[发明专利]肺穿刺手术最优路径规划方法及肺穿刺手术导航系统

说明书

本发明公开一种肺穿刺手术最优路径规划方法，涉及计算机技术领域。该方法包括以下步骤：S1、基于患者术前的CT图像进行肺穿刺手术临床标准的约束性条件定量化分析，并将不满足约束性条件的穿刺手术路径筛除；S2、基于患者术前的CT图像进行肺穿刺手术临床标准的目标性条件定量化分析，并建立基于路径风险的子目标函数；S3、基于上述约束性条件和目标性条件建立最优路径模型，求得最优路径的解集。同时，本发明还公开一种运用上述肺穿刺手术最优路径规划方法规划术前手术路径的肺穿刺手术导航系统。本发明无需人为设定子目标之间的权重参数而求得肺穿刺手术的最优路径解集，避免主观因素干扰，为肺穿刺手术导航提供最优的手术路径引导。

技术领域

本发明属于计算机技术领域，涉及一种肺穿刺手术最优路径规划方法，以及运用上述肺穿刺手术最优路径规划方法规划术前手术路径的肺穿刺手术导航系统。

背景技术

CT(Computed Tomography)是利用精确准直的X线束与灵敏度极高的探测器一同围绕人体的某一部位做一个接一个的断面扫描，以不同的灰度表示器官和组织对X线的吸收程度，例如，在胸部CT图像上，低密度的区域表示气管、肺实质，高密度的区域表示血管、胸腔、骨骼等，具有扫描时间快，图像清晰等特点，可用于多种疾病的检查，为医生观察诊断疾病提供了方便可靠的依据。

肺癌是世界上具有最高死亡率的疾病之一，肺活检是肺部肿瘤定性的金标准。常规的肺活检需要在CT的引导下进行肺穿刺手术以取出活体组织进行病理检查，主要依靠医生经验进行临床操作。由于CT不能在术中实时成像，若要成功取到活体组织，需要对患者进行多次穿刺以及CT扫描确认。肺穿刺手术导航系统可以解决这一问题。而肺穿刺手术导航的操作首先需要基于患者术前的CT图像进行穿刺路径规划，然后将带有规划路径的CT图像空间与患者空间进行配准，从而实现由CT图像和规划穿刺路径引导术中手术的目的，将会大大减少患者所受穿刺次数和放射性辐射，提高手术成功率。

肺穿刺手术的路径规划需要在病人术前的CT图像上确定由皮肤入刺点到肿瘤目标点的路径，用以引导手术导航操作。而路径的选择在临床上有一定的标准，包括肺穿刺手术必需遵守的标准，称为约束性条件，以及衡量肺穿刺手术路径优劣的标准，称为目标性条件。而肺穿刺手术最优路径规划就是基于这些手术标准的多约束多目标优化问题。

目前，对手术路径规划方法的研究已经取得了一些初步成果。一些自动路径规划的方法，可以对多个手术标准赋予不同的权重；一些路径规划的方法是半自动的，需要由外科医生交互进行。但是这些多目标多约束路径优化的方法常常需要按照某种策略确定多目标之间的权衡方式，将多目标问题转换为多个不同的单目标问题，并用这些单目标优化问题的最优解构成的解集去近似多目标问题的最优解。而多个目标的权衡方式均由医生主观设定，因此，采用不同的权衡方式，路径计算的结果可能会完全不同，受主观因素影响较大。此外，这些规划方法多是针对腹部或者头部穿刺手术的路径规划方法，而肺穿刺手术有其特有的临床标准，目前还没有公开一种针对肺穿刺手术的最优路径规划方法。

发明内容

(一)要解决的技术问题

为了解决现有技术的上述问题，本发明提供一种肺穿刺手术最优路径规划方法，该方法无需人为设定子目标之间的权重参数而求得最优路径解集，避免主观因素干扰，为肺穿刺手术导航提供最优的手术路径引导。

本发明还提供一种运用上述肺穿刺手术最优路径规划方法规划术前手术路径的肺穿刺手术导航系统。

(二)技术方案

为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：

一种肺穿刺手术最优路径规划方法，包括以下步骤：

S1、基于患者术前的CT图像进行肺穿刺手术临床标准的约束性条件定量化分析，并将不满足约束性条件的穿刺手术路径筛除；