一种脑肿瘤手术切口及入路规划方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于计算机辅助外科领域，具体设及一种针对脑肿瘤切除手术，利用医学 图像在术前进行切口定位及手术入路规划的脑肿瘤手术切口及入路规划方法。
【背景技术】
[0002] 脑肿瘤是一种神经系统疾病，严重危害人类的生命与健康。治疗脑肿瘤最直接有 效的方法是神经外科手术，但是手术对医生的要求很高，不但要求医生准确切除病灶，而且 还应尽量减小手术切口避免对患者造成额外的创伤。而传统神经外科手术往往依赖医生的 手术经验，难W准确定位、切除病灶，进而容易造成手术入路的偏差，给患者带来额外伤害。 掌握烦内病灶在头皮上的定位技术，是神经外科医生手术操作的基础，同时也关系到手术 操作的难易程度、时间的长短、手术后的治疗效果和并发症等。病灶定位不准确会损伤患者 脑功能区和其他烦内重要组织或造成肿瘤的不完全切除。因此，烦内病灶的头皮切口定位 是神经外科手术的一个重要问题。
[0003] 各种病灶在头皮上的定位方法的基础为神经影像学。影像学引导定位的方法有二 种：直接引导定位法和计算机辅助定位法。直接引导定位是根据CT/MRI图像所显示的烦 内病灶二维信息，结合各种定位标志系统，将病灶定位于头皮上。计算机辅助定位法是用计 算机将一系列CT/MRI的断层图像相互叠加，形成烦内病灶的=维重建图像，辅助烦外定位 标志系统，进行病灶的头皮定位。
[0004] 脑肿瘤准确切除的关键技术在于准确定位脑肿瘤在头皮上的位置，从而确定切口 位置和设计手术入路。烦内病灶在头皮上的定位原则是精确和微创，精确是指在头皮上定 位切口和设计手术入路方向要考虑烦骨的曲度，而且使病灶到头皮上的定位区域距离最 近，即路径最短。微创是指在治疗疾病的同时，应尽可能的避开烦内重要组织，W防损伤烦 内重要功能区，给患者带来额外伤害。 阳〇化]目前，国内外病灶定位的方法主要有头皮标记物定位法、烦内解剖标志测量定位 法、立体定向仪框架定位法、无框架导航定位法。本发明属于烦内解剖标志测量定位法范 畴，目前烦内解剖标志测量定位法主要存在W下问题：
[0006] 1.烦内解剖标志测量定位法没有考虑烦骨的曲度，很难使病灶到定位的头皮区域 手术路径最短。
[0007] 2.手术入路规划没有考虑烦内重要组织。
[0008] 针对W上问题，本发明在有效避开烦内重要组织的情况下，获得病灶在头皮上的 最短投影，W准确定位出最佳切口位置和切口大小，进而规划出手术入路。
【发明内容】
[0009] 本发明的目的是为了将烦内病灶准确定位在头皮上，获得最佳的手术切口及手术 入路，同时避开烦内重要组织，避免对患者造成二次伤害的，对烦内解剖标志测量定位法进 行深入研究，提出一种在有效避开烦内重要组织的情况下，准确将病灶定位在头皮上，并且 手术入路最短的脑肿瘤手术切口及入路规划方法。
[0010] 本发明的目的是运样实现的： W11] (1)获取肿瘤中屯、点：
[0012] 分别计算出肿瘤模型表面所有点的X坐标、Y坐标、Z坐标的平均值，
[0016] 其中，（户，/ ,zf)表示肿瘤中屯、点，^、,『，>f，蛛）表示肿瘤模型表面第i 个点，n表示肿瘤表面点的总数；
[0017] (2)定位头皮上距离最短点：
[001引遍历头皮表面模型上所有点，计算头皮表面点到肿瘤中屯、点间距离，其中，D表示 空间距离，（婷，接，.讀 > 表示头皮表面第i个点，（？，/，7 ):表示肿瘤中必的坐 标，最后定位D最小的头皮点坐标（.，2完。)；
[0019]
[0020] 将点（4"，说zf,")与肿瘤中屯、点（7,I?，7)连线并显示，判断血管模 型是否在该连线上；如果血管不在该连线上，则将（？，7，？）到（诚,，，城。，瑞") 的向量作为投影基准向量，并执行步骤（4);如果有血管在该连线上，执行步骤（3);
[0021] (3)定位区域内距离最短点
[0022] 在头皮上选取=个点构成一个=角形区域，该区域表示肿瘤中屯、点在头皮上的投 影范围；然后在该S角形区域内找出距离脑肿瘤中屯、点距离最短的点，并将肿瘤中屯、点到 该距离最短点形成的向量作为投影基准向量：
[0023] (3. 1)确定S角形区域内点集
[0024] 在头皮上避开血管的位置选择=点，分别设为A、B和C，采用同向法将头皮表面位 于=角形内部点提取出来： 阳0巧](3. 1. 1) 角形一边AB为分界线，将头皮点分为AB左侧和右侧两个部分，Pi为 头皮上一点，计算向量与向量的叉积Qi，再计算向量与向量的叉积〇2;将Qi 和〇2点乘，如果点积大于等于0,则Q郝Q2的夹角为锐角，即点P1与C在AB同侧；如果点 积小于0,则为纯角，即点Pi与C在AB异侧；找出WAB为分界线与C同侧的头皮点为第一 阴影部分；
[0026] (3. 1.。WAC为分界线，将化1. 1)中结果分为AC上侧和下侧两个部分；Pi为第 一阴影部分任意一点，计算向量与向量盈的叉积El，再计算出向量贡与向量的 叉积E2,接着计算E郝E2的点积，若点积大于等于0,则E1和E2的夹角为锐角，点P1与B在AC同侧；若点积小于0,则为纯角，点Pi与B在AC异侧；找出WAC为分界线与B同侧的头 皮点为第二阴影部分；
[0027] (3. 1. 3)WCB为界线，第二阴影部分分为CB左侧和右侧两个部分；Pi为第二阴影 部分任意一点，先计算向量巧与向量的叉积Ui，再计算出向量石i.与向量瑪的叉积 &，接着计算Ui和U2的点积，若点积大于等于0,则U郝U2的夹角为锐角，P1与A在CB同 侦h若点积小于0,则为纯角，则Pi与A在CB异侧；找出WAC为界线跟B同侧的头皮点为 第=阴影部分；
[0028] (3. 2)在S角形区域内点集中找出一点使得该点到肿瘤中屯、点的距离最短；从肿 瘤中屯、点到该点形成的向量作为投影基准向量；
[0029] (4)获取肿瘤边缘点
[0030] 从脑肿瘤模型表面点中选取8个边缘点，要求其沿着投影基准向量方向向头皮投 影形成的通路能完全涵盖肿瘤：
[00川 （4. 1)设投影基准向量雨，Gt位于肿瘤中心Gs位于头皮上；将点Gt、点GsW 及肿瘤模型表面点一起按照平移矩阵T从位置I平移到位置II，使Gt位于坐标原点；用楠 圆形表示脑肿瘤，带箭头线段表示投影基准向量，=角形表示点Gt，圆形表示点Gs; 阳0巧（4.。肿瘤不动，将点Gs从位置I先绕Z轴进行旋转，使得点GS旋转后位于Y0Z面 内，其旋转矩阵为Ri;然后再绕X轴旋转到位置II，使得旋转后的点GS位于Z轴上，其旋转 矩阵为R2;最终结果投影基准向量召;召：与Z轴重合； 阳03引（4.如将肿瘤表面点右乘旋转矩阵R进行变换，得到肿瘤表面点目标位置；由于变 换后的投影基准向量与Z轴重合，肿瘤表面点沿投影基准向量投影即是向X0Y平面投影
[0034]R=而*尺2;
[0035](4. 4)将肿瘤表面所有点向X0Y平面投影，获得投影点集Sp;从SP中提取8个边缘 点Spi...Sps，找到Spi...Sp巧肿瘤表面的对应点Sd...S,s作为肿瘤最大轮廓；Spi...Sp冲4个点分 别是X坐标的最小值点和最大值点、Y坐标的最小值点和最