导丝介入形态识别方法、导丝弯曲势能超限判别方法及介入机器人技术

本发明专利技术公开了导丝介入形态识别方法、导丝弯曲势能超限判别方法及介入机器人，识别方法包括：利用成像设备采集介入手术中的患者的图像图像中包含介入手术中的导丝尖端的图像信息；对图像I

【技术实现步骤摘要】
导丝介入形态识别方法、导丝弯曲势能超限判别方法及介入机器人


[0001]本专利技术涉及导丝介入控制领域，尤其涉及一种导丝介入形态识别方法、导丝弯曲势能超限判别方法及介入机器人。

技术介绍

[0002]导丝和导管是血管介入手术中的主要介入器械，其中导丝的作用是在医师或者介入机器人的控制下通过细小的血管分支，到达病变区域，建立介入通道。
[0003]微导丝的尖端为线性弹簧，直径约微0.014英寸。在血管中，微导丝遇到梗阻或分支，受血管壁阻力会发生弯曲形变，在其结构中积聚弹性势能。较高弹性势能释放的瞬间导丝可能会戳破血管壁，造成手术风险。
[0004]以上
技术介绍
内容的公开仅用于辅助理解本专利技术的专利技术构思及技术方案，其并不必然属于本专利申请的现有技术，也不必然会给出技术教导；在没有明确的证据表明上述内容在本专利申请的申请日之前已经公开的情况下，上述
技术介绍
不应当用于评价本申请的新颖性和创造性。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种识别精度高的导丝介入形态识别方法，通过识别介入血管的导丝的形态，来判定导丝尖端的弯曲势能是否超限，以此来阻止弯曲势能超限的导丝尖端继续介入过程，降低手术风险。
[0006]为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：
[0007]一种导丝介入形态识别方法，用于识别介入手术中的导丝的形态，识别方法包括以下步骤：
[0008]利用成像设备采集介入手术中的患者的图像所述图像中包含介入手术中的导丝尖端的图像信息；
[0009]对所述图像I
t
的元素进行导丝尖端特征判别，以将其转换为导丝分割图像S
t
∈{0,1}
H
×
W
；
[0010]从所述导丝分割图像中提取符合导丝尖端特征的点，得到点集X＝{x
i
；S
i
＝1,i≤N}，其中，N为符合导丝尖端特征的点的数量；
[0011]对所述点集X构建图邻接矩阵A；
[0012]在所述图邻接矩阵A中，通过邻接矩阵A的特性确定所述点集X中连接度符合预设条件的两个点，作为导丝尖端的首尾端点候选点；
[0013]以其中一个候选点作为起点，遍历所述点集X以到达另一个候选点；
[0014]记录两者之间的路径点集p＝{x1,x2,
…
,x
P
}，以得到所述导丝尖端的形态曲线。
[0015]进一步地，承前所述的任一技术方案或多个技术方案的组合，所述通过邻接矩阵A的特性确定所述点集X中连接度符合预设条件的点包括：
[0016]在所述图邻接矩阵A中，对其中的各行向量进行元素求和，确定求和结果达到预设的连接度阈值的目标行向量，并进一步确定该目标行向量对应的所述点集X中的点作为导丝尖端的首尾端点候选点；或者，
[0017]在所述图邻接矩阵A中，对其中的各列向量进行元素求和，确定求和结果达到预设的连接度阈值的目标列向量，并进一步确定该目标列向量对应的所述点集X中的点作为导丝尖端的首尾端点候选点；或者，
[0018]在所述图邻接矩阵A中，对其中的各行向量、各列向量分别进行元素求和，确定求和结果达到预设的连接度阈值的目标行向量和目标列向量，并进一步确定该目标行向量和目标列向量对应的所述点集X中的点作为导丝尖端的首尾端点候选点。
[0019]进一步地，承前所述的任一技术方案或多个技术方案的组合，若确定到的首尾端点候选点为不止两个，则枚举多种首尾端点的组合，并遍历所述点集X以确定所述多种首尾端点的组合对应的路径点集p；或者，基于两个首尾端点候选点，遍历所述点集X确定到多个路径点集p；并且，
[0020]设计基于导丝曲线长度和弯曲能量的目标函数，以从多个路径点集p中确定最优点集。
[0021]进一步地，承前所述的任一技术方案或多个技术方案的组合，设计基于导丝曲线长度和弯曲能量的目标函数为：
[0022]其中，α为平衡系数，L为导丝尖端的实际曲线长度，L
′
为导丝尖端在图像中的所占像素的长度，SID为所述成像设备的光源到探测器的距离，SOD为所述成像设备的光源到患者区域的距离，U为所述导丝尖端的弯曲势能；
[0023]计算各个路径点集p对应的目标函数值，以目标函数值最小的对应路径点集p作为所述最优点集。
[0024]进一步地，承前所述的任一技术方案或多个技术方案的组合，所述导丝尖端为曲线弹簧，以所述路径点集p中的点为弹簧结点，相邻两个弹簧结点采用直杆表示，相邻两个直杆之间的夹角为弹簧应变，所述导丝尖端的弯曲势能采用如下公式计算得到：
[0025]其中，k为与直杆刚度相关的弹簧常数，U(j)为第j个直杆与第j+1个直杆间的弯曲势能，θ
j
为第j个直杆与第j+1个直杆间的夹角。
[0026]进一步地，承前所述的任一技术方案或多个技术方案的组合，若确定到的首尾端点候选点为不止两个，则向与所述成像设备连接的状态机查询信号，以确定所述图像I
t
是否为初始帧图像，若否，则获取前一帧图像I
t
‑1的帧间先验信息，并根据所述帧间先验信息从多个首尾端点候选点中确定一个首端候选点和一个尾端候选点。
[0027]进一步地，承前所述的任一技术方案或多个技术方案的组合，所述成像设备为X光机，所述状态机被配置为监测所述X光机是否移动或X光机的成像是否丢帧，若是，则所述图像I
t
为初始帧图像，否则所述图像I
t
为非初始帧图像。
[0028]进一步地，承前所述的任一技术方案或多个技术方案的组合，若所述图像I
t
为初始帧图像，则枚举多种首尾端点的组合，并遍历所述点集X以确定所述多种首尾端点的组合对应的路径点集p；或者，基于两个首尾端点候选点，遍历所述点集X确定到多个路径点集p；并且，
[0029]设计基于导丝曲线长度和弯曲能量的目标函数，以从多个路径点集p中确定最优点集。
[0030]进一步地，承前所述的任一技术方案或多个技术方案的组合，若确定到的首尾端点候选点为不止两个，则通过过滤算法去除所述首尾端点候选点中的异常点。
[0031]进一步地，承前所述的任一技术方案或多个技术方案的组合，利用数学方法描述所述导丝尖端的形态曲线为具备拓扑连续的曲线。
[0032]进一步地，承前所述的任一技术方案或多个技术方案的组合，描述所述导丝尖端的曲线结构为γ:c
→
p，其中，γ为从连续实数c到所述路径点集p的连续映射。
[0033]根据本专利技术的另一方面，本专利技术提供了一种基于形态学的导丝弯曲势能计算方法，用于计算介入手术中的导丝尖端的弯曲势能，其中，所述导丝尖端为曲线弹簧，所述势能计算方法包括：
[0034]利用如上所述的导丝介入形态识别方法，得到所述导丝尖端的首尾端点之间的路径点集p；
[0035]以所述路径点集p中的点为所述导本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种导丝介入形态识别方法，用于识别介入手术中的导丝的形态，其特征在于，识别方法包括以下步骤：利用成像设备采集介入手术中的患者的图像所述图像中包含介入手术中的导丝尖端的图像信息；对所述图像I
t
的元素进行导丝尖端特征判别，以将其转换为导丝分割图像S
t
∈{0,1}
H
×
W
；从所述导丝分割图像中提取符合导丝尖端特征的点，得到点集X＝{x
i
；S
i
＝1,i≤N}，其中，N为符合导丝尖端特征的点的数量；对所述点集X构建图邻接矩阵A；在所述图邻接矩阵A中，通过邻接矩阵A的特性确定所述点集X中连接度符合预设条件的两个点，作为导丝尖端的首尾端点候选点；以其中一个候选点作为起点，遍历所述点集X以到达另一个候选点；记录两者之间的路径点集p＝{x1,x2,
…
,x
P
}，以得到所述导丝尖端的形态曲线。2.根据权利要求1所述的导丝介入形态识别方法，其特征在于，所述通过邻接矩阵A的特性确定所述点集X中连接度符合预设条件的点包括：在所述图邻接矩阵A中，对其中的各行向量进行元素求和，确定求和结果达到预设的连接度阈值的目标行向量，并进一步确定该目标行向量对应的所述点集X中的点作为导丝尖端的首尾端点候选点；或者，在所述图邻接矩阵A中，对其中的各列向量进行元素求和，确定求和结果达到预设的连接度阈值的目标列向量，并进一步确定该目标列向量对应的所述点集X中的点作为导丝尖端的首尾端点候选点；或者，在所述图邻接矩阵A中，对其中的各行向量、各列向量分别进行元素求和，确定求和结果达到预设的连接度阈值的目标行向量和目标列向量，并进一步确定该目标行向量和目标列向量对应的所述点集X中的点作为导丝尖端的首尾端点候选点。3.根据权利要求1所述的导丝介入形态识别方法，其特征在于，若确定到的首尾端点候选点为不止两个，则枚举多种首尾端点的组合，并遍历所述点集X以确定所述多种首尾端点的组合对应的路径点集p；或者，基于两个首尾端点候选点，遍历所述点集X确定到多个路径点集p；并且，设计基于导丝曲线长度和弯曲能量的目标函数，以从多个路径点集p中确定最优点集。4.根据权利要求3所述的导丝介入形态识别方法，其特征在于，设计基于导丝曲线长度和弯曲能量的目标函数为：其中，α为平衡系数，L为导丝尖端的实际曲线长度，L
′
为导丝尖端在图像中的所占像素的长度，SID为所述成像设备的光源到探测器的距离，SOD为所述成像设备的光源到患者区域的距离，U为所述导丝尖端的弯曲势能；计算各个路径点集p对应的目标函数值，以目标函数值最小的对应路径点集p作为所述最优点集。5.根据权利要求4所述的导丝介入形态识别方法，其特征在于，所述导丝尖端为曲线弹簧，以所述路径点集p中的点为弹簧结点，相邻两个弹簧结点采用直杆表示，相邻两个直杆之间的夹角为弹簧应变，所述导丝尖端的弯曲势能采用如下公式计算得到：
其中，k为与直杆刚度相关的弹簧常数，U(j)为第j个直杆与第j+1个直杆间的弯曲势能，θ
j
为第j个直杆与第j+1个直杆间的夹角。6.根据权利要求1所述的导丝介入形态识别方法，其特征在于，若确定到的首尾端点候选点为不止两个，则向与所述成像设备连接的状态机查询信号，以确定所述图像I
t
是否为初始帧图像，若否，则获取前一帧图像I
t
‑1的帧间先验信息，并根据所述帧间先验信息从多个首尾端点候选点中确定一个首端候选点和一个尾端候选点。7.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：陆骊工，占美晓，朱建军，赵炜，
申请(专利权)人：珠海市人民医院，
类型：发明
国别省市：