导管运动控制方法、介入手术系统、电子设备和存储介质技术方案

本发明专利技术提供了一种导管运动控制方法、介入手术系统、电子设备和存储介质，所述导管的末端安装有图像采集装置，所述方法包括：获取图像采集装置在目标器官所提供的空间中所采集的当前帧真实内窥图像以及与当前帧真实内窥图像相对应的当前帧虚拟内窥图像；对当前帧真实内窥图像和当前帧虚拟内窥图像进行匹配，以获取导管的末端的当前位姿偏差信息；根据当前位姿偏差信息以及预先获取的根据目标器官的三维模型规划好的目标运动路径，控制导管沿所述目标运动路径进行运动。本发明专利技术可以在术中实现导管运动的自动控制，无需人工干预，从而可以有效降低手术难度。同时，本发明专利技术可以实现导管运动的精确控制，有效减少对患者的伤害，提高手术安全性。高手术安全性。高手术安全性。

【技术实现步骤摘要】
导管运动控制方法、介入手术系统、电子设备和存储介质


[0001]本专利技术涉及图像处理
，特别涉及一种导管运动控制方法、介入手术系统、电子设备和存储介质。

技术介绍

[0002]微创介入技术是在术前医学影像(例如CT)和术中成像技术(例如医学电子内镜、微创介入磁共振、超声成像)共同引导下，以最小的创伤将器具或药物置入到病变组织，对其进行诊断或治疗的外科手术方法。微创介入技术以其出血少、创伤小、并发症少，安全可靠和术后恢复快等优点，在世界范围内得到了广泛应用。导管作为介入技术中最主要的工具，医生借助图像导航的引导，遥控导管运动到达病变位置进行介入治疗活诊断。
[0003]导管手术是将细长的且头部可弯曲的导管经口或鼻置入患者的下呼吸道，即经过声门进入气管和支气管以及更远端，通过安装于导管头部的图像采集装置直接观察气管和支气管的病变，并根据病变进行相应的检查和治疗。在实际操作过程中，医生手持导管，通过图像采集装置采集的图像实时观察支气管内的情况，控制导管伸缩或弯曲，到达目标位置后进行检查和治疗。。
[0004]基于定位系统的支气管检查，可以借助外部定位系统，如电磁定位系统，建立真实人体肺部及医学影像的映射关系，在医生操控导管时，实时提示导管末端在肺部的位置和姿态。然而引入电磁定位系统，会扩大患者的禁忌症范围，如不能为安装心脏起搏器或除颤器的患者进行检查，且电磁定位系统对周围环境也较为敏感。此外，现有的电磁定位系统，在术中无法和X光机/CT机联合使用，且现有的电磁定位系统在配准完成后，病人和磁场发生器之间的相对位姿不能改变，否则会大幅度影响导航精度，影响手术效果。
[0005]另外，现有技术中，导管的运动过程主要通过人工进行控制。然而，在传统导管手术过程中，人工操作导管在人体内部进行伸缩或弯曲运动的操作难度较大，且人工控制导管运动，由于运动精度较差，很可能会对病人造成伤害，安全性较低。此外，人工控制导管运动，导管的运动精度和手术效果由操作人员的经验和能力决定，手术效果差异大。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种导管运动控制方法、介入手术系统、电子设备和存储介质，可以解决现有技术中，人工控制导管运动，操作难度大，安全性低，控制精度低的问题。
[0007]为解决上述技术问题，本专利技术提供一种导管运动控制方法，所述导管的末端安装有图像采集装置，所述控制方法包括：
[0008]获取所述图像采集装置在目标器官所提供的空间中所采集的当前帧真实内窥图像以及与所述当前帧真实内窥图像相对应的当前帧虚拟内窥图像；
[0009]对所述当前帧真实内窥图像和所述当前帧虚拟内窥图像进行匹配，以获取所述导管的末端的当前位姿偏差信息；
[0010]根据所述当前位姿偏差信息以及预先获取的根据所述目标器官的三维模型规划好的目标运动路径，控制所述导管沿所述目标运动路径进行运动。
[0011]可选的，所述导管的末端还安装有位置传感器；
[0012]所述获取与所述当前帧真实内窥图像相对应的当前帧虚拟内窥图像包括：
[0013]获取所述导管的末端的当前位置信息；
[0014]根据所述当前位置信息以及所述目标运动路径，对所述目标器官的三维模型进行渲染，以获取与所述当前帧真实内窥图像相对应的当前帧虚拟内窥图像。
[0015]可选的，所述根据所述当前位置信息以及所述目标运动路径，对所述目标器官的三维模型进行渲染，包括：
[0016]根据所述当前位置信息，在所述目标运动路径上查找与所述当前位置距离最近的当前路径点；
[0017]根据所述当前路径点的位置信息以及所述当前路径点所对应的路径方向信息，对所述目标器官的三维模型进行渲染。
[0018]可选的，所述目标器官的三维模型通过以下步骤获得：
[0019]对预先获取的医学图像进行分割，以获取目标器官的掩膜图像；
[0020]根据所述目标器官的掩膜图像进行三维重建，以获取所述目标器官的三维模型。
[0021]可选的，所述对所述当前帧真实内窥图像和所述当前帧虚拟内窥图像进行匹配，以获取所述导管的末端的当前位姿偏差信息，包括：
[0022]对所述当前帧真实内窥图像进行特征提取，以获取第一特征点集；
[0023]对所述当前帧虚拟内窥图像进行特征提取，以获取第二特征点集；
[0024]对所述第一特征点集与所述第二特征点集进行匹配，以获取所述当前帧真实内窥图像与所述当前帧虚拟内窥图像之间的空间映射关系；
[0025]根据所述空间映射关系，获取所述导管的末端的当前位姿偏差信息。
[0026]可选的，所述对所述当前帧真实内窥图像进行特征提取，以获取第一特征点集，包括：
[0027]采用ORB算法对所述当前帧真实内窥图像进行特征提取，以获取第一特征点集；
[0028]所述对所述当前帧虚拟内窥图像进行特征提取，以获取第二特征点集，包括：
[0029]采用ORB算法对所述当前帧虚拟内窥图像进行特征提取，以获取第二特征点集。
[0030]可选的，所述对所述第一特征点集与所述第二特征点集进行匹配，以获取所述当前帧真实内窥图像与所述当前帧虚拟内窥图像之间的空间映射关系，包括：
[0031]对所述第一特征点集与所述第二特征点集进行匹配，以确定出相匹配的第一特征点和第二特征点；
[0032]根据所述第二特征点的像素坐标信息以及所述当前帧虚拟内窥图像在世界坐标系下所对应的位姿信息，获取所述第二特征点在世界坐标系下的位置信息；
[0033]根据所述第一特征点的像素坐标信息以及与其相匹配的第二特征点在世界坐标系下的位置信息，获取所述当前帧真实内窥图像在世界坐标系下所对应的位姿信息；
[0034]根据当前帧真实内窥图像在世界坐标系下所对应的位姿信息以及所述当前帧虚拟内窥图像在世界坐标系下所对应的位姿信息，获取所述当前帧真实内窥图像与所述当前帧虚拟内窥图像之间的空间映射关系。
[0035]可选的，所述当前帧虚拟内窥图像在世界坐标系下所对应的第二位姿信息通过以下过程获得：
[0036]根据所述当前帧虚拟内窥图像在所述三维模型坐标系下所对应的位置和方向信息以及预先获取的所述三维模型坐标系与所述世界坐标系之间的映射关系，获取所述当前帧虚拟内窥图像在世界坐标系下所对应的第二位姿信息。
[0037]可选的，所述三维模型坐标系与所述世界坐标系之间的映射关系，通过以下过程得到：
[0038]在所述目标器官的三维模型中确定多个目标标记点，并获取所述目标标记点在三维模型坐标系下的位置信息；
[0039]控制所述导管的末端移动至所述目标器官中的与所述目标标记点对应的目标位置处，并获取所述目标位置在世界坐标系下的位置信息；
[0040]根据所述目标标记点在所述三维模型坐标系下的位置信息以及所述目标位置在世界坐标系下的位置信息，获取所述三维模型坐标系与所述世界坐标系之间的映射关系。
[0041]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种导管运动控制方法，其特征在于，所述导管的末端安装有图像采集装置，所述控制方法包括：获取所述图像采集装置在目标器官所提供的空间中所采集的当前帧真实内窥图像以及与所述当前帧真实内窥图像相对应的当前帧虚拟内窥图像；对所述当前帧真实内窥图像和所述当前帧虚拟内窥图像进行匹配，以获取所述导管的末端的当前位姿偏差信息；根据所述当前位姿偏差信息以及预先获取的根据所述目标器官的三维模型规划好的所述导管的目标运动路径，控制所述导管沿所述目标运动路径进行运动。2.根据权利要求1所述的导管运动控制方法，其特征在于，所述导管的末端还安装有位置传感器；所述获取与所述当前帧真实内窥图像相对应的当前帧虚拟内窥图像包括：获取所述导管的末端的当前位置信息；根据所述当前位置信息以及所述目标运动路径，对所述目标器官的三维模型进行渲染，以获取与所述当前帧真实内窥图像相对应的当前帧虚拟内窥图像。3.根据权利要求2所述的导管运动控制方法，其特征在于，所述根据所述当前位置信息以及所述目标运动路径，对所述目标器官的三维模型进行渲染，包括：根据所述当前位置信息，在所述目标运动路径上查找与所述当前位置距离最近的当前路径点；根据所述当前路径点的位置信息以及所述当前路径点所对应的路径方向信息，对所述目标器官的三维模型进行渲染。4.根据权利要求1所述的导管运动控制方法，其特征在于，所述目标器官的三维模型通过以下步骤获得：对预先获取的医学图像进行分割，以获取目标器官的掩膜图像；根据所述目标器官的掩膜图像进行三维重建，以获取所述目标器官的三维模型。5.根据权利要求1所述的导管运动控制方法，其特征在于，所述对所述当前帧真实内窥图像和所述当前帧虚拟内窥图像进行匹配，以获取所述导管的末端的当前位姿偏差信息，包括：对所述当前帧真实内窥图像进行特征提取，以获取第一特征点集；对所述当前帧虚拟内窥图像进行特征提取，以获取第二特征点集；对所述第一特征点集与所述第二特征点集进行匹配，以获取所述当前帧真实内窥图像与所述当前帧虚拟内窥图像之间的空间映射关系；根据所述空间映射关系，获取所述导管的末端的当前位姿偏差信息。6.根据权利要求5所述的导管运动控制方法，其特征在于，所述对所述当前帧真实内窥图像进行特征提取，以获取第一特征点集，包括：采用ORB算法对所述当前帧真实内窥图像进行特征提取，以获取第一特征点集；所述对所述当前帧虚拟内窥图像进行特征提取，以获取第二特征点集，包括：采用ORB算法对所述当前帧虚拟内窥图像进行特征提取，以获取第二特征点集。7.根据权利要求5所述的导管运动控制方法，其特征在于，所述对所述第一特征点集与所述第二特征点集进行匹配，以获取所述当前帧真实内窥图像与所述当前帧虚拟内窥图像
之间的空间映射关系，包括：对所述第一特征点集与所述第二特征点集进行匹配，以确定出相匹配的第一特征点和第二特征点；根据所述第二特征点的像素坐标信息以及所述当前帧虚拟内窥图像在世界坐标系下所对应的位姿信息，获取所述第二特征点在世界坐标系下的位置信息；根据所述第一特征点的像素坐标信息以及与其相匹配的第二特征点在世界坐标系下的位置信息，获取所述当前帧真实内窥图像在世界坐标系下所对应的位姿信息；根据当前帧真实内窥图像在世界坐标系下所对应的位姿信息以及所述当前帧虚拟内窥图像在世界坐标系下所对应的位姿信息，获取所述当前帧真实内窥图像与所述当前帧虚拟内窥图像之间的空间映射关系。8.根据权利要求7所述的导管运动控制方法，其特征在于，所述当前帧虚拟内窥图像在世界坐标系下所对应的第二位姿信息通过以下过程获得：根据所述当前帧虚拟内窥...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹后俊，占雄，宋雪迎，吴井胜，杨智媛，
申请(专利权)人：上海微创微航机器人有限公司，
类型：发明
国别省市：