[发明专利]一种基于医疗影像的冲击波入射点仿真规划方法及系统

说明书

本发明涉及一种基于医疗影像的冲击波入射点仿真规划方法及系统，其方法包括：获取冲击波入射点仿真规划涉及的多个人体部位的医疗影像，并根据其构建冲击波仿真涉及的人体模型；根据所述人体模型建立带有约束性条件和目标条件的数学模型；求解各个目标条件的风险值；基于每个目标条件风险值和贪心算法，搜寻pareto解集直至所述pareto解集中的所有点被划分到pareto支配点或者被支配点集合中。本发明利用自适应参数构建了带有约束性条件和目标条件的人体模型，通过约束性条件的初筛和目标条件的风险值筛选初步解，最后运用贪心策略和pareto法确定最终解，从而实现了冲击波入射点规划的自动化和多场景条件下的适应性。

技术领域

本发明属于医疗图像处理技术领域，具体涉及一种基于医疗影像的冲击波入射点仿真规划方法及系统。

背景技术

肾结石作为一种常见的人类疾病，严重影响了患者的正常生活，如果长期得不到良好的治疗，可能会导致结石在肾盂输尿管连接处停留，引起尿路梗阻。目前广泛使用的一种治疗手段是利用体外冲击波碎石，就是将超声或电磁波等能量聚集到一个焦点上打击结石，实现不开刀治疗结石。传统的体外粉碎肾结石手术要求医生凭借自身经验选择合适的冲击波入射点，操作机械臂进行手术，人工选点往往会造成需求考虑不全面不平衡的问题，因此通过算法推荐、模拟或仿真入射点方案可以作为医生的选点参考，具备使得手术更加安全、更加有效的优点，算法和医学的经验相结合是很有意义的。

当前冲击波入射点仿真规划主要存在以下问题，一是传统的人体建模多采用简单的阈值化处理配合人工剪裁实现多个部位的建模，需要人工操作，不够自动化，给医生带来了许多不必要的麻烦；二是入射点规划考虑因素不够全面，入射点的选择应该充分考虑到手术面临的各种因素，使得推荐方案能够被应用到实际操作中；三是多个要素难以权衡，为了满足某个目标需求多以牺牲另一个目标需求为代价，传统的做法多是利用加权法选择最优方案，但是实际上权重没有标准，加权法的输出难以真正达到最优(多目标优化模型)。

发明内容

为解决冲击波入射点的仿真模拟自动化程度不够高、适应性不强、难以满足多目标的需求的问题，在本发明的第一方面提供了一种基于医疗影像的冲击波入射点仿真规划方法，包括：获取冲击波入射点仿真规划涉及的多个人体部位的医疗影像，并根据其构建冲击波仿真涉及的人体模型；所述人体模型至少包括一个目标部位模型和多个非目标部位各自的二维模型和三维模型；根据所述人体模型建立带有约束性条件和目标条件的数学模型；基于所述约束性条件初步筛选，求解各个目标条件的风险值；基于每个目标条件风险值和贪心算法，搜寻pareto解集直至所述pareto解集中的所有点被划分到pareto支配点或者被支配点集合中。

在本发明的一些实施例中，所述根据所述人体模型建立带有约束性条件和目标条件的数学模型包括：根据冲击波入射点仿真规划的目标，确定一个或多个人体部位作为避开区域，并将其作为约束性条件；将冲击波的入射路径、打击目标部位的范围，以及入射路径与每个避开区域的距离作为目标条件；根据所述约束性条件和目标条件分别构建风险函数。

进一步的，所述根据所述约束性条件和目标条件分别构建风险函数包括：根据入射路径与每个避开区域的人体部位的距离，以及入射路径长度构建约束性条件的风险函数；根据冲击波的入射路径长度和冲击范围构建目标条件的风险函数。

进一步的，基于所述约束性条件初步筛选，求解各个目标条件的风险值包括：根据冲击波的入射路径与多个非目标部位的最近距离过滤无效路径；基于目标部位在冲击波的入射路径上投影的多个离散点搜寻凸包，并根据一个或多个凸包的面积计算打击目标部位的范围的风险值。

更进一步的，所述根据目标部位在冲击波的入射路径上投影的多个离散点搜寻凸包，并根据多个凸包的面积计算冲击范围的风险值包括：获取目标部位在入射路径为法向量的平面中的投影的多个离散点；利用Graham Scan算法寻找凸包的多个边界点，计算所述多个边界点构成的凸包的面积和冲击范围的风险值。