专利名称：经皮穿刺的手术规划方法及其系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及医学技术领域，尤其涉及一种经皮穿刺的手术规划方法及其系统。
背景技术：
医学图像数据是指从X光机、超声、CT机和核磁共振等影像设备获取的图像或图像系列，获取医学图像数据的意义不仅在于准确定位病灶，更在于揭示因人而异的脏器/血管的解剖结构以及它们与病灶的关系。医学图像数据处理的目的是为医疗诊断、手术规划、手术模拟和手术规划等活动提供依据，常见的处理手段有图像增强、体绘制、图像分割、 图像配准、图像融合、三维重建、虚拟现实等。随着现代外科技术向着精准化和微创化方向发展，对基于医学图像数据进行诊断和手术规划的要求也越来越高。在骨科领域，传统的手术规划方式是根据X光片对目标骨骼区域诊断，并用白纸勾勒出骨骼形状，裁剪拼接白纸以得到大致的术后效果图。2011年解放军总医院主办的“首届国际精准肝脏外科研讨会暨2011中国国际肝胆外科论坛”中指出“在现代科技支撑下，目前，肝胆外科已步入了精准外科时代”，就是说在肝脏、胆道的手术中，在精确切除病灶的同时，应该尽量多的保留正常组织器官，最大程度的保证患者愈后的生理功能和生活质量。外科技术精准化、微创化的发展要求手术前对病灶及周围组织的形态、关系精确掌握，例如肝脏肿瘤切除手术，只有在术前了解门静脉、肝静脉与肿瘤的关系以及肿瘤所在的肝段，才能详细规划手术入路、切除部位、术中应急手段。总的来说，利用前沿计算机技术进行医学图像处理，揭示因人而异的脏器/血管的解剖结构以及它们与病灶的关系，是预先提供手术过程关键信息的有效手段。经皮穿刺技术的一个重要步骤是建立从皮肤到病灶的穿刺路径，然而目前尚缺乏能有效的在术中同时观察穿刺器械和患者内部结构的技术设备，医生需要凭借自己的经验去判断刺入点和角度，常有刺入后达不到目标病灶的情况发生，而且还可能在穿刺中破坏大血管或邻近脏器。现在一些医生借助C臂机或超声来进行术中穿刺引导，但难以提供三维全景式的图像信息，操作上也较为麻烦。在发明名称为“一种具有生理功能的人体肾脏计算机三维模型构建方法”公开号为CN 101582172A的中国专利中，提供了基于连续断面彩色图像重建肾脏三维模型，在三维模型上进行一些生理功能的计算机仿真。该专利实现了肾脏生理功能的计算机仿真，并不运用于手术临床，该专利使用的连续断面彩色图像是对真实器官剖面拍照获取的，难于应用于临床手术的指导和术前准备。综上可知，现有的经皮穿刺的手术技术在实际使用上，显然存在不便与缺陷，所以有必要加以改进。
发明内容
针对上述的缺陷，本发明的目的在于提供一种经皮穿刺的手术规划方法及其系统，以使用户可以通过虚拟的穿刺器械反复进行皮肤穿刺操作，准确获取患者皮肤刺入点，角度和穿刺路径。为了实现上述目的，本发明提供一种经皮穿刺的手术规划方法，所述方法包括如下步骤
A、获取患者的医学图像数据；B、根据所述医学图像数据重建所述患者的相关器官和/或组织和/或病灶的三维模型；C、采用虚拟的穿刺器械在所述三维模型上确定经皮穿刺的手术操作过程。根据所述的手术规划方法，所述步骤B包括BI、采用医学图像分割算法在所述医学图像数据中将感兴趣的器官和/或组织和/或病灶目标区域提取出来；B2、采用三维重建算法将所述已经提取出来的器官和/或组织和/或病灶进行三维模型重建，获得对应的三维模型；B3、采用所述三维模型构建全景式的三维可视化场景。根据所述的手术规划方法，所述步骤BI包括BH、从所述医学图像数据对应的医学图像横断面的中部梯度场边缘向内搜索；B12、将在所述搜索的过程中获得的第一个高梯度点作为种子点进行轮廓跟踪，提取出所述医学图像中皮肤上所有点的集合；和/或B13、将所述医学图像中在预设阈值以上的区域全部提取出来，获得除空气以外整个患者身体的二值图像；B14、进行闭运算以填充所述二值图像中气管、食道的缝隙；B15、以所述患者身体内部任意一点作为种子点区域增长，提取出所述皮肤包围的整个空间区域。根据所述的手术规划方法，所述步骤BI包括B16、对所述患者器官的医学图像进行边缘增强的预处理；B17、在所述预处理后的医学图像中，选取多个种子点进行区域增长获得初始分割域；B18、在所述预处理后的医学图像中，结合水平集速度函数和边缘图像迭代更新速度函数，进行水平集函数演化，提取出目标脏器；和/或B19、在所述医学图像数据对应的医学图像的血管区域选择系列种子点；B20、调节阈值上、下限或增加、删除所述种子点进行调整；或者显示灰度直方图或特定路径上的灰度分布图，通过所述灰度直方图或特定路径上的灰度分布图确定所述阈值上、下限；B21、根据所述阈值增长结果准确地提取目标区域。根据所述的手术规划方法，所述经皮穿刺的手术操作过程包括经皮穿刺的皮肤刺入点、角度以及穿刺路径；所述步骤C之后包括D、存储所述经皮穿刺的皮肤刺入点、角度以及穿刺路径信息。为了实现本发明的另一发明目的，本发明还提供了一种经皮穿刺的手术规划系统，所述系统包括
获取模块，用于获取患者的医学图像数据；三维模型建立模块，用于根据所述医学图像数据重建所述患者的相关器官和/或组织和/或病灶的三维模型；虚拟模块，用于采用虚拟的穿刺器械在所述三维模型上确定经皮穿刺的手术操作过程。
根据所述的手术规划系统，所述三维模型建立模块包括提取子模块，用于采用医学图像分割算法在所述医学图像数据中将感兴趣的器官和/或组织和/或病灶目标区域提取出来；三维模块建立子模块，用于采用三维重建算法将所述已经提取出来的器官和/或组织和/或病灶进行三维模型重建，获得对应的三维模型；场景构建子模块，用于采用所述三维模型构建全景式的三维可视化场景。根据所述的手术规划系统，所述提取子模块包括搜索单元，用于从所述医学图像数据对应的医学图像横断面的中部梯度场边缘向内搜索；第一提取单元，用于将在所述搜索的过程中获得的第一个高梯度点作为种子点进行轮廓跟踪，提取出所述医学图像中皮肤上所有点的集合；和/或第二提取单元，用于将所述医学图像中在预设阈值以上的区域全部提取出来，获得除空气以外整个患者身体的二值图像；填充单元，用于进行闭运算以填充所述二值图像中气管、食道的缝隙；第三提取单元，用于以所述患者身体内部任意一点作为种子点区域增长，提取出所述皮肤包围的整个空间区域。根据所述的手术规划系统，所述提取子模块包括预处理单元，用于对所述患者器官的医学图像进行边缘增强的预处理；选取单元，用于在所述预处理后的医学图像中，选取多个种子点进行区域增长获得初始分割域；第四提取单元，用于在所述预处理后的医学图像中，结合水平集速度函数和边缘图像迭代更新速度函数，进行水平集函数演化，提取出目标脏器；和/或选择单元，用于在所述医学图像数据对应的医学图像的血管区域选择系列种子占.调整单元，用于调节阈值上、下限或增加、删除所述种子点进行调整；或者显示灰度直方图或特定路径上的灰度分布图，通过所述灰度直方图或特定路径上的灰度分布图确定所述阈值上、下限；第五提取单元，用于根据所述阈值增长结果准确地提取目标区域。根据所述的手术规划系统，所述经皮穿刺的手术操作过程包括经皮穿刺的皮肤刺入点、角度以及穿刺路径；所述手术规划系统还包括存储模块，用于存储所述经皮穿刺的皮肤刺入点、角度以及穿刺路径信息。本发明通过获取患者的医学图像数据；根据所述医学图像数据重建所述患者的相关器官和/或组织和/或病灶的三维模型；采用虚拟的穿刺器械在所述三维模型上确定经皮穿刺的手术操作过程。因此，本发明基于医学图像数据准确重建出各种器官/组织的三维模型，提供三维全景式的可视化场景，医生可以在计算机上用虚拟的穿刺器械反复进行穿刺，制订精准的个性化手术方案。由于本发明是手术前采集患者的医学图像数据，在计算机中进行手术规划，相较术中影像导航的穿刺技术而言，实施成本低，使用方便。另外医生在虚拟场景中反复试验寻找最优方案，降低了患者面临的危险。手术方案可存储在笔记本电脑/平板电脑中，手术过程中可以随时再现以备参考和改进，为实际手术提供丰富的参考信息。
图I是本发明第一实施例提供的经皮穿刺的手术规划系统结构图；
图2是本发明第二实施例提供的经皮穿刺的手术规划系统结构图；图3是本发明第三、四、五实施例提供的经皮穿刺的手术规划系统结构图；图4是本发明第六实施例提供的经皮穿刺的手术规划方法流程图；图5是本发明一个实施例提供的经皮穿刺的手术规划效果图；图6是本发明一个实施例提供的经皮穿刺的手术规划效果图。
具体实施例方式为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。参见图1，在本发明的第一实施例中，提供了一种经皮穿刺的手术规划系统100，所述系统100包括获取模块10，用于获取患者的医学图像数据；三维模型建立模块20，用于根据所述医学图像数据重建所述患者的相关器官和/或组织和/或病灶的三维模型；虚拟模块30，用于采用虚拟的穿刺器械在所述三维模型上确定经皮穿刺的手术操作过程。在该实施例中，基于手术前由获取模块10获取的患者医学图像数据，三维模型建立模块20通过医学图像分割、三维重建等技术准确重建出个性化的器官/组织的三维模型，提供三维全景式的可视化场景，医生可以在计算机上通过虚拟模块30用虚拟的穿刺器械反复进行穿刺，观察是否会破坏大血管或邻近脏器，最终确定皮肤刺入点，角度和穿刺路径，制定精准的个性化手术方案。参见图2，在本发明的第二实施例中，三维模型建立模块20包括提取子模块21，用于采用医学图像分割算法在所述医学图像数据中将感兴趣的器官和/或组织和/或病灶目标区域提取出来；其中，医学图像分割是将图像感兴趣的器官/组织/病灶等目标区域提取出来的过程。医学图像分割是医学图像处理的关键步骤，分割结果是三维重建、手术模拟、手术训练等众多运用的基础。三维模块建立子模块22，用于采用三维重建算法将所述已经提取出来的器官和/或组织和/或病灶进行三维模型重建，获得对应的三维模型；
场景构建子模块23，用于采用所述三维模型构建全景式的三维可视化场景。在该实施例中，通过提取子模块21采用医学图像分割算法在所述医学图像数据中将感兴趣的器官和/或组织和/或病灶目标区域提取出来；三维模块建立子模块22采用三维重建等技术准确重建出个性化的器官/组织的三维模型。三维模块建立子模块22基于上述已经提取出来的器官/组织，可采用多种经典的三维重建算法得到对应的三维模型，这些算法包括但不限于移动立方体算法、单元层次划分算法、泊松重建算法、双等值面算法，不同的算法适用于不用的运用需求。最后，场景构建子模块23提供三维全景式的可视化场景。场景构建子模块23用上述三维重建得到器官/组织的三维模型构建全景式的三维可视化场景。全景式是指操作者可以从任意角度观察，可以任意调节每一个三维模型的颜色、透明度，以获得满意的观察效果。 参见图3，在本发明的第三实施例中，提取子模块21包括搜索单元211，用于从所述医学图像数据对应的医学图像横断面的中部梯度场边缘向内搜索；第一提取单元212，用于将在所述搜索的过程中获得的第一个高梯度点作为种子点进行轮廓跟踪，提取出所述医学图像中皮肤上所有点的集合；和/或第二提取单元213，用于将所述医学图像中在预设阈值以上的区域全部提取出来，获得除空气以外整个患者身体的二值图像；填充单元214，用于进行闭运算以填充所述二值图像中气管、食道的缝隙；第三提取单元215，用于以所述患者身体内部任意一点作为种子点区域增长，提取出所述皮肤包围的整个空间区域。在该实施例中，设计了一种全自动的皮肤分割算法。若仅仅需要把皮肤分割出来，考虑到医学图像中皮肤的梯度比较高，而且处于身体的最外层，仅在底部存在挡板影像干扰，使用下述步骤a)第一提取单元212从医学图像横断面的中部梯度场边缘向内搜索。b)第一提取单元212以获得的第一个高梯度点作为种子点进行轮廓跟踪，提取出皮肤上所有点的集合。若需要将皮肤包围的整个空间区域分割出来，则可使用下述步骤a)第二提取单元213采用阈值提取方法将医学图像一定阈值以上的区域全部提取出来，即得到除空气以外整个身体的二值图像。b)填充单元214使用形态学方法进行闭运算以填充气管、食道的缝隙。c)第三提取单元215以身体内部任意一点作为种子点区域增长提取出皮肤包围的整个空间区域。参见图3，在本发明的第四实施例中，提取子模块21包括预处理单元216，用于对所述患者器官的医学图像进行边缘增强的预处理；选取单元217，用于在所述预处理后的医学图像中，选取多个种子点进行区域增长获得初始分割域；由于医学图像本身有伪影、噪声，分辨率和成像质量受设备和影像科医生经验限制，不同脏器的灰度接近或交叉，分割非常困难，经典的计算机分割算法往往不能满足需要，必须与医学背景知识相结合。这里采用手动选取种子点的方式来输入医学背景知识；
第四提取单元218，用于在所述预处理后的医学图像中，结合水平集速度函数和边缘图像迭代更新速度函数，进行水平集函数演化，提取出目标脏器；和/或选择单元219，用于在所述医学图像数据对应的医学图像的血管区域选择系列种子点；调整单元220，用于调节阈值上、下限或增加、删除所述种子点进行调整；或者显示灰度直方图或特定路径上的灰度分布图，通过所述灰度直方图或特定路径上的灰度分布图确定所述阈值上、下限；第五提取单元221，用于根据所述阈值增长结果准确地提取目标区域。在该实施例中，对于脏器的分割设计了一种半自动器官分割算法。脏器分割的难点在于模糊边缘问题，这里通过增加边缘以及交互式编辑初始分割域，解决了医学图像中脏器模糊边缘的问题，具体的说使用下述步骤进行分割 a)预处理单元216对器官的医学图像进行边缘增强的预处理。b)选取单元217在预处理后的医学图像中选取多个种子点进行区域增长得到初始分割域，用户可增加或删除种子点来交互的调整初始分割域。c)第四提取单元218结合水平集速度函数和边缘图像迭代更新速度函数，进行水平集函数演化，最终提取出目标脏器。对于脉管/骨骼的分割本实施例中设计了的半自动脉管分割算法，使用下述步骤a)选择单元219在医学图像的血管区域选择系列种子点。b)调整单元220然后调节阈值上、下限或增加、删除种子点进行调整，算法实时显示相应的阈值增长结果。也可以将灰度直方图或特定路径上的灰度分布图提供给操作者参考，更直观的确定所述阈值上、下限。这里的阈值上、下限是阈值增长方法的输入参数，阈值增长结果的所有点的灰度值都会限定在上述阈值上、下限的范围内。c)第五提取单元221根据最终确定的阈值增长结果准确地提取目标区域。在本发明的第五实施例中，所述经皮穿刺的手术操作过程包括经皮穿刺的皮肤刺入点、角度以及穿刺路径；参见图3，手术规划系统100还包括存储模块40，用于存储所述经皮穿刺的皮肤刺入点、角度以及穿刺路径信息。在该实施例中，在计算机上通过虚拟模块30用虚拟的穿刺器械反复进行穿刺，观察是否会破坏大血管或邻近脏器，最终确定皮肤刺入点，角度和穿刺路径，制定精准的个性化手术方案。上述器官/组织的三维模型和穿刺模型的位置，皮肤刺入点，角度和穿刺路径等关键信息由存储模块40存储在笔记本电脑/平板电脑中，手术过程中可以随时再现上述个性化的手术方案，以备医生随时参考或改进。本发明使医生可以反复试验寻找最优方案，降低了患者面临的危险。参见图4，在本发明的第六实施例中，提供了一种经皮穿刺的手术规划方法，所述方法包括如下步骤步骤S401中，获取患者的医学图像数据；该步骤由获取模块10实现；步骤S402中，根据所述医学图像数据重建所述患者的相关器官和/或组织和/或病灶的三维模型；该步骤由三维模型建立模块20实现；步骤S403中，采用虚拟的穿刺器械在所述三维模型上确定经皮穿刺的手术操作过程；该步骤由虚拟模块30实现。其中，所述经皮穿刺的手术操作过程包括经皮穿刺的皮肤刺入点、角度以及穿刺路径；此外，所述步骤S403之后包括存储所述经皮穿刺的皮肤刺入点、角度以及穿刺路径信息的步骤。该步骤由存储模块40实现。在该实施例中，提供了一种基于医学图像分割、三维重建和 虚拟现实等技术的经皮穿刺手术规划模拟方法。提供直观、信息丰富的图形图像以辅助医生进行诊断和个性化手术方案的规划。具体的提出经皮穿刺的手术规划整体方案；为提取出各种器官/组织设计三种自动或半自动分割算法；提供全景式的三维可视化场景反复穿刺，寻找最优手术方案的方法，方便医生操作和学习，提高手术成功率。在本发明的第七实施例中，所述步骤S402包括BI、采用医学图像分割算法在所述医学图像数据中将感兴趣的器官和/或组织和/或病灶目标区域提取出来；该步骤由提取子模块21实现；B2、采用三维重建算法将所述已经提取出来的器官和/或组织和/或病灶进行三维模型重建，获得对应的三维模型；该步骤由三维模块建立子模块22实现；B3、采用所述三维模型构建全景式的三维可视化场景；该步骤由场景构建子模块23实现。具体的,所述步骤BI包括B11、从所述医学图像数据对应的医学图像横断面的中部梯度场边缘向内搜索；该步骤由搜索单元211实现；B12、将在所述搜索的过程中获得的第一个高梯度点作为种子点进行轮廓跟踪，提取出所述医学图像中皮肤上所有点的集合；该步骤由第一提取单元212实现；通过上述两个步骤可以仅将皮肤分割出来。和/或B13、将所述医学图像中在预设阈值以上的区域全部提取出来，获得除空气以外整个患者身体的二值图像；该步骤由第二提取单元213实现；B14、进行闭运算以填充所述二值图像中气管、食道的缝隙；该步骤由填充单元214实现；B15、以所述患者身体内部任意一点作为种子点区域增长，提取出所述皮肤包围的整个空间区域；该步骤由第三提取单元215实现；通过上述三个步骤可以将皮肤包围的整个区间分割出来。和/或B16、对所述患者器官的医学图像进行边缘增强的预处理；该步骤由预处理单元216实现；B17、在所述预处理后的医学图像中，选取多个种子点进行区域增长获得初始分割域；该步骤由选取单元217实现；B18、在所述预处理后的医学图像中，结合水平集速度函数和边缘图像迭代更新速度函数，进行水平集函数演化，提取出目标脏器；该步骤由第四提取单元218实现；通过上述三个步骤可以将脏器分割出来。和/或B19、在所述医学图像数据对应的医学图像的血管区域选择系列种子点；该步骤由选择单元219实现；B20、调节阈值上、下限或增加、删除所述种子点进行调整；或者显示灰度直方图或特定路径上的灰度分布图，通过所述灰度直方图或特定路径上的灰度分布图确定所述阈值上、下限；该步骤由调整单元220实现；B21、根据所述阈值增长结果准确地提取目标区域；该步骤由第五提取单元221实现。通过上述三个步骤可以将脉管/骨骼分割出来。参见图5，在本发明的一个实施例中，提供了胆结石的取石穿刺手术规划方法I)获取模块10用医学影像设备获取患者的图像数据；2)三维模型建立模块20把上述医学图像数据导入计算机中，使用皮肤分割算法提取皮肤，使用器官分割算法提取结石、肝、胆、胰，使用脉管/骨骼分割算法提取门静脉、肝静脉、动脉；使用移动立方体三维重建算法，根据提出来的皮肤、结石、肝、胆、胰、门静脉、肝静脉、动脉构建对应的三维模型； 3)虚拟模块30用上述器官/组织的三维模型构建全景式的三维可视化场景，为每一个三维模型设置不同的颜色，皮肤的透明度设置为20，肝脏的透明度设置为50，胆道的透明度设置为70，从而将结石暴露出来；使用模拟的穿刺器械由右上腹部刺入，避开门静脉和动脉到达结石部位，计算机自动计算出穿刺角度和深度，确定穿刺路径；4)存储模块40将上述全景式的三维可视化场景和皮肤刺入点，角度和穿刺路径等关键信息存储在笔记本电脑/平板电脑中，手术过程中可以随时再现上述个性化的手术方案，以备医生随时参考或改进。而本实施例使用的灰度图象是X光机、超声、CT机和核磁共振等影像设备输出的，分割和三维重建的技术方法与现有的彩色图像的实施是不同。参见图6，在本发明的一个实施例中，提供了肾囊肿的穿刺手术规划方法I)获取模块10用医学影像设备获取患者的图像数据；2)三维模型建立模块20把上述医学图像数据导入计算机中，使用皮肤分割算法提取皮肤，使用器官分割算法提取肾、囊肿，使用脉管/骨骼分割算法提取腹主动脉、脊椎及肋骨；使用移动立方体三维重建算法，根据提出来的皮肤、肾、囊肿、腹主动脉、脊椎及肋骨构建对应的三维模型；3)虚拟模块30用上述器官/组织的三维模型构建全景式的三维可视化场景，为每一个三维模型设置不同的颜色，皮肤的透明度设置为20，肾脏的透明度设置为50，从而将囊肿暴露出来；使用模拟的穿刺器械由左背下部刺入，避开肋骨和动脉到达结石部位，计算机自动计算出穿刺角度和深度，确定穿刺路径；4)存储模块40将上述全景式的三维可视化场景和皮肤刺入点，角度和穿刺路径等关键信息存储在笔记本电脑/平板电脑中，手术过程中可以随时再现上述个性化的手术方案，以备医生随时参考或改进。综上所述，本发明通过获取患者的医学图像数据；根据所述医学图像数据重建所述患者的相关器官和/或组织和/或病灶的三维模型；采用虚拟的穿刺器械在所述三维模型上确定经皮穿刺的手术操作过程。因此，本发明基于医学图像数据准确重建出各种器官/组织的三维模型，提供三维全景式的可视化场景，医生可以在计算机上用虚拟的穿刺器械反复进行穿刺，制订精准的个性化手术方案。由于本发明是手术前采集患者的医学图像数据，在计算机中进行手术规划，相较术中影像导航的穿刺技术而言，实施成本低，使用方便。另外医生在虚拟场景中反复试验寻找最优方案，降低了患者面临的危险。手术方案可存储在笔记本电脑/平板电脑中，手术过程中可以随时再现以备参考和改进，为实际手术提供丰富的参考信息。当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变 形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
权利要求
1.一种经皮穿刺的手术规划方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤 A、获取患者的医学图像数据； B、根据所述医学图像数据重建所述患者的相关器官和/或组织和/或病灶的三维模型； C、采用虚拟的穿刺器械在所述三维模型上确定经皮穿刺的手术操作过程。
2.根据权利要求I所述的手术规划方法，其特征在于，所述步骤B包括 BI、采用医学图像分割算法在所述医学图像数据中将感兴趣的器官和/或组织和/或病灶目标区域提取出来； B2、采用三维重建算法将所述已经提取出来的器官和/或组织和/或病灶进行三维模型重建，获得对应的三维模型； B3、采用所述三维模型构建全景式的三维可视化场景。
3.根据权利要求2所述的手术规划方法，其特征在于，所述步骤BI包括 BH、从所述医学图像数据对应的医学图像横断面的中部梯度场边缘向内搜索； B12、将在所述搜索的过程中获得的第一个高梯度点作为种子点进行轮廓跟踪，提取出所述医学图像中皮肤上所有点的集合；和/或 B13、将所述医学图像中在预设阈值以上的区域全部提取出来，获得除空气以外整个患者身体的二值图像； B14、进行闭运算以填充所述二值图像中气管、食道的缝隙； B15、以所述患者身体内部任意一点作为种子点区域增长，提取出所述皮肤包围的整个空间区域。
4.根据权利要求2所述的手术规划方法，其特征在于，所述步骤BI包括 B16、对所述患者器官的医学图像进行边缘增强的预处理； B17、在所述预处理后的医学图像中，选取多个种子点进行区域增长获得初始分割域；B18、在所述预处理后的医学图像中，结合水平集速度函数和边缘图像迭代更新速度函数，进行水平集函数演化，提取出目标脏器；和/或 B19、在所述医学图像数据对应的医学图像的血管区域选择系列种子点； B20、调节阈值上、下限或增加、删除所述种子点进行调整；或者显示灰度直方图或特定路径上的灰度分布图，通过所述灰度直方图或特定路径上的灰度分布图确定所述阈值上、下限； B21、根据所述阈值增长结果准确地提取目标区域。
5.根据权利要求I所述的手术规划方法，其特征在于，所述经皮穿刺的手术操作过程包括经皮穿刺的皮肤刺入点、角度以及穿刺路径； 所述步骤C之后包括 D、存储所述经皮穿刺的皮肤刺入点、角度以及穿刺路径信息。
6.一种经皮穿刺的手术规划系统，其特征在于，所述系统包括 获取模块，用于获取患者的医学图像数据； 三维模型建立模块，用于根据所述医学图像数据重建所述患者的相关器官和/或组织和/或病灶的三维模型； 虚拟模块，用于采用虚拟的穿刺器械在所述三维模型上确定经皮穿刺的手术操作过程。
7.根据权利要求6所述的手术规划系统，其特征在于，所述三维模型建立模块包括 提取子模块，用于采用医学图像分割算法在所述医学图像数据中将感兴趣的器官和/或组织和/或病灶目标区域提取出来； 三维模块建立子模块，用于采用三维重建算法将所述已经提取出来的器官和/或组织和/或病灶进行三维模型重建，获得对应的三维模型； 场景构建子模块，用于采用所述三维模型构建全景式的三维可视化场景。
8.根据权利要求7所述的手术规划系统，其特征在于，所述提取子模块包括 搜索单元，用于从所述医学图像数据对应的医学图像横断面的中部梯度场边缘向内搜索； 第一提取单元，用于将在所述搜索的过程中获得的第一个高梯度点作为种子点进行轮廓跟踪，提取出所述医学图像中皮肤上所有点的集合；和/或 第二提取单元，用于将所述医学图像中在预设阈值以上的区域全部提取出来，获得除空气以外整个患者身体的二值图像； 填充单元，用于进行闭运算以填充所述二值图像中气管、食道的缝隙； 第三提取单元，用于以所述患者身体内部任意一点作为种子点区域增长，提取出所述皮肤包围的整个空间区域。
9.根据权利要求7所述的手术规划系统，其特征在于，所述提取子模块包括 预处理单元，用于对所述患者器官的医学图像进行边缘增强的预处理； 选取单元，用于在所述预处理后的医学图像中，选取多个种子点进行区域增长获得初始分割域； 第四提取单元，用于在所述预处理后的医学图像中，结合水平集速度函数和边缘图像迭代更新速度函数，进行水平集函数演化，提取出目标脏器；和/或 选择单元，用于在所述医学图像数据对应的医学图像的血管区域选择系列种子点； 调整单元，用于调节阈值上、下限或增加、删除所述种子点进行调整；或者显示灰度直方图或特定路径上的灰度分布图，通过所述灰度直方图或特定路径上的灰度分布图确定所述阈值上、下限； 第五提取单元，用于根据所述阈值增长结果准确地提取目标区域。
10.根据权利要求6所述的手术规划系统，其特征在于，所述经皮穿刺的手术操作过程包括经皮穿刺的皮肤刺入点、角度以及穿刺路径； 所述手术规划系统还包括 存储模块，用于存储所述经皮穿刺的皮肤刺入点、角度以及穿刺路径信息。
全文摘要
本发明适用于医学技术领域，提供了一种经皮穿刺的手术规划方法及其系统，为了实现上述目的，本发明提供一种经皮穿刺的手术规划方法，所述方法包括如下步骤A、获取患者的医学图像数据；B、根据所述医学图像数据重建所述患者的相关器官和/或组织和/或病灶的三维模型；C、采用虚拟的穿刺器械在所述三维模型上确定经皮穿刺的手术操作过程。借此，本发明使使用户可以通过虚拟的穿刺器械反复进行皮肤穿刺操作，准确获取患者皮肤刺入点，角度和穿刺路径。
文档编号A61B19/00GK102961187SQ20121041708
公开日2013年3月13日 申请日期2012年10月26日 优先权日2012年10月26日
发明者叶建平, 郭李云, 李恒, 杨光 申请人:深圳市旭东数字医学影像技术有限公司