[发明专利]血管介入手术的增强现实辅助方法及装置

权利要求书

1.一种血管介入手术的增强现实辅助方法，其特征在于，

在术前，将病患的体数据与模板人体模型进行非刚性匹配，得到病患的静态人体模型，所述模板人体模型包含人体表面三维网格模型以及嵌入在人体表面内的血管几何三维网格模型；

在术中，实时获取病患的血管造影图像P及人体表面深度图像，并计算血管造影图像P到静态人体模型的配准变换函数f1以及静态人体模型到人体表面深度图像的配准变换函数f2，然后将血管造影图像P通过映射f2(f1(P))变换后投影至病患身体上，获得与三维物理空间一致且包含导丝导管位置和血管几何信息的血管造影图像三维投影。

2.如权利要求1所述血管介入手术的增强现实辅助方法，其特征在于，所述配准变换函数f1是基于血管骨架的先验知识，使用基于模拟退火的随机采样算法计算得到。

3.如权利要求2所述血管介入手术的增强现实辅助方法，其特征在于，所述基于模拟退火的随机采样算法中的配准打分函数设置如下：

以图像中心的骨架分支点为根结点，建立树结构T；对血管造影图像P中的树结构与静态人体模型中树结构进行树结构匹配搜索，在上一时刻的静态人体模型附近搜索分支点x，遍历其骨架图上的邻居节点，形成树结构T’；在T’中寻找子树与血管造影图像P中获得的树结构进行匹配，若不存在匹配，则配准分数S设置为0；如匹配，则以各分支点之间的坐标差求和的倒数作为配准分数S。

4.如权利要求2所述血管介入手术的增强现实辅助方法，其特征在于，所述基于模拟退火的随机采样算法的搜索方案设置如下：初始化时，在导丝导管递入初始位置附近进行随机采样；初始化之后的配准中，以上一时刻所计算的配准变化f1’为参考值，使用对变换f1’进行随机扰动获得随机采样的配准变换。

5.如权利要求4所述血管介入手术的增强现实辅助方法，其特征在于，扰动中分别对变换f1’的平移和旋转加上服从高斯分布的噪声，高斯分布的标准差随着模拟退火中温度的降低而变小。

6.如权利要求1～5任一项所述血管介入手术的增强现实辅助方法，其特征在于，还包括：在术中，根据导丝导管位置和血管几何信息实时计算导丝导管前端处的血流流量、血压，并将其映射成颜色展示在骨架上，从而得到仿真分析数据；然后使用配准变换函数f2将所述仿真分析数据变换后投影至病患身体上，获得与三维物理空间一致的仿真分析结果投影。

7.如权利要求6所述血管介入手术的增强现实辅助方法，其特征在于，血流流量、血压的计算方法具体如下：根据导丝导管位置和血管几何信息构建血管骨架树(V,E)，其中V为血管骨架树上的顶点集合，E为血管骨架树上顶点的连接边集合；对于每条骨架树上的边e={vi, vj}，其中vi，vj是边e的两个顶点，根据Poiseuille模型建立vi、vj处流量Q_e与血压ΔP_e变化的线性关系Q_e=k_eΔP_e，其中系数k_e是与血管半径相关的常数；然后根据血管树的邻接关系，以心脏血压为边界条件，综合每条边上的线性方程，加入分叉点处流量流入流出值相等的线性方程，形成线性方程组；最后通过求解此线性方程组实时获得各血管处的血压分布及血流流量。

8.如权利要求6所述血管介入手术的增强现实辅助方法，其特征在于，通过透明度设置将仿真分析结果投影与血管造影图像三维投影叠加显示。