手术路径的确定方法、装置和系统、可读存储介质与流程

本申请涉及医疗技术领域，尤其涉及一种手术路径的确定方法、装置和系统、可读存储介质。

背景技术：

当前，在通过手术器械对患处进行手术时，通常需要插入患处内部，而从体表至靶点的路程位于体内，医护人员只能根据拍摄的x片凭经验确定进针，对医护人员的经验要求高，而且可能需要多次拍摄x片来确认当前的进针情况，增加辐射，不利于减少患者痛苦。

技术实现要素：

本申请提供一种手术路径的确定方法、装置和系统、可读存储介质，以解决相关技术中的不足。

根据本申请实施例的第一方面，提供一种手术路径的确定方法，包括：

获取三维局部图像和位于所述三维局部图像内的虚拟路径；

匹配基于所述三维局部图像投影得到的仿真二维图像、和基于患处得到的二维投影图像；

当所述仿真二维图像和所述二维投影图像匹配时，根据所述虚拟路径在所述仿真二维图像上的位置信息，确定所述二维投影图像上与所述虚拟路径对应的手术路径。

可选的，所述匹配基于所述三维局部图像投影得到的仿真二维图像、和基于局部得到的二维投影图像，包括：

对所述患处进行透视投影得到所述二维投影图像；

对所述三维局部图像进行投影得到所述仿真二维图像；

获取所述仿真二维图像和所述二维投影图像的重合度，在所述重合度不小于预设阈值时，确定为所述仿真二维图像与所述二维投影图像匹配。

可选的，所述获取所述仿真二维图像和所述二维投影图像的重合度，包括：

提取所述仿真二维图像的第一投影区域和所述二维投影图像中的第二投影区域；

根据所述第一投影区域和所述第二投影区域之间的边缘轮廓匹配程度计算所述重合度。

可选的所述获取所述仿真二维图像和所述二维投影图像的重合度，包括：

将所述仿真二维图像和所述二维投影图像均按照预设比例沿预设方向进行分割；

将所述仿真二维图像的每一分割区域与所述二维投影图像对应的分割区域进行匹配得到所述重合度。

可选的，还包括：

调整所述三维局部图像的空间姿态；和/或

调整针对所述三维局部图像的投影参数。

可选的，所述调整所述三维局部图像的空间姿态包括下述至少之一：

调整所述三维局部图像针对至少一个坐标轴的旋转角度；

调整所述三维局部图像针对至少一个坐标轴的位移；

可选的，所述调整针对所述三维局部图像的投影参数包括下述至少之一：

调整焦距；

调整虚拟光源的位置；

调整成像分辨率，所述成像分辨率与所述三维局部图像的投影成像平面的尺寸以及所述仿真二维图像的图像尺寸相关。

根据本申请实施例的第二方面，提供一种手术路径的确定装置，包括：

获取模块，获取三维局部图像和位于所述三维局部图像内的虚拟路径；

匹配模块，匹配基于所述三维局部图像投影得到的仿真二维图像、和基于患处得到的二维投影图像；

确定模块，当所述仿真二维图像和所述二维投影图像匹配时，根据所述虚拟路径在所述仿真二维图像上的位置信息，确定所述二维投影图像上与所述虚拟路径对应的手术路径。

根据本申请实施例的第三方面，提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机指令，该指令被处理器执行时实现如上述任一项实施例所述方法的步骤。

根据本申请实施例的第四方面，提供和一种手术导航系统，包括拍摄装置和计算机，所述拍摄装置用于拍摄局部获得二维投影图像，所述计算机与所述拍摄装置通信连接；

其中，所述计算机包括：

显示器，所述显示器用于示出的三维局部图像、二维投影图像和仿真二维图像；

处理器；

用于存储处理器可执行指令的存储器；

其中，该指令被处理器执行时实现如上述任一项实施例所述方法的步骤。

本申请的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：

由上述实施例可知，本申请通过匹配仿真二维图像与二维投影图像，并在确认仿真二维图像与二维投影图像相匹配的情况下，根据仿真二维图像中虚拟路径的投影，确定二维投影图像中的路径信息，使得医护人员可以直观地了解路径信息，以辅助医护人员确定当前的入针点和入针角度，有利于提高手术的精准性，降低病患痛苦。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。

图1是根据一示例性实施例示出的一种手术路径确定方法流程图。

图2是根据一示例性实施例示出的另一种手术路径确定方法流程图。

图3是根据一示例性实施例示出的又一种手术路径确定方法流程图。

图4是根据一示例性实施例示出的另一种仿真二维图像的示意图。

图5是根据一示例性实施例示出的另一种二维投影图像的示意图。

图6是根据一示例性实施例示出的一种手术导航系统的结构示意图。

图7是根据一示例性实施例提供的一种设备的示意结构图。

图8是根据一示例性实施例示出的一种手术路径的确定装置的框图。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置和方法的例子。

在本申请使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请。在本申请和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。

应当理解，尽管在本申请可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本申请范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”。

图1是根据一示例性实施例示出的一种手术路径的确定方法流程图。如图1所示，该确定方法可以包括：

在步骤101中，获取三维局部图像和位于所述三维局部图像内的虚拟路径。

在本实施例中，可以通过ct或者mr对患处进行扫描，并基于扫描信息对患处进行重建，得到三维局部图像。其中，本实施例中所述的患处可以包括四肢、脊椎、腰部、胸部或者头部等位置，对此并不进行限制。该虚拟路径可以为直线型，在三维局部图像中可以针对该虚拟路径进行长度、宽度以及角度的调整，具体以植入的器械规格为准，该植入的器械可以包括钢钉等。

在步骤102中，匹配基于所述三维局部图像投影得到的仿真二维图像、和基于患处得到的二维投影图像。

在本实施例中，可以通过c臂机或者其他x射线成像设备对患处进行拍摄得到二维投影图像点。可以基于三维局部图像通过drr算法得到仿真二维图像以及虚拟路径在仿真二维图像中的位置信息。或者，在其他实施例中，也可以是通过siddon算法、shear-warp算法等方式获得仿真二维图像，本申请并不对此进行限制。进一步地，可以确定二维投影图像与仿真二维图像之间的重合度，当重合度不小于预设阈值时则可以认为二维投影图像与仿真二维图像匹配。

进一步地，当二维投影图像与仿真二维图像之间的重合度小于预设阈值时，可以认为此时二维投影图像与仿真二维图像之间的差异较大，可以通过调节三维局部图像的空间姿态或者针对三维局部图像的投影参数，得到调整后的仿真二维图像，并将调整后的仿真二维图像与二维投影图像进行匹配。当然，在其他一些实施例中，也可以是同时调节三维局部图像的空间姿态以及针对三维局部图像的投影参数，本申请并不对此进行限制。

具体而言，在一实施例中，可以根据仿真二维图像与二维投影图像之间的重合度，反馈仿真二维图像与二维投影图像之间的差异，从而根据该重合度再调整三维局部图像的空间姿态或者调整针对三维局部图像的投影参数。当然，在其他实施例中，也可以时按照一定规律间隔依次调整三维局部图像的空间姿态或者投影参数，本申请并不进行限制。

调整三维局部图像的空间姿态可以是调整三维局部图像针对至少一个坐标轴的旋转角度，或者，可以是调整三维局部图像针对至少一个坐标轴的位移。当然，在其他实施例中，也可以是对任一坐标轴的旋转角度和位移均进行调节。调整针对三维局部图像的投影参数可以是调整虚拟光源的位置，虚拟光源的焦距和成像分辨率中的一个参数或者多个参数。其中，成像分辨率用于表征像素与几何尺寸之间的关系，其与三维局部图像的投影成像平面的尺寸以及仿真二维图像的图像尺寸相关。

在上述各个实施例中，对于仿真二维图像与二维投影图像之间的重合度可以通过下述方式实施：

在一实施例中，可以是通过用户个人针对二维投影图像和仿真二维图像进行匹配，得到重合度。

在另一实施例中，可以提取仿真二维图像中的第一投影区域和二维投影图像中的第二投影区域，根据第一投影区域和第二投影区域之间的边缘轮廓匹配程度，得到重合度。

在又一实施例中，可以将仿真二维图像和二维投影图像均按照预设比例沿预设方向进行分割，将仿真二维图像的每一分割区域和二维投影图像对应的分割区域进行匹配，从而得到重合度。

在步骤103中，当所述仿真二维图像和所述二维投影图像匹配时，根据所述虚拟路径在所述仿真二维图像上的位置信息，确定所述二维投影图像上与所述虚拟路径对应的手术路径。

在本实施例中，当仿真二维图像与二维投影图像匹配时，可以认为此时三维局部图像的姿态信息可以作为患处基于拍摄装置的透视坐标系的透视位置信息，从而此时三维局部图像中的虚拟路径在仿真二维图像中的位置信息、即可作为二维投影图像中手术路径的姿态信息，从而可以得到二维投影图像中的手术路径，有利于了解手术器械的入针点和入针角度。

由上述实施例可知，本申请通过匹配仿真二维图像与二维投影图像，并在确认仿真二维图像与二维投影图像相匹配的情况下，根据仿真二维图像中虚拟路径的投影，确定二维投影图像中的路径信息，使得医护人员可以直观地了解路径信息，以辅助医护人员确定当前的入针点和入针角度，有利于提高手术的精准性，降低病患痛苦。

针对上述技术方案，下述将基于一具体实施例进行详细说明。如图2所示，该手术路径的确定方法流程可以包括下述步骤：

在步骤201中，根据扫描信息重建三维局部图像。

在步骤202中，获取位于三维局部图像内的虚拟路径。

在本实施例中，可以通过ct扫描或者mr影像得到三维扫描信息，进一步可以得到三维局部图像。进一步地，可以根据三维局部图像所示出的当前患处的状态，针对患处加建立虚拟路径。

在步骤203中，调整该三维局部图像的空间姿态和投影参数。

在本实施例中，可以基于示出的三维局部图像进行旋转或者平移，以调节三维局部图像的空间姿态。该空间姿态可以包括三维局部图像与每一坐标轴之间所成的角度信息、在每一坐标轴上的位置信息等。投影参数可以包括调整虚拟光源的焦距，即虚拟光源与虚拟投影成像平面之间的间隔距离，该投影参数还可以包括虚拟光源相对于每一坐标轴的位置信息和成像分辨率，该成像分辨率与三维局部图像的投影成像平面的尺寸以及仿真二维图像的图像尺寸相关，该仿真二维图像的图像尺寸可以与二维投影图像的图像尺寸相同。比如，假定投影成像平面的尺寸为200mm×200mm，仿真二维图像的图像尺寸为1000像素×1000像素，那么该成像分辨率为0.2mm/像素。再比如，当投影成像平面的尺寸为200mm×300mm、仿真二维图像的图像尺寸为1000像素×1000像素，那么在一个方向上成像分辨率为0.2mm/像素、在另一方向上成像分辨率为0.3mm/像素。

在步骤204中，针对三维局部图像进行投影，得到仿真二维图像。

在本实施例中，可以基于三维局部图像通过drr算法得到仿真二维图像以及虚拟路径在仿真二维图像中的位置信息。或者，在其他实施例中，也可以是通过siddon算法、shear-warp算法等方式获得仿真二维图像，本申请并不对此进行限制。

在步骤205中，基于该仿真二维图像提取第一投影区域。

在步骤206中，拍摄患处得到二维投影图像。

在步骤207中，基于二维投影图像提取第二投影区域。

在本实施例中，基于投影平面尺寸以及虚拟光源所覆盖的区域，该仿真二维图像中除了存在三维局部图像所对应的区域外，固然还会存在其他区域。相类似的，在二维投影图像中除了病灶所对应的区域外，固然还可以存在其他区域。所以，本申请通过图像处理，提取仿真二维图像中的第一投影区域、和二维投影图像中的第二投影区域。其中，该图像处理可以是基于灰度值提取仿真二维图像中病患区域、和二维投影图像中的病患区域。

在步骤208中，将第一投影区域和第二投影区域的边缘轮廓进行匹配得到重合度。

在本实施例中，可以将第一投影区域和第二投影区域的边缘轮廓进行匹配，以得到二维投影图像与仿真二维图像之间的重合度。举例而言，可以基于第一投影区域上的标记点，以及该标记点在第二投影区域上的对应位置，调整第一投影区域和第二投影区域的相对位置，使得该标记点与该标记点在第二投影区域上的对应位置基本重合，然后进行边缘轮廓匹配。其中，该标记点可以是患处上特殊区域，例如神经标识点、骨骼标识点等，本申请并不对此进行限制。

在步骤209中，判断重合度是否大于预设阈值。

在本实施例中，当二维投影图像与仿真二维图像之间大于等于预设阈值时，执行步骤210，当二维投影图像与仿真二维图像之间小于预设阈值时，执行步骤203。其中，可以根据重合度确定针对三维局部图像空间姿态和针对投影参数的调整量以及调整方向，以提升匹配效率。

在步骤210中，获取虚拟路径在仿真二维图像中的位置信息。

在步骤211中，根据虚拟路径在仿真二维图像中的位置信息，确定二维投影图像中的手术路径的位置信息。

在本实施例中，由于仿真二维图像与二维投影图像重合度已经大于或者等于预设阈值。所以，基于仿真二维图像内虚拟路径的投影信息，可以确定二维局部图像上手术路径的位置信息，得到入针点和入针方向。例如，可以根据仿真二维图像的成像分辨率，计算出仿真二维图像上的入针点与仿真二维图像边缘之间的距离，从而根据该距离即可得到二维投影图像上的入针点所在的位置。相类似的，还可以得到手术路径上其他位置点的位置信息，在此不再一一赘述。

图3为基于本申请技术方案的另一具体实施例。如图3所示，手术路径确定方法可以包括以下步骤：

在步骤501中，根据扫描信息重建三维局部图像。

在步骤502中，获取位于三维局部图像内的虚拟路径。

在步骤503中，调整该三维局部图像的空间姿态和投影参数。

在步骤504中，针对三维局部图像进行投影，得到仿真二维图像。

在本实施例中，步骤501-504可以参考图2所示实施例中的步骤201-204，在此不再一一赘述。

在步骤505中，按照预设比例沿预设方向分割仿真二维图像。

在步骤506中，拍摄患处得到二维投影图像。

在步骤507中，按照预设比例沿预设方向分割二维投影图像。

在本实施例中，如图4、图5所示，可以沿箭头a所示方向和箭头b所示方向成行成列的、对图4的仿真二维图像和图5的二维图像进行分割，分别得到n个尺寸为d×d的分割区域。

在步骤508中，将仿真二维图像的每一分割图像与二维投影图像上对应区域的分割图像进行匹配。

在步骤509中，根据匹配结果，计算仿真二维图像和二维投影图像之间的重合度。

在本实施例中，仍以图4、图5所示，图4中每一分割区域在图5中均存在对应的区域，例如，图4中的位于第二行第三列的分割区域d1、与图5中位于第二行第三列的分割区域d1对应，进一步可以将该分割区域d1与d1进行匹配得到匹配值。相类似的，可以将图4中的其他分割区域与图5中的对应分割区域进行匹配，最后得到重合度。例如，每一分割区域可以对应一个权重系数，每一分割区域的匹配度与权重系数之积与其他分割区域的匹配度与权重系数之积的和为重合度。

在步骤510中，判断重合度是否大于预设阈值。

在本实施例中，当二维投影图像与仿真二维图像之间大于等于预设阈值时，执行步骤511，当二维投影图像与仿真二维图像之间小于预设阈值时，执行步骤503。

在步骤511中，获取虚拟路径在仿真二维图像中的位置信息。

在步骤512中，根据虚拟路径在仿真二维图像中的位置信息，确定二维投影图像中的指向靶点的手术路径。

在本实施例中，步骤511、512可以参考图2所示实施例中的步骤510、511，在此不再一一赘述。

基于本申请的技术方案，还提供一种手术导航系统，如图6所示，该导航系统可以包括拍摄装置701和计算机702，该拍摄装置701可以用于拍摄患处以获取二维投影图像，例如该拍摄装置701可以包括c臂机或者其他x摄像成像设备。计算机有702与拍摄装置701之间可以通过有线或者无线的方式进行通信连接。该计算机702还可包括显示器7021，该显示器7021可以用于示出三维局部图像、二维投影图像和仿真二维图像等相关图像。该计算机还可以包括处理器(图中未示出)和用于存储处理器可执行指令的存储器，处理器被配置为用于实现如上述图1-图3中任一项所述方法的步骤。

与前述的手术路径确定方法的实施例相对应，本申请还提供了手术路径确定装置的实施例。

图7是一示例性实施例提供的一种设备的示意结构图。请参考图7，在硬件层面，该设备包括处理器802、内部总线804、网络接口806、内存808以及非易失性存储器810，当然还可能包括其他业务所需要的硬件。处理器802从非易失性存储器810中读取对应的计算机程序到内存808中然后运行，在逻辑层面上形成手术路径的确定装置800。当然，除了软件实现方式之外，本说明书一个或多个实施例并不排除其他实现方式，比如逻辑器件抑或软硬件结合的方式等等，也就是说以下处理流程的执行主体并不限定于各个逻辑单元，也可以是硬件或逻辑器件。

请参考图8，在软件实施方式中，该手术路径的确定装置800可以包括获取模块901、匹配模块902和确定模块903；其中：

获取模块901，获取三维局部图像和位于所述三维局部图像内的虚拟路径；

匹配模块902，匹配基于所述三维局部图像投影得到的仿真二维图像、和基于局部得到的二维投影图像；

确定模块903，当所述仿真二维图像和所述二维投影图像匹配时，根据所述虚拟路径在所述仿真二维图像上的位置信息，确定所述二维投影图像上与所述虚拟路径对应的手术路径。

匹配模块902包括第一投影单元、第二投影单元和获取单元，其中：

第一投影单元，对所述患处进行透视投影得到所述二维投影图像。

第二投影单元，对所述三维局部图像进行投影得到所述仿真二维图像。

获取单元，获取所述仿真二维图像和所述二维投影图像的重合度，在所述重合度不小于预设阈值时，确定为所述仿真二维图像与所述二维投影图像匹配。

获取单元包括提取子单元和第一计算子单元，其中：

提取子单元，提取所述仿真二维图像的第一投影区域和所述二维投影图像中的第二投影区域；

计算子单元，根据所述第一投影区域和所述第二投影区域之间的边缘轮廓匹配程度计算所述重合度。

获取单元包括分割子单元和第二计算子单元，其中：

分割子单元，将所述仿真二维图像和所述二维投影图像均按照预设比例沿预设方向进行分割；

第二计算子单元，将所述仿真二维图像的每一分割区域与所述二维投影图像对应的分割区域进行匹配得到所述重合度。

手术路径的确定装置800，还包括：

第一调整模块，调整所述三维局部图像的空间姿态；和/或

第二调整模块，调整针对所述三维局部图像的投影参数。

第一调整模块用于：

调整所述三维局部图像针对至少一个坐标轴的旋转角度；

调整所述三维局部图像针对至少一个坐标轴的位移；

第二调整模块用于：

调整焦距；

调整虚拟光源的位置；

调整成像分辨率，所述成像分辨率与所述三维局部图像的投影成像平面的尺寸以及所述仿真的图像尺寸相关。

关于上述实施例中的装置，其中各个模块执行操作的具体方式已经在有关该方法的实施例中进行了详细描述，此处将不做详细阐述说明。

对于装置实施例而言，由于其基本对应于方法实施例，所以相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本申请方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

在示例性实施例中，还提供了一种包括指令的非临时性计算机可读存储介质，例如包括指令的存储器810，上述指令可由电子设备的处理器802执行以完成上述方法。例如，所述非临时性计算机可读存储介质可以是rom、随机存取存储器(ram)、cd-rom、磁带、软盘和光数据存储设备等。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的公开后，将容易想到本申请的其它实施方案。本申请旨在涵盖本申请的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本申请的一般性原理并包括本申请未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本申请的真正范围和精神由下面的权利要求指出。

应当理解的是，本申请并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本申请的范围仅由所附的权利要求来限制。