[发明专利]血管介入手术区域三维重建方法、系统及装置

说明书

本发明公开了血管介入手术区域三维重建方法、系统及装置，获取血管内超声图像，图像处理系统获取输入帧；对输入帧采取图像预处理；对预处理后的图像进行兴趣点的提取；计算血管内超声传感器的位姿，同时对兴趣点进行空间配准；基于特征点进行增强现实3D建模；进行基于深度学习的图像渲染；加入后续输入帧，重复上述过程，形成实时连续图像视频流；通过显示器播放实时视频流。与现有技术相比，本发明能够为医生提供血管介入导管头部手术区域的三维可视化信息，从而辅助医生更好地实施血管介入手术。利用介入导管推进的长度得到图像的深度信息，从而弥补了从血管内超声获得的二维图像缺少空间尺度信息的不足。

技术领域

本发明属于血管介入手术区域三维重建领域，具体涉及一种血管介入手术区域三维重建方法、系统及装置。

背景技术

血管介入手术是指通过穿刺血管，导丝、导管等器械进入体内对血管内病变进行诊治的一种方式，属于微创操作的一种。具有操作精确、手术时间短、手术创伤小、术后恢复时间短、患者遭受的痛苦轻等优势，逐渐成为治疗心血管疾病的主要手段之一。

血管内超声(intravenous ultrasound，IVUS)是指无创性的超声技术和有创性的导管技术相结合，使用末端连接有超声探针的特殊导管进行的医学成像技术。IVUS利用超声原理来探测血管内、血管壁及周围组织的结构，可用于指导血管介入治疗，堪称心血管介入术中医生的“火眼金睛”。

增强现实技术(Augmented Reality，AR)是一种能够将虚拟信息和真实世界巧妙融合的技术，基于增强现实的内窥镜投影方法，通过三维重建和空间坐标变换，在虚拟的术前三维模型中生成内窥镜投影视图，在三维模型的准确结构信息上补充内窥镜影像的真实细节信息，为医生提供更加直观、真实的手术信息。

现有的血管介入手术机器人大多需要医生远程观看显示器上显示的血管造影信息判断导管的位置与状态，如西门子CorPath GRX系统。

传统的医学影像设备(如CT、X射线、IVUS等)获得的都是二维图像序列，该图像序列按照一定的规则从一个角度间隔采样获得，信息不全。在手术过程中，医生通常需要比对大量图像，耗费大量时间精力。而且图像中导管位置的确定还需依赖医生对二维图像的空间想象力，依赖于医生的读图经验，延长了手术时间，限制了手术效果。

为此，为医生提供血管介入导管头部手术区域的可视化信息，从而辅助医生更好地实现血管介入手术，是目前亟待解决的问题，也能提高血管介入手术机器人的使用效果。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种血管介入手术区域三维重建方法，解决了现有技术中医生手术时候看二维图像不直观的问题。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

血管介入手术区域三维重建方法，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。

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。

所述中值滤波操作的具体过程如下：