[发明专利]多条件约束的路径规划方法及装置

权利要求书

1.多条件约束的路径规划方法，其特征在于：其包括以下步骤：

(1)由医生交互选择确定病灶目标区域，以其质心作为路径规划目标，基于手术入口范围限制、障碍物避障限制和手术器械形状限制构建多条件约束；

(2)迭代搜索经过当前路径点的障碍物切线切点，以其附近非障碍物点更新路径点，直至和目标之间无障碍物；遍历手术入口范围，使用反向切点搜索方法搜索路径点，计算手术器械耦合模型在路径点处的点云状态，通过检测其是否与手术入口边界区域碰撞检验其是否满足手术入口范围约束，通过检测其是否与障碍物碰撞检验其是否满足避障约束，以实现多条件约束下可行手术入口区域和可行路径集合的求解；

(3)使用线性加权法求解全局最优路径，使用主要目标法求解不同目标下的最佳路径，包括距离脑组织最远路径、长度最短路径和包含组织量最少路径。

2.根据权利要求1所述的多条件约束的路径规划方法，其特征在于：所述步骤(1)中，对于手术入口范围限制，

将CT图像沿X轴切分为矢状面，首先从前往后检测第一个皮肤软组织边缘点，由该边缘点开始向后、向下检测和追溯可能边缘，直至无论向后还是向下皆为空气点；若不存在鼻腔入口，一直向右向下追溯软组织边缘最终会超出图像范围，据此在X轴上将鼻腔入口区域分割出来；

然后选择鼻部边缘轮廓最下方边缘点作为鼻腔入口区域的前边缘点，由该点向后向下检测空气上--皮肤下边缘点，选择与前边缘点距离最近的边缘点作为鼻腔入口区域后边缘点，这两个边缘点连线之间体素均位于鼻腔入口区域，所有鼻腔入口区域矢状面相应边缘点连线之间体素集合为所求入口区域；

在外力作用下，鼻尖处皮肤整体向右位移最大距离为d_r，整体向上位移最大距离为d_u，将鼻腔入口区域边缘向右、向上分别延伸和扩展d_r、d_u距离；取d_r＝1cm、d_u＝1cm，延伸扩大鼻腔入口区域得到手术入口范围约束；再对手术入口范围进行三维可视化，便于观察和后续处理。

3.根据权利要求2所述的多条件约束的路径规划方法，其特征在于：所述步骤(1)中，对于障碍物避障限制，

在水平面调整鼻中隔黏膜部分边缘，将其由左向右收缩至软组织--骨质边缘的邻域处，若未检测到边缘，则与相邻区域边缘平齐；模拟鼻黏膜收缩前后鼻中隔对比；

在冠状面调整下鼻甲轮廓边缘，将其由右向左收缩至软组织——骨质边缘或者软组织--空气边缘邻域处，若未检测到边缘，则与相邻区域边缘平齐；模拟鼻黏膜收缩前后下鼻甲对比。

4.根据权利要求3所述的多条件约束的路径规划方法，其特征在于：所述步骤(1)中，对于手术器械形状限制，

建立内窥镜与手术刀的耦合模型，对其进行路径规划；对质点进行路径规划时，质点在每个路径节点处的状态为其位置坐标；对手术器械进行路径规划时，将手术器械在路径节点处的状态由质点三维坐标扩展为高维点云集合。