一种基于X光图像的介入器械前端受力检测方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于X光图像的介入器械前端受力检测方法及系统，该方法包括预先确定介入器械前端的弹性模量；获取未与血管壁接触时介入器械前端的X光图像，计算初始曲率半径；获取与血管壁接触后介入器械前端的X光图像，计算当前曲率半径；根据弹性模量、初始曲率半径和当前曲率半径，得到介入器械前端的受力。通过术中介入器械的X光图像分析介入器械前端的受力情况，从而可以直接测量介入器械前端与血管壁接触前后的受力状况，进而得到准确的受力信息，为医生或血管介入机器人判断介入器械与血管壁的接触状态提供了准确可靠的数据支持，该方法无需改变现有介入器械的结构，成本更低，易于实现。易于实现。易于实现。

【技术实现步骤摘要】
一种基于X光图像的介入器械前端受力检测方法及系统


[0001]本专利技术涉及图像处理以及手术器械力学分析
，更具体的说是涉及一种基于X光图像的介入器械前端受力检测方法及系统。

技术介绍

[0002]目前，在血管介入手术中，介入器械前端所受的力对于医生判断器械与血管壁或病灶的接触状态具有非常重要的作用。传统的器械前端受力分析一般由人工手动完成，需要医生在后端手动推送器械时通过手指感知器械推送阻力来判断器械前端与血管壁的接触状态。为了精确测量推送力，利用机器人代替医生来对导管进行操作，并在机器人上安装力传感器，以对器械推送操作力进行量化检测。但是，无论是医生感知的推送力还是机器人力传感器检测的推送力，实质上是器械前端与血管壁接触力以及器械侧部与血管壁摩擦力综合作用的结果，并不能精确反映器械前端与血管壁接触的情况。
[0003]为了精确检测器械前端与血管壁的接触力信息，科学家与工程师通过各种方法将微小型传感器置于器械前端以检测接触力。但由于介入器械，无论是是导管还是导丝，其本身的直径就很小，再将传感器置入器械前端，不仅面临尺寸限制问题，还面临信号与能源传送问题，实用性并不强，所以未得到广泛应用。
[0004]因此，如何提供一种精确、便捷、实用性更强的介入器械前端受力检测方法是本领域技术人员亟需解决的问题。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术提供了一种基于X光图像的介入器械前端受力检测方法及系统，通过介入器械的X光图像分析介入器械前端的受力情况，解决了现有的介入器械前端检测方式不够准确、便捷的问题。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0007]一方面，本专利技术提供了一种基于X光图像的介入器械前端受力检测方法，该方法包括：
[0008]预先确定介入器械前端的弹性模量；
[0009]预先对X光成像设备的内参以及至少两个观察位置的外参进行标定，获得观测位置的投影矩阵；
[0010]获取未与血管壁接触时介入器械前端的X光图像，并计算未与血管壁接触时介入器械前端产生弯曲变形部位的初始曲率半径；
[0011]获取与血管壁接触后介入器械前端的X光图像，并计算与血管壁接触后介入器械前端产生弯曲变形部位的当前曲率半径；
[0012]根据所述弹性模量、所述初始曲率半径和所述当前曲率半径，计算得到介入器械前端的受力。
[0013]本专利技术中预先对X光成像设备的内参以及待观测位置的外参进行标定的过程具体
为：假设C型臂X光机的相机内参矩阵为K，标定后不会调整，术中参数与术前保持一致。对术中进行观测的n个不同角度位置(n≥2)进行相机外参标定，假设外参分别为Rn与Tn。则C臂X光机在这n个位置的投影矩阵为Mn＝K
×
[Rn Tn]。
[0014]进一步地，所述初始曲率半径或所述当前曲率半径的获取过程具体包括：
[0015]从多个待观测位置中随机选择两个位置，得到两个投影矩阵，并分别拍摄选出的两个位置的X光图像；
[0016]分别检测介入器械在两个所述X光图像中的投影，并进行立体匹配，得到一对匹配点；
[0017]根据所述两个投影矩阵和所述一对匹配点的图像坐标，计算得到所述一对匹配点对应的空间点的三维空间坐标；
[0018]获取介入器械前端弯曲变形部位至少三个空间点的三维空间坐标，并将所述至少三个空间点拟合得到空间平面；
[0019]分别计算所述至少三个空间点在所述空间平面上的投影点，并将所述投影点在所述空间平面上拟合得到投影圆；
[0020]计算所述投影圆的半径，得到介入器械前端产生弯曲变形部位的初始曲率半径或当前曲率半径。
[0021]进一步地，所述介入器械前端的受力的计算公式为：
[0022]ΔF＝E
·
|r
1-r0|
[0023]其中，ΔF为介入器械前端的受力，E为弹性模量，r1为当前曲率半径，r0为初始曲率半径。
[0024]由于在初始曲率半径r0状态下，介入器械前端所受的力不计(认为0)，因此曲率半径r1状态下器械前端所受的力大小即为ΔF。
[0025]另一方面，本专利技术还提供了一种基于X光图像的介入器械前端受力检测系统，该系统包括：
[0026]输入设备，用于录入预先确定好的介入器械前端的弹性模量；
[0027]X光成像设备，用于获取未与血管壁接触时介入器械前端的X光图像，还用于获取与血管壁接触后介入器械前端的X光图像；以及
[0028]处理器，用于接收所述X光成像设备获取到的未与血管壁接触时介入器械前端的X光图像，计算未与血管壁接触时介入器械前端产生弯曲变形部位的初始曲率半径；并接收与血管壁接触后介入器械前端的X光图像，计算与血管壁接触后介入器械前端产生弯曲变形部位的当前曲率半径；根据所述弹性模量、所述初始曲率半径和所述当前曲率半径，计算介入器械前端的受力。
[0029]进一步地，上述系统还可以包括显示设备，用于实时显示介入器械前端的受力数据，从而方便使用者查看受力信息。
[0030]进一步地，所述X光成像设备为C型臂X光机。C型臂X光机由C型的机架、产生x射线的球管、采集图像的影像增强器和CCD摄像机以及图像处理的工作站组成。主要用于各种手术中的造影、摄影等工作。另外也区别于该形状的其他x射线设备比如：U型臂，G形臂等等，也可以用作本专利技术中的X光成像设备。
[0031]经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本专利技术公开提供了一种基于X光图像
的介入器械前端受力检测方法及系统，通过术中介入器械的X光图像分析介入器械前端的受力情况，从而可以直接测量介入器械前端与血管壁接触前后的受力状况，进而得到准确的受力信息，为医生或血管介入机器人判断介入器械与血管壁的接触状态提供了准确可靠的数据支持，该方法无需改变现有介入器械的结构，成本低更低，易于实现。
附图说明
[0032]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
[0033]图1为本专利技术提供的一种基于X光图像的介入器械前端受力检测方法的流程示意图；
[0034]图2为本专利技术实施例中未与血管壁接触时介入器械前端的受力状态示意图；
[0035]图3为本专利技术实施例中与血管壁接触的某一时刻介入器械前端的受力状态示意图；
[0036]图4为本专利技术提供的一种基于X光图像的介入器械前端受力检测系统的结构架构示意图；
[0037]图5为本专利技术实施例中双C型臂系统的结构示意图。
具体实施方式
[0038]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于X光图像的介入器械前端受力检测方法，其特征在于，包括：预先确定介入器械前端的弹性模量；预先对X光成像设备的内参以及至少两个观察位置的外参进行标定，获得观测位置的投影矩阵；获取未与血管壁接触时介入器械前端的X光图像，并计算未与血管壁接触时介入器械前端产生弯曲变形部位的初始曲率半径；获取与血管壁接触后介入器械前端的X光图像，并计算与血管壁接触后介入器械前端产生弯曲变形部位的当前曲率半径；根据所述弹性模量、所述初始曲率半径和所述当前曲率半径，计算得到介入器械前端的受力。2.根据权利要求1所述的一种基于X光图像的介入器械前端受力检测方法，其特征在于，所述初始曲率半径或所述当前曲率半径的获取过程具体包括：从多个待观测位置中随机选择两个位置，得到两个投影矩阵，并分别拍摄选出的两个位置的X光图像；分别检测介入器械在两个所述X光图像中的投影，并进行立体匹配，得到一对匹配点；根据所述两个投影矩阵和所述一对匹配点的图像坐标，计算得到所述一对匹配点对应的空间点的三维空间坐标；获取介入器械前端弯曲变形部位至少三个空间点的三维空间坐标，并将所述至少三个空间点拟合得到空间平面；分别计算所述至少三个空间点在所述空间平面上的投影点，并将所述投影点在所述空间平面上拟合得到投影圆；计...

【专利技术属性】
技术研发人员：孟偲，李宁，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：