(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210256819.9 (22)申请日 2022.03.16 (71)申请人 浙江工业大 学 地址 310014 浙江省杭州市拱 墅区潮王路 18号 (72)发明人 冯远静　潘轶昂　何建忠　曾庆润　 桑田　谢雷　胡启明　余江丽　 张家炜　 (74)专利代理 机构 浙江千克知识产权代理有限 公司 33246 专利代理师 赵芳 (51)Int.Cl. G06T 7/00(2017.01) G06T 7/246(2017.01) G06K 9/62(2022.01)G06V 10/762(2022.01) (54)发明名称 一种基于避障原理的动态神经重建跟踪方 法 (57)摘要 一种基于避障原理的动态神经重建跟踪方 法， 首先， 根据肿瘤的形状和大小构建障碍物模 型， 其次， 通过障碍物模型计算出纤维在不同位 置时的干扰矩阵。 然后用干扰矩阵来改变纤维跟 踪的方向， 使得最终的纤维能够避开肿瘤， 其中， 干扰矩阵的求解受到纤维方向分布和临床解剖 结构的条件约束； 最后， 计算干扰矩阵的最优参 数使得扰动后的纤维方向和估计方向的差值最 小； 此外， 用于定义干扰矩阵的肿瘤形状和大小 是利用多项式逼近算法进行拟合表面和参数优 化， 对障碍进行建模得到。 本发明能够使纤维在 重建过程中绕开肿瘤的同时精确重建， 最终使纤 维跟踪结果有效并的为神经外科医生提供手术 参考。 权利要求书2页 说明书5页 附图1页 CN 114757883 A 2022.07.15 CN 114757883 A 1.一种基于避障原理的动态神经重建跟踪方法， 其特 征在于， 所述方法包括以下步骤： 步骤一、 当获取到临床肿瘤患者的dMRI数据后转换为DWI数据， 对DWI的数据进行预处 理， 对DWI进行涡流校正， 然后进行运动矫正， 再结合b0图像， T1图像和T2图像对齐进行EPI 校正； 步骤二、 由医学专家在病人的医学影像上进行肿瘤的重建并标注起始区域和终止区 域， 通过多项式逼近算法进行表面的拟合， 以此获取肿瘤模型， 基于上述模型， 计算出纤维 每一个位置的干扰矩阵； 选取起始区域内体素峰值图像的方向作为初始方向； 步骤三、 基于所述干扰矩阵， 结合纤维跟踪的位置信息、 当前位置和邻域内的纤维方向 分布信息优化干扰矩阵中的每一个参数， 目的是使受到干扰后的跟踪方向符合临床解剖学 知识； 步骤四、 计算每一 步的纤维跟踪方向， 从而完整重建出神经纤维。 2.如权利要求1所述的一种基于避障原 理的动态神经重建跟踪方法， 其特征在于， 所述 步骤二中， 干扰矩阵满足以下 条件： 1.1)在进行纤维跟踪时， 如果当前跟踪点不在肿瘤影响范围内， 那么神经纤维跟踪将 完全依据神经纤维方向分布的信息， 即此时干扰矩阵将是一个单位矩阵， 它将不影响跟踪 方向； 1.2)当前跟踪点靠近肿瘤范围， 那么肿瘤方程生成的干扰矩阵会对当前跟踪方向进行 校正且校正的强度随着与肿瘤边界的距离减小 而增强， 干扰矩阵方程如下P( ξ )： 其中， I表示单位矩阵， n( ξ )表示法向量， t( ξ )表示切向量， 而ρ( ξ )， σ( ξ )分别代表当前 速度方向受n( ξ )， t( ξ )影响的权 重， ρ( ξ )， σ( ξ )的表达式如下 公式(2)中ρ0， σ0在避障原理中称为排斥力系数和切向系数， 在纤维重建过程中， 这两个 参数实为控制肿瘤形态特征对纤维走向方向选取 的影响大小； 满足函数τ是将切向影响控 制在设定的阈值当中， 满足函数表示 为： 其中， g为给定正常数， 为正阈值， v( ξ )为当前体素峰值图像的方向； 在接近肿瘤时， 将原始 的方向设置为当前位置指向终止区域的方向， 此设置保证了可 以跟踪至终止区域， 最终扰动 后的纤维方向表示 为： v2( ξ )＝P( ξ )v( ξ )           (4) 根据此方向选定固定步长进行下一步的跟踪， 依此算出每一步方向直至到达终止区 域。权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114757883 A 23.如权利要求2所述的一种基于避障原 理的动态神经重建跟踪方法， 其特征在于， 所述 步骤三中， 动态优化干扰矩阵的过程 为： 首先， 会对当前位置周围26领域的体素峰值图像的方向进行聚类运算， 后对结果进行 降序排序； 然后， 取前3类方向中各自离当前位置最近的体素所对应的方向， 把这个方向看 作是所需接近的目标方向； 其 次， 通过优化干扰矩阵中的排斥力参数、 切向方向权重ρ0, σ0、 满足函数系数g， 使受干扰矩阵校正后的估计方向Vnew与Vdir目标方向差值 最小， 即： D( ξ )表示当前位置与障碍物中心距离， M( ξ )表示在当前位置的前提下障碍物中心距曲 面距离， thr 表示根据肿瘤形态和大小设定的距离阈值。 4.如权利要求3所述的一种基于避障原 理的动态神经重建跟踪方法， 其特征在于， 当神 经纤维跟踪远离肿瘤时， 不受到障碍方程的校正； 当接近肿瘤时， 将肿瘤比作一个障碍物， 并对其进行建模， 肿瘤用一个方程式表示， 设F( ξ )为： 其中， (x0,y0,z0)表示肿瘤中心坐标,a,b,c,d,e,f分别是系数， 令F( ξ )＝C， 通过多项式 逼近算法进行曲面的拟合 来构建障碍物模型。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114757883 A 3