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申请/专利权人：苏州盛星医疗器械有限公司

摘要：本申请涉及医学图像处理技术领域，为一种手术导航技术，具体涉及一种穿刺设备引导方法及装置。本申请实施例提供的技术方案中，通过采集待穿刺目标的实时图像，并通过对实时图像进行三维重建以及坐标系转换，将重建后的三维模型与现实场景中待穿刺目标位置进行三维模型成像，并且基于成像后的三维模型产生穿刺路径以及穿刺策略，并根据穿刺路径和穿刺策略引导穿刺操作者进行穿刺作业。本申请实施例提供的技术方案能够辅助穿刺操作者进行精准的穿刺作业，降低了穿刺操作者的作业压力。

主权项：1.一种穿刺设备引导方法，其特征在于，应用于穿刺系统，所述穿刺系统包括穿刺部、图像采集部、虚拟成像部和服务器；所述图像采集部用于采集目标对象的二维图像，所述二维图像包括超声图像、MRI图像和CT图像中的任意一种；所述虚拟成像部用于对接收到的图像进行第一视角成像并采集目标区域内的实时图像，所述目标区域包含穿刺部所在位置；所述方法应用于所述服务器，所述方法包括：接收所述二维图像，并对所述二维图像进行图像预处理和分割，并将所述二维图像通过对三维体数据场进行转换实现三维重建，得到所述目标对象的虚拟三维图像，所述二维图像上包含多个穿刺标记点；其中，所述对所述二维图像进行图像预处理和分割，包括：采用Canny边缘检测算法进行分割，对有效部分进行标记和提取；假设像素点的坐标值为x,y，则该像素点的梯度在x方向上表示为Gxx,y，在y方向上表示为Gyx,y，该像素点的幅值Mx,y和边缘方向θx,y的计算公式如下： 采用非极大值对上一步的梯度进行抑制，以获得二维图像上的边缘像素点；根据高、低两种阈值对像素点进行筛选，判断是否为边缘像素点，若是，则保存；不是则舍弃；对二维图像目标区域周围的弱边缘进行处理；首先判断弱边缘周围是否存在强边缘，如果存在就将此弱边缘与周围的强边缘相连接，对此像素点进行保存，将其确定为边缘像素点；如果不存在就将此像素点去除；所述将所述二维图像通过对三维体数据场进行转换实现三维重建，得到所述目标对象的虚拟三维图像，包括：获取至少两个所述二维图像形成二维序列图像，并在所述二维序列图像中提取出呈离散状态的三维体数据场，并基于所述三维体数据场获取多个体素，以及多个所述体素对应顶点的初始值；建立光学照射模型向预设的三维空间进行光线模拟照射，在预设的三维空间内以每个像素为起始，以不断变化的时间间隔来收集三维信息；获取靠近所述光学照射模型入射光最近多个采样点的多个体素的颜色及其相应的不透光程度，对每个所述采样点的状态进行估计；并通过所述三维空间从左到右、从右到左的排列方式，来确定每个图像元素的亮暗程度以及它们的不透光程度；通过计算每个像素点的值得到虚拟三维图像；其中，所述基于所述三维体数据场获取多个体素，以及多个所述体素对应顶点的初始值，包括：对所述三维体数据场进行分层，提取相邻两层图像中的数据信息并构建体素模型，所述体素模型为具有八个定点的正方体结构；基于所述体素模型，分别求解其中每个数据点的函数值；基于虚拟三维图像坐标系到虚拟成像部坐标系转换，并将所述虚拟三维图像以第一视角在所述虚拟成像部成像；获取所述穿刺部的实时图像，并将所述实时图像通过三维体数据场进行转换实现三维重建，得到与所述穿刺部关联的虚拟穿刺部，并将所述虚拟穿刺部转换至所述穿刺部；基于多个所述穿刺标记点的位置以及所述虚拟穿刺部的位置确定穿刺路径，并将所述穿刺路径以第一视角在所述虚拟成像部成像；所述基于多个所述穿刺标记点的位置以及所述虚拟穿刺部的位置确定穿刺路径，包括：基于所述虚拟穿刺部的当前坐标以及所述穿刺标记点的坐标确定多个穿刺路径并通过不同颜色表示，在多个所述穿刺路径中确定最优穿刺路径并进行高亮表示，基于所述最优穿刺路径生成穿刺策略，并基于所述穿刺策略引导所述虚拟穿刺部进行移动，引导移动穿刺部使末端接近预设路径的入针点；在多个所述穿刺路径中确定最优穿刺路径包括：针对于获取到的穿刺路径，基于约束条件进行选择，其中针对于约束条件基于穿刺活检所经过的器官组织分为骨骼规避约束条件、穿刺针可达作业范围约束和穿刺角度的约束条件；其中，针对于骨骼规避约束条件为：在穿刺表面上所有的点的集合为P，P集合中任意点Ox,y,z与穿刺标记点中心所在的目标点Tx0,y0,z0能够确定穿刺路径的方向向量为Ji,j,k为： 逐个从点O沿方向向量J的方向搜索穿刺路径上的节点，下一个点不是骨骼则搜索过程继续；若下一个点是骨骼则停止搜索，继续下一个节点；如果搜索过程一直持续到了目标节点，则证明此穿刺路径上无骨骼阻挡，该穿刺路径满足骨骼避障约束条件；穿刺针可达作业范围约束条件为：假设在穿刺表面上所有的点的集合为P，P集合中任意点Ox,y,z与穿刺标记点中心所在的目标点之间的间距为d： 穿刺角度的约束条件为：为了计算最优穿刺路径与表面穿刺夹角，首先计算经过穿刺路径与穿刺表面实质交点的表面法向量，再根据穿刺路径的方向向量与两个表面法向量来计算相应的进针角度；其中针对于穿刺表面的平面方程为：a·x-x1+b·y-y1+c·z-z1＝0，其中Na,b,c为穿刺表面上穿刺针进入点px1,y1,z1处的法向量，a2+b2+c2＝1；穿刺路径的方向向量Ji,j,k，则有经穿刺点的路径与皮肤平面法向量夹角为： 因此穿刺点处的路径与穿刺平面的夹角应为α＝90°-α’；在满足约束条件的多个穿刺路径中，确定一条最优的穿刺路径包括：基于切比雪夫距离进行确定，具体的基于下式表示：Dp,q＝maxpi-qi，其中p和q分别是穿刺部点和穿刺标记点，其坐标分别为pi和qi；所述基于所述最优穿刺路径生成穿刺策略，并基于所述穿刺策略引导所述虚拟穿刺部进行移动，包括：获取所述虚拟穿刺部的实时穿刺坐标，并基于所述实时穿刺坐标确定所述虚拟穿刺部与所述穿刺标记点的相对距离，基于所述相对距离确定移动距离，并根据不同移动距离进行不同颜色表示进行引导；并基于所述穿刺标记点的标签信息获取目标穿刺角度，并获取所述虚拟穿刺部的实时姿态数据，基于所述目标穿刺角度与所述实时姿态数据确定调姿信息。

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