一种血管3D构型定位方法及装置

技术领域

本发明涉及超声技术领域，特别是涉及一种血管3D构型定位方法及装置。

背景技术

现有的超声诊断设备可配备二维、三维成像探头。二维探头分为线阵、凸阵及相控阵等类别，均由一组压电陶瓷(或单晶、复合材料)阵元排列在直线上成为一个阵列构成，医生手持探头在人体不同部位扫描成像。三维探头主要有两种方法：一种是机械扫描三维探头，即将二维探头阵列结合机械扫描装置密封在一个探头内，机械装置控制二维探头阵列来回摆动获得不同位置的二维超声图像，计算机重建为三维图像；另一种是采用三维面阵探头，压电陶瓷(或单晶、复合材料)阵元排列为正方形，直接获得三维空间不同点的回波信息进行三维成像。

目前，超声定位诊断定位方法及设备无法在人体较长的动脉或静脉血管，难以采集得到得到完整的血管实时影像，定位不精准从而导致疾病诊断出现误差。

因此，提供一种通过在血管腔内对血管进行3D构型，实现血管内超声探头精准定位的血管3D构型定位方法及装置是本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种通过对血管进行3D构型，实现血管内超声探头精准定位的血管3D构型定位方法及装置，该方法简单，安全、有效、可靠且操作简便，能高效地对血管进行3D构型，实现血管内超声探头精准定位。

基于以上目的，本发明提供的技术方案如下：

一种血管3D构型定位方法，包括如下步骤：

选定N个标定点，建立3D基准坐标系A；

固定人体使其与所述3D基准坐标系A呈相对静止状态；

在超声探头内选定N个标定点，建立3D坐标系B；

根据所述3D基准坐标系A，获取人体内超声探头所截取的多个截面位置、方向和图形的数据；

根据所述截面位置、方向和图形的数据，获取3D坐标系B在各个截面中的位置；

在各个截面中的3D坐标系B中选取同一属性区域的边界线；

曲面拟合多条边界线，形成3D血管构型；

其中，N为大于或等于4的正整数。

优选地，所述选定N个标定点，建立3D基准坐标系A，具体为，以患者所躺的病床支撑座底部与地面交点为原点，以所述病床支撑座三边为xyz轴，形成Oxyz空间直角坐标系，其他标定点分别落在所述病床支撑座三边上。

优选地，所述相对静止状态具体为，所述支撑座与病床构成的整体能相对所述原点发生一定角度的偏转和一定距离的移动，该偏转和移动不会照成基座和病床间的位置和形态的变化。

优选地，所述在超声探头内选定N个标定点，建立3D坐标系B，具体为，以超声探头重心为原点，以超声探头重心到超声探头前端为x轴方向建立三条两两垂直的数轴，形成0xyz空间直角坐标系，其他标定点分别落在xyz轴上。

优选地，所述获取所述超声探头截面位置、方向和图形的数据，还包括如下步骤：

以植入探头处为起始点，匀速移动超声探头；

根据超声探头移动预设间隔距离，在目标血管中每个间隔距离点获取截面位置、方向和图形。

优选地，所述根据所述截面位置、方向和图形的数据，获取3D坐标系B在各个截面中的位置之前，还包括：正向/逆向排布多个所述超声探头截面位置、方向和图形的数据。

一种血管3D构型定位装置，包括超声部件、定位部件和控制器；

所述定位部件包括第一定位部件和第二定位部件；

所述第一定位部件安装在所述超声部件内部，用于在血管内定位；

所述第二定位部件与所述超声部件连接，用于固定人体及接收定位信号；

所述控制器分别与所述超声部件和所述第二定位部件连接。

优选地，所述第一定位部件具体为两个定位标签；

所述超声部件包括导管、导丝、导管驱动器、主机和超声发生器；

所述主机与所述导管驱动器连接；

所述导管驱动器与所述导管连接；

所述导管内部设有所述导丝，所述导管在所述导管驱动器的驱动下沿所述导丝移动；

所述导管内壁上还设有两个定位标签和超声发生器，所述超声发生器位于两个所述定位标签之间。

优选地，所述第二定位部件包括体位固定装置、接收定位装置和记录标定装置；

所述体位固定装置用于固定人体使其与3D坐标系中基准平面呈相对静止状态；

所述接收定位装置与两个所述定位标签连接，用于接收定位信息；

所述记录标定装置与所述接收定位装置连接，用于根据定位信息，记录所述定位标签在3D坐标系中坐标。

优选地，所述控制器分别与所述导管驱动器和超声发生器连接；

所述控制器分别与所述接收定位装置和记录标定装置连接；

所述控制器用于控制上述装置的开启/关闭，其具体为PLC或DCS中的一种。

本发明提供的血管3D构型定位方法通过在固定位置选定N个标定点，建立3D基准坐标系，固定人体后在超声探头内的建立3D坐标系；之后通过匀速移动超声探头截取多个截面位置、方向探头沿血管移动的方向和图形；根据上述数据获取3D坐标系在各个截面中的位置后，在各个截面中的3D坐标系B中选取同一属性区域的边界线；曲面拟合多条边界线，形成3D血管构型。该方法简单，安全、有效、可靠且操作简便，通过将3D基准坐标系作为参照获取超声探头在血管移动的位置，达到定位效果。通过整合多个变化幅度微小的截面位置、方向和图形中获取3D坐标系在各截面中的位置，再通过在3D坐标系中选取定位点从而形成3D血管构型；该方法能高效地对血管进行3D构型，实现血管内超声探头精准定位。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的一种血管3D构型定位方法的流程图；

图2为本发明实施例提供的一种血管3D构型定位方法的具体流程图；

图3为本发明实施例提供的一种血管3D构型定位装置的结构图；

图4为本发明实施例提供的超声部件与定位部件的结构示意图；

图5为本发明实施例一种血管3D构型定位方法的步骤S1和步骤S2示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例采用递进的方式撰写。

本发明实施例提供了一种血管3D构型定位方法。主要解决现有技术中，超声定位诊断定位方法及设备无法在人体较长的动脉或静脉血管，采集得到得到完整的血管实时影像，定位不精准从而导致疾病诊断出现误差的技术问题。

一种血管3D构型定位方法，包括如下步骤：

S1.选定N个标定点，建立3D基准坐标系A；

S2.固定人体使其与3D基准坐标系A呈相对静止状态；

S3.在超声探头内选定N个标定点，建立3D坐标系B；

S4.根据3D基准坐标系A，获取人体内超声探头所截取的多个截面位置、方向和图形的数据；

S5.根据截面位置、方向和图形的数据，获取3D坐标系B在各个截面中的位置；

S6.在各个截面中的3D坐标系B中选取同一属性区域的边界线；

S7.曲面拟合多条边界线，形成3D血管构型；

其中，N为大于或等于4的正整数。

本发明提供的血管3D构型定位方法通过在固定位置选定N个标定点，建立3D基准坐标系，固定人体后在超声探头内的建立3D坐标系；之后通过匀速移动超声探头截取多个截面位置、方向和图形；根据上述数据获取3D坐标系在各个截面中的位置后，在各个截面中的3D坐标系B中选取同一属性区域的边界线；曲面拟合多条边界线，形成3D血管构型。该方法简单，安全、有效、可靠且操作简便，通过将3D基准坐标系作为参照获取超声探头在血管移动的位置，达到定位效果。通过整合多个变化幅度微小的截面位置、方向和图形中获取3D坐标系在各截面中的位置，再通过在3D坐标系中选取定位点从而形成3D血管构型；该方法能高效地对血管进行3D构型，实现血管内超声探头精准定位。

在本实施例中，步骤S1和S3中，3D基准坐标系与3D坐标系的建立基于选定4个标定点，通过标定点构建坐标系；步骤S4中，截面位置、方向和图形具体为探头拍摄血管截面，探头沿血管行进的方向和探头拍摄血管段的图形；步骤S6中，同一属性区域是通过超声定位的反馈信息区分不同属性区域，选定多个截面中同一属性区域的边界线作为拟合对象。

优选地，步骤S1，具体为，以患者所躺的病床支撑座底部与地面交点为原点，以病床支撑座三边为xyz轴，形成Oxyz空间直角坐标系，其他标定点分别落在病床支撑座三边上。

实际运用过程中，基于便捷的建立3D基准坐标系，可将患者所躺病床支撑座底部与地面交点为原点，以病床支持做三边为xyz轴，其他标定点分别落在病床支撑座三边上。病床支撑座位长方体，以该长方体与地面所形成的的夹角点为原点，长方体三边围绕该原点两两垂直。

优选地，步骤S2中相对静止状态具体为，支撑座与病床构成的整体能相对原点发生一定角度的偏转和一定距离的移动，该偏转和移动不会照成基座和病床间的位置和形态的变化。

实际运用过程中，由于为了方便医生调整患者的体位，便于手术的实施，可将支撑座与病床构成的整体设置为相对原点能发生一定角度的偏转和一定距离的移动，该移动不会照成基座和病床间的位置和形态的变化。既能使手术的便利实施，又能保证不会破坏血管内超声探头的精准定位。

优选地，步骤S3，具体为，以超声探头重心为原点，以超声探头重心到超声探头前端为x轴方向建立三条两两垂直的数轴，形成0xyz空间直角坐标系，其他标定点分别落在xyz轴上。

实际运用过程中，一般将超声探头的重心设为原点，以超声探头中心到超声探头前端的方向为x轴方向，建立两两垂直的3条数轴，形成3D坐标系，其他的标定点分别落入xyz轴上。所建立的3D坐标系会随着超声探头在血管中的移动而发生变化。

优选地，步骤S4中获取超声探头截面位置、方向和图形的数据，还包括如下步骤：

A1.以植入探头处为起始点，匀速移动超声探头；

A2.根据超声探头移动预设间隔距离，在目标血管中每个间隔距离点获取截面位置、方向和图形。

实际运用过程中，为保证定位的准确性以及3D血管构型的精确性，可根据实际需要预设探头移动的固定距离，将探头沿血管走向匀速移动，运动固定距离后，对该区域内的血管进行拍摄，采集相应的数据，以便为实现下一步骤提供数据支撑。

优选地，步骤S5之前，还包括：正向/逆向排布多个超声探头截面位置、方向和图形的数据。

实际运用过程中，基于截面位置、方向和图形的数据有可能杂乱无章，使用该数据形成的曲线可能造成定位不精准。在获取截面位置、方向和图形数据之后，利用3D坐标系B在各个截面中位置之前；正向/逆向排布上述数据，正向/逆向排布的数据便于在其中获取3D坐标系B在各个截面中的位置。

一种血管3D构型定位装置，包括超声部件1、定位部件2和控制器3；

定位部件2包括第一定位部件21和第二定位部件22；

第一定位部件21安装在超声部件1内部，用于在血管内定位；

第二定位部件22与超声部件1连接，用于固定人体及接收定位信号；

控制器3分别与超声部件1和第二定位部件22连接。

实际运用过程中，通过设置安装在超声部件内部的第一定位部件，和与超声部件连接的第二定位部件，控制器分别与上述两个定位部件连接，用于获取包括截面方向、图形等定位数据。

在本实施例中，该装置具体为球囊扩张导管，其包含内导管和外导管。其中，外导管为球囊导管结构，可以实现常规的球囊扩张作业。由于外导管壁内有金属骨架支撑，不会因为球囊扩张的反作用力影响而导致外导管发生形变。内导管为带有定位标签的超声导管，其能沿外导管的内腔及导丝所建立的路径在区域内自由移动。内导管可以在外导管进行球囊扩张的时候移动采样，并完成实时的3D建模，指导球囊扩张，并判断球囊扩张后血管壁形态的实时变化情况。

优选地，第一定位部件21具体为两个定位标签211；

超声部件1包括导管11、导丝12、导管驱动器13、主机14和超声发生器15；

主机14与导管驱动器13连接；

导管驱动器13与导管11连接；

导管11内部设有导丝12，导管11在导管驱动器13的驱动下沿导丝12移动；

导管11内壁上还设有两个定位标签211和超声发生器15，超声发生器15位于两个定位标签211之间。

实际运用过程中超声部件包括导管、导丝、导管驱动器、主机和超声发生器；通过开启主机使导管驱动器驱动导管沿导丝移动，导管内壁的两个定位标签和超声发生器反馈定位数据。

优选地，第二定位部件22包括体位固定装置、接收定位装置和记录标定装置；

体位固定装置用于固定人体使其与3D坐标系中基准平面呈相对静止状态；

接收定位装置与两个定位标签连接，用于接收定位信息；

记录标定装置与接收定位装置连接，用于根据定位信息，记录定位标签在3D坐标系中坐标。

实际运用过程中，第二定位部件包括体位固定装置、接收定位和记录标定装置；通过接收定位装置接收由导管内壁的定位标签反馈的定位数据；接收定位装置将定位信息传输至记录标定装置，记录下定位标签在3D坐标系中的具体坐标。

优选地，控制器3分别与导管驱动器13和超声发生器15连接；

控制器3分别与接收定位装置和记录标定装置连接；

控制器3用于控制上述装置的开启/关闭，其具体为PLC或DCS中的一种。

实际运用过程中，为随时接收定位信息并记录标定，可通过设置控制器与接收定位装置和记录标定装置连接，控制上述两个装置的开启/关闭。基于成本及效率的考虑，一般选用PLC或DCS中的一种。

以上对本发明所提供的一种血管3D构型定位方法及装置进行了详细介绍。对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。