定位X轴最小值 点和最大值点，Y轴最小值点和最大值点，运4个点对应矩阵tumor、/'中X轴正向与Y轴正 向夹角平分线上的最小值点和最大值点，X轴负向与Y轴正向夹角平分线上的最小值点和 最大值点。按照定位到的8个点在矩阵tumor、/'中的行号，从矩阵tumor"中找到对应的8 个=维坐标点。最后将运8个=维坐标点右乘R的逆矩阵，再加上平移分量T，便得到矩阵 tumor中8个边缘点。将8个肿瘤边缘点逐个按照技术方案第5步方法找到其头皮上的投 影点（图9所示）。多次调整=角形区域顶点位置，可W得到避开血管情况下手术入路最短 的最佳方案。 阳111] 在头皮上得到8个投影点，其所围成的区域就是手术切口位置，其与脑肿瘤的8个边缘点连线所围成的通路就是手术入路。将8个肿瘤边缘点和8个头皮投影点输出，可通 过坐标系变换后输入到手术导航系统中用于指导手术。
【主权项】
1. 一种脑肿瘤手术切口及入路规划方法，其特征在于，包括如下步骤： (1) 获取肿瘤中心点： 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，其中，严，F)表示肿瘤中心点，<xf，.vf，表示肿瘤模型表面第i个 点，η表示肿瘤表面点的总数； (2) 定位头皮上距离最短点： 遍历头皮表面模型上所有点，计算头皮表面点到肿瘤中心点间距离，其中，D表示空间 距离，（xf，yf，<)表示头皮表面第i个点，7，歹）表示肿瘤中心的坐标，最 后定位D最小的头皮点坐标（，XL，将点V〗,,,，与肿瘤中心点（xF，.ζ_τ.)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（孑，到（X1L，Mot，ZiL)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); (3) 定位区域内距离最短点 在头皮上选取三个点构成一个三角形区域，该区域表示肿瘤中心点在头皮上的投影范 围；然后在该三角形区域内找出距离脑肿瘤中心点距离最短的点，并将肿瘤中心点到该距 离最短点形成的向量作为投影基准向量： (3. 1)确定三角形区域内点集 在头皮上避开血管的位置选择三点，分别设为Α、Β和C，采用同向法将头皮表面位于三 角形内部点提取出来： (3. I. 1)以三角形一边AB为分界线，将头皮点分为AB左侧和右侧两个部分,P1为头皮 上一点，计算向量]?5与向量f的叉积Q1，再计算向量3与向量乂^的叉积Q2;将Q1和Q 2 点乘，如果点积大于等于0,则仏和Q 2的夹角为锐角，即点P占 C在AB同侧；如果点积小 于〇,则为钝角，即点Pg C在AB异侧；找出以AB为分界线与C同侧的头皮点为第一阴影 部分； (3. 1. 2)以AC为分界线，将（3. I. 1)中结果分为AC上侧和下侧两个部分；P1S第一阴 影部分任意一点，计算向量:与向量?的叉积E1，再计算出向量f与向量的叉积 E2，接着计算EjP E 2的点积，若点积大于等于0,则E挪E 2的夹角为锐角，点P占 B在AC 同侧；若点积小于〇,则为钝角，点P# B在AC异侧；找出以AC为分界线与B同侧的头皮 点为第二阴影部分； (3. 1. 3)以CB为界线，第二阴影部分分为CB左侧和右侧两个部分；P1S第二阴影部分 任意一点，先计算向量茂与向量丨的叉积U1，再计算出向量gf与向量两啲叉积U2，接 着计算仏和U 2的点积，若点积大于等于0,则U挪U 2的夹角为锐角，P占 A在CB同侧；若 点积小于0,则为钝角，则？1与A在CB异侧；找出以AC为界线跟B同侧的头皮点为第三阴 影部分； (3. 2)在三角形区域内点集中找出一点使得该点到肿瘤中心点的距离最短；从肿瘤中 心点到该点形成的向量作为投影基准向量； (4) 获取肿瘤边缘点 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： (4. 1)设投影基准向量运瓦，Gt位于肿瘤中心，Gs位于头皮上；将点Gt、点G s以及肿 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，使心位于坐标原点；用椭圆形 表示脑肿瘤，带箭头线段表示投影基准向量，三角形表示点Gt，圆形表示点Gs; (4. 2)肿瘤不动，将点Gs从位置I先绕Z轴进行旋转，使得点G s旋转后位于YOZ面内， 其旋转矩阵为R1;然后再绕X轴旋转到位置II，使得旋转后的点G s位于Z轴上，其旋转矩阵 为R2;最终结果投影基准向量^与Z轴重合； (4. 3)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XOY平面投影 R = Ri^R2; (4. 4)将肿瘤表面所有点向XOY平面投影，获得投影点集Sp;从S p中提取8个边缘点 Spl. .. Sps，找到Spl…Sps在肿瘤表面的对应点SySs8作为肿瘤最大轮廓；S pl…Sps中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大值点；另外4个点分别位于 是X轴正向与Y轴正向夹角平分线上的最小值点和最大值点，X轴负向与Y轴正向夹角平 分线上的最小值点和最大值点；位于XOY平面内的空心方块表示spl··· Sps，位于肿瘤表面的 实心方块表不Ssl··· Ss8; (4. 5)将点Gt、点Gs和包含8个边缘点S sl…Ss8的肿瘤表面所有点从位置I先按照旋 转矩阵R的逆矩阵旋转，再按照平移矩阵-T平移到位置II，最后得到原始肿瘤位置的8个 边缘点V sl…V sS; (5) 确定手术切口位置；设计手术入路 将步骤（4)的8个肿瘤边缘点沿着投影基准向量W方向向头皮投影，在头皮上得到 手术切口位置： (5.1)设V S1为8个边缘点V sl…V sS中的第i个，计算V S1到任意头皮上点的 向量，求出该向量与向量夹角的余旋值：其中M，#为两个向量，Cos Θ为?和"夹角的余旋值； (5. 2)找出夹角余旋值接近1的向量集合，并求出这些向量对应的头皮上的点； (5. 3)计算各个点与边缘点V si的距离； (5.4)在计算出的所有距离里面找出最短的距离和其对应在头皮上的点S" S1，则 S" S1就是边缘点V S1沿着方向在头皮上的投影点； (5. 5)按照步骤（5. 1)到步骤（5. 4)计算8个边缘点对应的投影点； (5. 6)求出的8个投影点围成的区域就是脑肿瘤在头皮上的切口位置，肿瘤上的8个边 缘点S' sl~S' sS和头皮上的8个投影点S" sl-S" sS对应连线形成的通路就是手术入 路。
【专利摘要】本发明属于计算机辅助外科领域，具体涉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。本发明包括：获取肿瘤中心点；定位头皮上距离最短点；定位区域内距离最短点：获取肿瘤边缘点；确定手术切口位置；设计手术入路。与其他脑肿瘤在头皮上的定位方法相比较，本发明在有效避开颅内重要组织的情况下，设计的手术入路路径最短，实现最小额外创伤下精确定位切口的要求。
【IPC分类】A61B17/3205, A61B19/00
【公开号】CN105147362
【申请号】CN201510419765
【发明人】栾宽, 李海波, 李金 , 孙小越
【申请人】哈尔滨工程大学
【公开日】2015年12月16日
【申请日】2015年7月17日