一种基于心脏三维建模的导丝动态定位系统及定位方法技术方案

一种基于心脏三维建模的导丝动态定位系统及定位方法，包括相互连接的核磁共振仪、编码器、处理器、存储器、影像仪和穿刺单元，相对于现有技术，本发明专利技术的定位系统能够将二维心脏核磁图像转化为透明的三维心脏核磁图像，进而引导导丝穿行，更容易分辨导丝位置，冠脉内造影效率更高，将接收器和微型信号发射器分别在体外和体内设置，且微型信号发射器与导丝电连接，可向体外发射信号，根据信号物理参数能够推算出导丝末端在心脏血管中的具体位置，进而使得导丝末端能够在三维心脏模型内显像，进而有利于指导医务人员进行操作，提高了临床诊断和治疗效率。和治疗效率。和治疗效率。

【技术实现步骤摘要】
一种基于心脏三维建模的导丝动态定位系统及定位方法


[0001]本专利技术属于心脏造影手术领域，具体涉及一种基于心脏三维建模的导丝动态定位系统及定位方法。

技术介绍

[0002]在治疗冠心病、粥样动脉硬化等慢性心脏病时，需要对心脏做磁共振检查，根据核磁情况再做心脏造影手术。通过核磁共振检查，可以看出心脏的大小、形态和搏动情况，还可以看血流、周围大血管的分布情况，对心脏病变进行分析，再结合心脏造影手术检查，能够对心脏病变的病因病灶做出更准确的判断；心脏造影手术，一般是指的是心脏的冠状动脉(简称冠脉)造影，通常采用桡动脉和股动脉穿刺，置入鞘管，在造影导丝的指引下，送入造影导管，到达左右冠状动脉窦口，选择性地进行冠脉造影，外接造影剂，通过医学影像仪进行显像，能够多个体位、多角度的动态观察冠状动脉血管有没有狭窄。冠状动脉造影检查是目前诊断冠心病、粥样动脉硬化、心脏瓣膜问题的主要医疗手段。经过检查，如果冠脉狭窄超过75％，再结合核磁以及患者的具体病情，需要进行冠状动脉内支架植入手术，也称为心脏搭桥手术。
[0003]现有技术中，在核磁、造影术引导下完成慢性心脏病手术介入治疗的过程中，心脏冠脉穿刺用的导管和导丝尺寸极小，导丝直径通常为0.35mm～0.38mm左右，即使是在医学影像仪中，其在心腔内的位置通常也难以准确辨识，进而，导致造影手术效率低下；此外，由于现有技术中，核磁检查和造影术两者之间并未关联，造影显像是二维平面的，而导管和导丝在心脏冠脉中的穿行是三维的，而采用二维图像指引导管/导丝的三维移动，在视线方向上的位置不容易分辨，因而现有技术中的心脏造影术效率较低，临床诊断和治疗效率较低，归根结底是导丝定位不准。因此，如何提高导丝定位效率，进而利于医务人员分辨导丝在心脏内的位置以提高手术效率，成为本领域技术人员亟待解决的技术难题。

技术实现思路

[0004]针对上述
技术介绍
中指明的技术难题，本专利技术提出了一种基于心脏三维建模的导丝动态定位系统及定位方法，所述定位系统和定位方法的技术方案具体如下：
[0005]一种基于心脏三维建模的导丝动态定位系统包括：核磁共振仪、编码器、处理器、存储器和影像仪，其中，核磁共振仪与编处理器连接，处理器分别与编码器、存储器和影像仪电连接，所述处理器又包括依次连接的图像分割单元、特征提取单元、数据处理单元和三维成像单元；图像分割单元的输入端与核磁共振仪的输出端连接，图像分割单元的输出端与特征提取单元连接，特征提取单元与编码器连接，用于对图像分割后产生的数据进行编码，三维成像单元的输出端与影像仪的输入端连接，用于生成三维心脏核磁图像。
[0006]所述核磁共振仪，通过以一定的间频域采集心脏图像，进而形成多帧心脏图像切片，多帧心脏图像切片可通过影像仪进行显示，具体如图1中所示。
[0007]所述图像分割单元，将多帧心脏图像切片进行编号，并对每帧心脏图像切片划分
为多个像素单元Tu，并通过存储器实时存储为像素图库。
[0008]所述特征提取单元，从存储器调取像素图库，采用并行提取的方式,对像素单元Tu中的角点、边缘以及灰度特征进行提取，得到多组特征数据Ts，如Tsd1，Ts2，......,TsN，其中，Ts＝[Ag；Ed；G(Tu)，Regions；t],再结合核磁成像函数m(t)，构造出稀疏矩阵S*：
[0009][0010][0011]式中，Ag为角点数据，Ed为边缘数据，G(Tu)为与灰度特征函数，Regions为像素单元Tu在心脏图像切片中的位置，t0、t1是由于图像灰度成像过程中各自反射的深度而引起的未知延迟，t为采样时间，p为时域脉冲函数，与核磁共振仪本身类型有关。
[0012]在所述图像切片特征提取后，卷积层训练之前，还需要对Ts进行编码，编码采用编码器进行。
[0013]所述数据处理单元，针对编码后的第一格式数据Da1(S*,M)，进行卷积层训练，在训练过程中，将第一格式数据集中的每个元素进行比较，即在特征数据相同的条件下，判断各个灰度特征Regions的坐标是否相邻，若相邻，则归并到第二格式数据集Da2。
[0014]所述卷积网络的卷积层训练表达式为：Da1
m+1
＝f(Da1
m
，t，M),其中，M表示Ts的编码，m为像素尺寸，t为采样时间。
[0015]所述三维成像单元，在上述各个单元建立的基础上，将上述第一格式数据Da1、第二格式数据Da2进行深度融合，融合的方法是建立空间区域集，并将第二格式数据Da2在dx、dy和dz三个维度方向上求解偏导，并在时间路径dt上进行积分，形成最终合成结果，即心脏的三维核磁图像，积分区域dxdydz的灰度特征采用RGB真彩色进行标示，进而，通过RGB真彩色区分不同的积分区域，可以显示出心肌组织、瓣膜、冠脉血管、静脉血管和病变位置等。
[0016]心脏的三维图像可在影像仪应用程序中进行显示，医务人员可通过放大该三维图像进行心脏西细部结构的观察。
[0017]采用3dVR算法对心脏三维图像进行透明处理，得到透明的三维心脏核磁图像。
[0018]所述定位系统还包括导丝位置测量单元，所述导丝位置测量单元与处理器的接收单元无线通信连接。
[0019]所述导丝位置测量单元包括穿刺单元、接收器和微型信号发射器，其中，接收器在胸部位置处固定，所述穿刺单元经冠脉血管进入心脏的血管内，所述穿刺单元包括手柄、导管、导丝，所述微型信号发射器安装在导丝的末端，且与导丝可拆卸连接，在导丝通电时，通过微型信号发射器发射无线信号。
[0020]通过微型信号发射器发射的信号的波长、频率和时间可以精确计算出接收器和微型信号发射器之间的距离，在人体静卧时，心脏在人体内位置也时固定不变的，进而，通过距离可以较精确地确定出导丝末端在心脏血管中的位置。
[0021]所述接收器与微型信号发射器都可以向处理器发射信号，处理器在接收到信号时，根据信号的波长、频率和时间数据计算接收器和微型信号发射器之间的距离，根据该距离确定导丝末端在积分区域dxdydz的具体位置，并用RGB真彩色中的黑色进行标示。
[0022]所述三维成像单元融合的最终心脏三维图像将通过影像仪进行显示，医务人员将影像仪的心脏三维图像实时放大，通过观察导丝在心脏血管中的具体位置，指导操作，通过
手柄实时调节导丝在导管中的位置，使得导丝和导管能够到达预位置进行心脏造影手术。
[0023]进一步地，本专利技术又提出了一种基于心脏三维建模的导丝动态定位系统的定位方法，所述定位方法包含如下步骤S1～S7：
[0024]步骤S1：通过以一定的间频域采集心脏图像，进而形成多帧心脏图像切片，多帧心脏图像切片可通过影像仪进行显示；
[0025]步骤S2：影像仪将多帧心脏图像切片上传给图像分割单元进行编号，将每帧心脏图像切片划分为多个像素单元Tu，并通过存储器实时存储为像素图库；
[0026]步骤S3：特征提取单元，从存储器调取像素图库，采用并行提取的方式,对本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于心脏三维建模的导丝动态定位系统，包括：核磁共振仪、编码器、处理器、存储器和影像仪，其特征在于：所述核磁共振仪与编处理器连接，所述处理器分别与编码器、存储器和影像仪电连接，所述处理器又包括依次连接的图像分割单元、特征提取单元、数据处理单元和三维成像单元；所述图像分割单元的输入端与核磁共振仪的输出端连接，所述图像分割单元的输出端与所述特征提取单元连接，特征提取单元与编码器连接，用于对图像分割后产生的数据进行编码，所述三维成像单元的输出端与影像仪的输入端连接，用于生成三维心脏核磁图像。2.根据权利要求1所述的一种基于心脏三维建模的导丝动态定位系统，其特征在于：所述核磁共振仪，通过以一定的间频域采集心脏图像，进而形成多帧心脏图像切片，多帧心脏图像切片可通过影像仪进行显示。3.根据权利要求1所述的一种基于心脏三维建模的导丝动态定位系统，其特征在于：所述图像分割单元，将多帧心脏图像切片进行编号，并对每帧心脏图像切片划分为多个像素单元Tu，并通过存储器实时存储为像素图库。4.根据权利要求3所述的一种基于心脏三维建模的导丝动态定位系统，其特征在于：所述特征提取单元，从存储器调取像素图库，采用并行提取的方式,对像素单元Tu中的角点、边缘以及灰度特征进行提取，得到多组特征数据Ts，如Tsd1，Ts2，......,TsN，其中，Ts＝[Ag；Ed；G(Tu)，Regions；t],再结合核磁成像函数m(t)，构造出稀疏矩阵S*：[Ag；Ed；G(Tu)，Regions；t],再结合核磁成像函数m(t)，构造出稀疏矩阵S*：式中，Ag为角点数据，Ed为边缘数据，G(Tu)为与灰度特征函数，Regions为像素单元Tu在心脏图像切片中的位置，t0、t1是由于图像灰度成像过程中各自反射的深度而引起的未知延迟，t为采样时间，p为时域脉冲函数。5.根据权利要求4所述的一种基于心脏三维建模的导丝动态定位系统，其特征在于：所述数据处理单元，针对编码后的第一格式数据Da1(S*,M)，进行卷积层训练，在训练过程中，将第一格式数据集中的每个元素进行比较，即在特征数据相同的条件下，判断各个灰度特征Regions的坐标是否相邻，若相邻，则归并到第二格式数据集Da2。6.根据权利要求5所述的一种基于心脏三维建模的导丝动态定位系统，其特征在于：所所述三维成像单元，在上述各个单元建立的基础上，将上述第一格式数据Da1、第二格式数据Da2进行深度融合，融合的方法是建立空间区域集，并将第二格式数据Da2在dx、dy和dz三个维度方向上求解偏导，并在时间路径dt上进行积分，形成最终合成结果，即心脏的三维核磁图像，积分区域dxdydz的灰度特征采用RGB真彩色进行标示。7.根据权利要求6所述的一种基于心脏三维建模的导丝动态定位系统，其特征在于：采用3dVR算法对心脏三维图像进行透明处理，得到透明的三维心脏核磁图像。8.根据权利要求6所述的一种基于心脏三维建...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘金勇，陈永林，胡波，谷强，张慧，彭少华，李虎，张丽，郭岩，丁书培，江芳，林钊棠，
申请(专利权)人：石河子大学医学院第一附属医院，
类型：发明
国别省市：