[发明专利]血管介入手术区域三维重建方法、系统及装置

权利要求书

1.血管介入手术区域三维重建方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤1、获取血管内超声图像作为输入帧；

步骤2、对输入帧进行图像预处理，提取兴趣点；

步骤3、估计血管内超声传感器的位姿，同时对兴趣点进行空间配准，获取兴趣点的三维空间位置坐标；

步骤4、根据三维空间位置坐标进行3D建模，并对建模后的图像进行渲染；

步骤5、持续获取输入帧，并依次执行步骤2至步骤4，形成实时连续图像视频流。

2.根据权利要求1所述的血管介入手术区域三维重建方法，其特征在于：所述图像预处理的具体过程如下：

首先读取输入帧；其次对输入帧进行灰度化操作；然后对输入帧进行中值滤波操作，去除孤立的噪声点；继续对图像进行Frost滤波，通过改变相应的参数值来调节滤波器对图像处理的效果。

3.根据权利要求2所述的血管介入手术区域三维重建方法，其特征在于：所述中值滤波操作的具体过程如下：

用某种结构的二维滑动模板，将板内像素按照像素值的大小进行排序，生成单调上升或下降的二维数据序列，将每一像素点的灰度值设置为该点某邻域窗口内的所有像素点灰度值的中值。

4.根据权利要求3所述的血管介入手术区域三维重建方法，其特征在于：所述Frost滤波的公式如下：

其中，(x,y)为需要被去噪的像素点的坐标，i和j表示在一定大小窗口内(x,y)的偏移，m(x+i,y+j)为像素值的加权值，具体计算公式为：

其中，K₁为滤波时候的参数；K为归一化常量；为该窗口在图像域内的变差系数的平方值；

5.根据权利要求1所述的血管介入手术区域三维重建方法，其特征在于：所述兴趣点的判断方法如下：

首先，从图片中选取任一个像素，并将该像素的灰度值设为l_p；

其次，设定一个合适的阈值t；

然后，以该像素点为中心设定一个离散化的Bresenham圆，获取这个圆的边界上的若干像素；

最后，在这个圆边界上选择n个连续的像素点，并判断这些连续像素点的像素值，如果这些连续像素点的像素值都比l_p+t大，或者都比l_p-t小，那么所选取的像素就是一个兴趣点。

6.根据权利要求1所述的血管介入手术区域三维重建方法，其特征在于：估计血管内超声传感器位姿的具体过程如下：

通过介入导管头部上的IMU传感器，感知导管头部的位姿信息，IMU传感器放置在导管头部，血管内超声传感器的后部，通过运动学解算对应信息获得血管内超声传感器的位姿。

7.根据权利要求1所述的血管介入手术区域三维重建方法，其特征在于：步骤3中兴趣点的三维空间位置坐标的确定方法如下：

将空间划分为若干个体元素,逐一处理，找到与等值面相交的体元，利用线性插值计算与等值面的交点，通过法向量确定等值面片的顺序，最后将这些面片连接起来，就完成了三维表面的重建，具体步骤如下：将图像的若干个切片读取到内存中；按照体元扫描其中部分切片；通过将体元的顶点值与所取得等值面值相比较，计算立方体的索引；使用索引从查找表中查找边列表；使用每个边缘顶点的灰度值，通过线性插值计算得到三角面片顶点的确切位置；计算每个体元顶点的单位法线，并将法线插值到三角形面片的每个顶点；输出三角形面片的顶点和法线。

8.血管介入手术区域三维重建系统，其特征在于：包括位姿感知模块、运动学解算模块、血管内超声成像模块、图像预处理模块、三维建模渲染模块以及外接的显示设备；其中，位姿感知模块通过感知血管内超声传感器的姿态信息，通过运动学解算对应信息获得血管内超声传感器的位姿；血管内超声成像模块与图像预处理模块能够获取图像上的二维信息，在三维建模与渲染模块进行整合，实现手术区域的实施重建，并通过显示设备输出。