面向心血管介入手术的导航路径自动规划技术研究

发布时间：2020-11-03 17:33

　　 心血管疾病是全世界范围内最常见的死因之一,在中国心血管疾病的发病人数逐年攀升,已经成为我国发病率和致死率第一的疾病,严重危害着人们的身体健康。随着医学技术的发展,运用微创介入手术的方式能够对大部分心血管疾病起到很好的治疗效果。由于心血管的结构复杂,合理的术前规划能够大大提升手术的成功率,降低存在的风险。血管的路径规划技术通过生成从手术入口到病变处的路径,能够帮助医生进行术前规划。因此,本文对三维血管的路径规划技术进行了研究,介绍了路径规划的关键技术血管中心线提取和狭窄检测的研究现状,并针对其提出了相应的算法与解决方案。在中心线的提取方面,本文提出了一种新颖的基于流体动力学的三维管状物体中心线提取算法。该方法采用有限体积法进行三维管状物体内的稳态流体计算,并提取其等压面。然后计算出每一个等压面的中心点作为构成中心线生成树的控制点,按压强大小顺序构建有向树,并对生成树结构进行优化,最后对控制点进行拟合,并将所有的生成树节点按序连接得到中心线。在血管的狭窄检测方面,在得到的生成树结构的基础上,运用伯努利定律进行血管的狭窄检测,根据各个控制点处的流速定义狭窄出入口和狭窄节点,并根据狭窄节点相对于狭窄出入口处的流速提升率计算其对应的狭窄率。实验结果表明,本文所提出的中心线提取算法以及狭窄检测算法是可行的。中心线检测算法拥有较好的鲁棒性,能够准确地从复杂血管中提取出平滑、单像素的中心线;而狭窄检测算法能够快速准确地检测出血管内存在狭窄的部分并计算狭窄率。在得到中心线和狭窄区域的基础上,采用生成树结构回溯,自动规划出一条从手术入口到病变位置(狭窄处)的路径,并采用导航相机视角优化算法,实现三维血管的内窥导航。
【学位单位】：上海大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：R54;TP391.41
【部分图文】：

学硕士学位论文示，目前这种手术方式已被广泛应用于临床血管造影、血栓或异物的形术、治疗肿瘤或血管畸形等医疗中[1]。然而，由于该类手术难，手术时的不可预测因素较多，因此在手术前进行术前规划显得前规划是指依据患者的医学影像及其他资料合理制定手术方案并，进而指导医生根据预先制定的手术方案来合理执行手术。这方手术流程的规范化、标准化和手术疗效的提高都有着显著的作用

的血管结构复杂，尤其是人体大动脉以及心血管结构存在着大量心血管疾病患者的血管中甚至会出现部分狭窄、堵塞的情况，因规划十分重要。路径规划（Path Planning）是指生成一条从开始点 的可用路径，在该路径上行进的物体不能与其他物体发生碰撞。划技术能够自适应地生成一条血管内的从既定的导丝、导管插入，并且不穿插出血管壁外的路线，这能够大大地帮助医生进行术外科手术中潜在的有害因素，例如在导丝插入过程中对邻近组织手术持续时间等，从而有效地降低手术时存在的风险，提高手术文针对该问题，提出了一种新颖的三维血管导航路径自动规划技要包括了三维血管内的路径提取、血管狭窄区域检测、设立起始路径规划以及导航相机视角优化。血管导航路径自动规划技术的总结为如图 1.2 所示：

海大学硕士学位论文区域定义为：{ | ( , ) ( , ), {0,1,2,..., }, }K k jR x X d x P d x P j n j k(2-1)其中 X 为拥有特定距离函数d 的度量空间。对于距离函数，常用的有欧几得距离函数(2-2)和曼哈坦距离函数(2-3):2 21 2 1 1 2 2d ( P , P ) ( a b ) ( a b)(2-2)1 2 1 1 2 2d ( P , P ) | a b | | a b|(2-3)两种距离函数生成的维诺图如图 2.1 所示。
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本文编号：2868880