[發明專利]基于全自動三維成像的聽神經瘤手術路徑自動規劃方法

在審

• 申請號: 202110607517.7
• 申請日: 2021-06-01
• 公開（公告）號: CN113349925A
• 公開（公告）日: 2021-09-07
• 發明（設計）人: 馮遠靜;潘顯波;洪暉航;曾慶潤;袁少楠;陳升煒;蔡正洲;蔣陳盛;盛軒碩
• 申請（專利權）人: 浙江工業大學
• 主分類號: A61B34/10
• 分類號: A61B34/10;A61B34/20;G06T5/00;G06T7/00;G06T7/11;G06T7/33;G16H20/40;G16H50/30
• 代理公司: 杭州斯可睿專利事務所有限公司 33241
• 代理人: 王利強

1.一種基于全自動三維成像的聽神經瘤手術路徑自動規劃方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟：

步驟1、圖像獲取及預處理：獲取患者CT、T1、T2、T1增強、MRA、diffusion MRI序列圖像，經過去噪校正；

步驟2、圖像配準：以CT圖像為基準，將其他圖像配準到CT圖像中，得到各個圖像的轉換矩陣；

步驟3、腫瘤提取及區域分割：利用步驟1獲得的數據，采用自動化的方法對聽神經瘤進行提取，以及分割大腦內部的功能區、顱底血管及顱骨區域；

步驟4、纖維跟蹤及自動識別：利用神經纖維圖譜，對纖維進行跟蹤及自動標識；

步驟5、數據融合：根據重建前的轉換矩陣，將各個組織的三維模型轉換到CT圖像的坐標下；

步驟6、體素風險值估計：體素風險值的意義是量化表示當前位置體素所對應的解剖位置受到破壞時，對人體造成損傷的嚴重程度，風險值大小不僅由硬約束決定，而且受軟約束影響；

步驟7、候選路徑生成及風險估計：候選路徑可以表示為由目標點和待進入點組成的一條具有直徑的線段，整條路徑的風險值由其所包圍的體素風險值決定；

步驟8、路徑優化及風險圖譜生成：通過快速排序算法對所有待進入點代表的路徑進行空間搜索，找到風險值最小的三條路徑作為本方案規劃的手術路徑，同時將路徑風險值歸一化到0～255的范圍，進行顏色編碼，生成路徑的風險圖譜供醫生參考。

2.如權利要求1所述的基于全自動三維成像的聽神經瘤手術路徑自動規劃方法，其特征在于，所述步驟3中，利用深度學習，采用T1、T2和T1增強的數據實現聽神經腫瘤的精確分割，并將腫瘤的質心位置作為手術路徑規劃的目標位置，即路徑的目標點，大腦內部功能區的劃分采用Freesurfer實現，顱底血管及顱骨利用深度學習的方法進行識別分割。

3.如權利要求1或2所述的基于全自動三維成像的聽神經瘤手術路徑自動規劃方法，其特征在于，所述步驟4中，纖維跟蹤及表示通過基于深度網絡的神經纖維圖譜重建實現，包括基于深度高階張量成像模型的體素纖維方向估計、基于流線微分方程的全局纖維重建算法和數據驅動神經纖維圖譜重建算法。

4.如權利要求1或2所述的基于全自動三維成像的聽神經瘤手術路徑自動規劃方法，其特征在于，所述步驟6中，體素風險值估計包括軟約束部分和硬約束部分，硬約束包括手術高危組織區域的約束，對高危區域血管距離小于安全距離的體素，通過賦予極大的風險值將其設為路徑禁區；軟約束是除硬約束以外的約束，由離功能區、神經纖維次重要的組織的距離影響，同時還由組織的重要程度影響，由以下公式計算：

其中α是用于避免除以0的非負標量常數，a_jk和r_j為各個區域的權重值，由有經驗的外科醫生給定。S_jk表示各個功能區，dist(S_jk·v_j)為體素距離功能區的距離。

5.如權利要求4所述的基于全自動三維成像的聽神經瘤手術路徑自動規劃方法，其特征在于，所述步驟7中，路徑的風險值由其所包圍的體素風險值決定，由以下公式決定：