430，计算任意相邻两直线段的旋转轴，根据过塑角度和旋转轴计算每一个直线段的旋转矩阵；利用旋转矩阵依次对所有直线段进行旋转，得到塑形针形状。

可以理解，塑形针的塑形方法属于对上文各实施例中获得的微导管路径的应用。如图2所示，图2中A线条为生成的中心线，B线条为获得的微导管路径，C线条为生成的塑形针形状。

在一个实施例中，提供了一种计算机设备，该计算机设备可以是服务器，其内部结构图可以如图3所示。该计算机设备包括通过***总线连接的处理器、存储器、网络接口和数据库、显示屏和输入装置。其中，该计算机设备的处理器用于提供计算和控制能力。该计算机设备的存储器包括非易失性存储介质、内存储器。该非易失性存储介质存储有操作***、计算机程序和数据库。该内存储器为非易失性存储介质中的操作***和计算机程序的运行提供环境。该计算机设备的数据库用于存储微导管路径生成方法各步骤中、以及塑形针的塑形方法过程中的数据。该计算机设备的网络接口用于与外部的终端通过网络连接通信。该计算机程序被处理器执行时以实现一种微导管路径生成方法和/或塑形针的塑形方法。

该计算机设备的显示屏可以是液晶显示屏或者电子墨水显示屏，其呈现出三维可视化效果，可以帮助用户方便地塑形。该计算机设备的输入装置可以是显示屏上覆盖的触摸层，也可以是计算机设备外壳上设置的按键、轨迹球或触控板，还可以是外接的键盘、触控板或鼠标等。

用户可以在该计算机设备上对血管模型、微导管的最终路径以及塑形针形状进行三维渲染可视化。用户还可以对塑形针或微导管进行长度与角度的测量，以利于微导管的精准塑形。

在一个实施例中，提供了一种计算机设备，包括存储器和处理器，存储器中存储有计算机程序，该处理器执行计算机程序时实现以下步骤：

步骤S200，通过探测器由起始点朝向终止点不断探测；

在一个实施例中，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：

步骤S200，通过探测器由起始点朝向终止点不断探测；

在一个实施例中，提供了一种计算机程序产品，包括计算机指令，该计算机指令被处理器执行时实现以下步骤：

步骤S200，通过探测器由起始点朝向终止点不断探测；

本实施例中，计算机程序产品包括程序代码部分，以用于当计算机程序产品由一个或多个计算装置执行时，执行本申请各实施例中微导管路径生成方法和/或塑形针的塑形方法的步骤。计算机程序产品可被存储在计算机可读记录介质上。还可经由数据网络(例如，通过RAN、经由因特网和/或通过RBS)提供计算机程序产品以便下载。备选地或附加地，该方法可被编码在现场可编程门阵列(FPGA)和/或专用集成电路(ASIC)中，或者功能性可借助于硬件描述语言被提供以便下载。

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，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器(ROM)、可编程ROM(PROM)、电可编程ROM(EPROM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器(RAM)或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM以多种形式可得，诸如静态RAM(SRAM)、动态RAM(DRAM)、同步DRAM(SDRAM)、双数据率SDRAM(DDRSDRAM)、增强型SDRAM(ESDRAM)、同步链路(Synchlink)DRAM(SLDRAM)、存储器总线(Rambus)直接RAM(RDRAM)、直接存储器总线动态RAM(DRDRAM)、以及存储器总线动态RAM(RDRAM)等。

本申请各实施例可以快速准确地获得一种符合临床需求的微导管塑形方案，通过在自动、实时、准确的微导管塑形辅助软件上进行简单的交互式操作，即可获得塑形针的形状。该方式平坦了微导管塑形的学习曲线，降低了微导管塑形的技术门槛，降低了手术难度，提高了医院对于动脉瘤患者的收治能力；缩短了手术时间，降低了手术成本，减轻了患者的痛苦，具有显著的临床应用价值和广阔的市场前景。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。不同实施例中的技术特征体现在同一附图中时，可视为该附图也同时披露了所涉及的各个实施例的组合例。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims

1.微导管路径生成方法，其特征在于，包括：

按照所述二号探测器相对于所述一号探测器的生成方式，所述探测器朝动脉瘤方向不断探测；

2.根据权利要求1所述的微导管路径生成方法，其特征在于，以所述起始点为向量起点生成单位长度的若干候选向量，各候选向量形成一号探测器，具体包括：

3.根据权利要求1所述的微导管路径生成方法，其特征在于，以所述一号探测器的其中一个候选向量为指向，具体包括：

4.根据权利要求3所述的微导管路径生成方法，其特征在于，所述势能还包括碰撞势能和/或弯曲势能/>，

或/>

其中，d为候选向量的模，R为微导管半径，n为正整数；

或/>；

5.根据权利要求1所述的微导管路径生成方法，其特征在于，以预定步长移动所述一号探测器，根据所述一号探测器的指向生成二号探测器，具体包括：

6.塑形针的塑形方法，其特征在于，包括：

得到如权利要求1所述的微导管路径生成方法获得的微导管路径；

对所述微导管路径进行微导管过塑计算获得塑形针形状。

7.计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序以实现权利要求1～5任一项所述的微导管路径生成方法的步骤。

8.计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现权利要求1～5任一项所述的微导管路径生成方法的步骤。