[發(fā)明專利]肺部形變的模擬方法、裝置及服務(wù)器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210662190.8
• 申請(qǐng)日: 2022-06-13
• 公開（公告）號(hào): CN114927203B
• 公開（公告）日: 2023-02-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 成興華
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海市胸科醫(yī)院
• 主分類號(hào): G16H30/40
• 分類號(hào): G16H30/40;G16H50/50;G06T17/20
• 代理公司: 北京超凡宏宇專利代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 11463
• 代理人: 張文娥

本發(fā)明提供了一種肺部形變的模擬方法、裝置及服務(wù)器，涉及計(jì)算機(jī)應(yīng)用的技術(shù)領(lǐng)域，該方法包括：根據(jù)肺部的影像數(shù)據(jù)生成三維三角面片表面網(wǎng)格模型；將三維三角面片表面網(wǎng)格模型轉(zhuǎn)換成包括多個(gè)四面空間體網(wǎng)格單元的實(shí)心網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，按照力學(xué)平衡條件為每個(gè)四面空間體網(wǎng)格單元分配單元矩陣方程；基于單元矩陣方程建立總體方程組；求解該總體方程組，得到每個(gè)四面空間體網(wǎng)格單元的位移量；將每個(gè)四面空間體網(wǎng)格單元的位移量進(jìn)行疊加，生成肺部的整體形變量。本發(fā)明提供的肺部形變的模擬方法、裝置及服務(wù)器，有效減少了測(cè)量肺部形變的準(zhǔn)備時(shí)間，還可以根據(jù)不同病人的生理狀況初始條件，有針對(duì)性的模擬不同病癥下肺部的形變，避免了多余的CT掃描輻射。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種肺部形變的模擬方法、裝置及服務(wù)器。

背景技術(shù)

針對(duì)肺部手術(shù)的導(dǎo)航設(shè)備中，肺部模型定位這種非剛體配準(zhǔn)是比較難的部分，其定位的速度和精準(zhǔn)度對(duì)后續(xù)的病灶定位起到?jīng)Q定性的作用，主要是因?yàn)榉尾看嬖谲浗M織的移動(dòng)，并且呼吸作用也會(huì)引起肺部節(jié)律性的起伏，導(dǎo)致和術(shù)前從CT提取的模型存在較大的形變。

目前，模擬肺部形變的方法主要采用間接法和直接法。間接法采用體表標(biāo)記物的運(yùn)動(dòng)推算呼吸運(yùn)動(dòng)，應(yīng)用模擬定位機(jī)和體表標(biāo)記物對(duì)呼吸運(yùn)動(dòng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)和分析，利用呼吸傳感器測(cè)量皮膚標(biāo)記物的運(yùn)動(dòng)進(jìn)而推算出肺部在呼吸時(shí)的三維運(yùn)動(dòng)。雖然利用體表標(biāo)記物可以獲取局部呼吸運(yùn)動(dòng)的信息，但是這類方法需要安裝額外裝置，存在誤差大、費(fèi)時(shí)、費(fèi)力等缺點(diǎn)。

直接法則利用4D-CT采集病人呼吸時(shí)的動(dòng)態(tài)CT數(shù)據(jù)，然后通過圖像的重建和呼吸相位的排列得到病人在不同呼吸相位的3D-CT，利用B-樣條法進(jìn)行配準(zhǔn)，從而估計(jì)肺部的呼吸運(yùn)動(dòng)。這種方法依賴于模型的頂點(diǎn)疏密度，適用于組織規(guī)律性的形變，難以滿足局部有差異性的形變模擬，而且4D-CT比普通螺旋CT掃描輻射劑量大，因此，也難以進(jìn)行廣泛推廣。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種肺部形變的模擬方法、裝置及服務(wù)器，以緩解上述技術(shù)問題。

第一方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種肺部形變的模擬方法，包括：獲取肺部的影像數(shù)據(jù)，根據(jù)所述影像數(shù)據(jù)生成所述肺部的三維三角面片表面網(wǎng)格模型；將所述三維三角面片表面網(wǎng)格模型轉(zhuǎn)換成所述肺部對(duì)應(yīng)的實(shí)心網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，其中，所述實(shí)心網(wǎng)格結(jié)構(gòu)包括多個(gè)四面空間體網(wǎng)格單元；按照預(yù)先設(shè)置的力學(xué)平衡條件為每個(gè)所述四面空間體網(wǎng)格單元分配單元矩陣方程；基于每個(gè)所述四面空間體網(wǎng)格單元分配的單元矩陣方程建立所述肺部的總體方程組；按照預(yù)先設(shè)置的所述肺部的初值參數(shù)求解所述總體方程組，得到每個(gè)所述四面空間體網(wǎng)格單元的位移量；將每個(gè)所述四面空間體網(wǎng)格單元的位移量進(jìn)行疊加，以生成所述肺部的整體形變量。

結(jié)合第一方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了第一方面的第一種可能的實(shí)施方式，其中，上述將所述三維三角面片表面網(wǎng)格模型轉(zhuǎn)換成所述肺部對(duì)應(yīng)的實(shí)心網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的步驟，包括：提取所述三維三角面片表面網(wǎng)格模型中所包括的三角形網(wǎng)格的頂點(diǎn)坐標(biāo)，按照預(yù)先設(shè)置的索引編號(hào)規(guī)則生成所述頂點(diǎn)坐標(biāo)的編號(hào)，并將所述頂點(diǎn)坐標(biāo)以及所述頂點(diǎn)坐標(biāo)的編號(hào)關(guān)聯(lián)保存至第一鏈表中；遍歷所述第一鏈表中保存的頂點(diǎn)坐標(biāo)，基于每個(gè)所述三角形網(wǎng)格構(gòu)建四面空間體網(wǎng)格單元，并將所述四面空間體網(wǎng)格單元保存至第二鏈表；基于所述第二鏈表中保存的所述四面空間體網(wǎng)格單元構(gòu)建所述肺部對(duì)應(yīng)的實(shí)心網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，其中，所述實(shí)心網(wǎng)格結(jié)構(gòu)為四面體空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)。

結(jié)合第一方面的第一種可能的實(shí)施方式，本發(fā)明實(shí)施例提供了第一方面的第二種可能的實(shí)施方式，其中，上述遍歷所述第一鏈表中保存的頂點(diǎn)坐標(biāo)，基于每個(gè)所述三角形網(wǎng)格構(gòu)建四面空間體網(wǎng)格單元的步驟，包括：對(duì)所述三維三角面片表面網(wǎng)格模型中相鄰兩層的所述三角形網(wǎng)格進(jìn)行排序，選取其中一個(gè)為起始三角面片，選擇與所述起始三角面片共邊的兩個(gè)三角面片，將四個(gè)頂點(diǎn)連接，構(gòu)成一個(gè)起始的四面空間體網(wǎng)格單元，將所述起始的四面空間體網(wǎng)格單元存入至所述第二鏈表；將所述起始的四面空間體網(wǎng)格單元的相鄰三角形網(wǎng)格作為下一個(gè)起始三角面片，繼續(xù)查找與其相鄰的兩個(gè)三角面片，直至遍歷完所述第一鏈表中保存的所有頂點(diǎn)坐標(biāo)對(duì)應(yīng)的三角面片，構(gòu)成多個(gè)所述四面空間體網(wǎng)格單元。