[發(fā)明專利]用于血管動脈瘤介入手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)的導(dǎo)管檢測方法及系統(tǒng)

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010546190.2
• 申請日: 2020-06-16
• 公開（公告）號: CN111681254A
• 公開（公告）日: 2020-09-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉市祺;謝曉亮;侯增廣;周彥捷;奉振球;周小虎;馬西瑤
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院自動化研究所
• 主分類號: G06T7/11
• 分類號: G06T7/11;G06N3/04;G06N3/08;G06T7/194
• 代理公司: 北京市恒有知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11576
• 代理人: 郭文浩;尹文會

1.一種用于血管動脈瘤介入手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)的導(dǎo)管檢測方法，其特征在于，所述檢測方法包括：

步驟S10，獲取手術(shù)過程中包含導(dǎo)管的區(qū)域的X光透射視頻序列，作為待檢測視頻序列；

步驟S20，基于所述待檢測視頻序列，通過訓(xùn)練好的基于深度學(xué)習(xí)的編碼解碼結(jié)構(gòu)生成所述導(dǎo)管的二值分割掩膜序列；

步驟S30，將所述二值分割掩膜序列覆蓋在所述待檢測視頻序列上獲得所述導(dǎo)管的視頻序列；

其中，所述基于深度學(xué)習(xí)的編碼解碼結(jié)構(gòu)包括順次連接的第一卷積層、第一循環(huán)殘差塊、多級嵌套的編碼解碼結(jié)構(gòu)和第二卷積層；所述多級嵌套的編碼解碼結(jié)構(gòu)為在各級編碼解碼結(jié)構(gòu)的編碼器與解碼器之間嵌套插入下一級編碼解碼結(jié)構(gòu)；

所述多級嵌套的編碼解碼結(jié)構(gòu)，其編碼器和解碼器分別包括多個編碼模塊和多個解碼模塊；所述編碼模塊通過殘差連接與對應(yīng)的同級解碼模塊連接；

所述編碼模塊基于MobileNetV2網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建，包括順次連接的編碼殘差塊和第二循環(huán)殘差塊；

所述解碼模塊基于U-net神經(jīng)結(jié)構(gòu)和遞歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建，包括順次連接的解碼塊和第二循環(huán)殘差塊。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于血管動脈瘤介入手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)的導(dǎo)管檢測方法，其特征在于，步驟S20包括：

步驟S21，對于所述待檢測視頻序列中任一待檢測圖片，通過所述基于深度學(xué)習(xí)的編碼解碼結(jié)構(gòu)中第一卷積層生成第一特征圖像；

步驟S22，通過基于深度學(xué)習(xí)的編碼解碼結(jié)構(gòu)中第一循環(huán)殘差塊將所述第一特征圖像生成第二特征圖像；

步驟S23，基于所述第二特征圖像，通過所述基于深度學(xué)習(xí)的編碼解碼結(jié)構(gòu)中各編碼模塊進(jìn)行分級編碼，獲得特征壓縮圖像；

步驟S24，基于所述特征壓縮圖像，通過所述基于深度學(xué)習(xí)的編碼解碼結(jié)構(gòu)中各解碼模塊，進(jìn)行分級解碼，獲得上采樣特征圖像；

步驟S25，基于所述上采樣特征圖像，通過所述基于深度學(xué)習(xí)的編碼解碼結(jié)構(gòu)中第二卷積層生成所述待檢測圖片對應(yīng)的導(dǎo)管的二值分割掩膜，獲得導(dǎo)管的二值分割掩膜序列。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于血管動脈瘤介入手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)的導(dǎo)管檢測方法，其特征在于，所述第二循環(huán)殘差塊為包含兩個循環(huán)卷積層的殘差塊。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于血管動脈瘤介入手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)的導(dǎo)管檢測方法，其特征在于，所述編碼殘差塊，為包含了第四卷積層、Dwise卷積層和第五卷積層的殘差塊。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于血管動脈瘤介入手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)的導(dǎo)管檢測方法，其特征在于，所述解碼塊，包括順次連接的第六卷積層、轉(zhuǎn)置卷積層和第七卷積層。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的用于血管動脈瘤介入手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)的導(dǎo)管檢測方法，其特征在于，所述第六卷積層和第七卷積層為合并了批正則化層的卷積層。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于血管動脈瘤介入手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)的導(dǎo)管檢測方法，所述基于深度學(xué)習(xí)的編碼解碼結(jié)構(gòu)，其訓(xùn)練中采用的損失函數(shù)為：

其中L_BCE是二值交叉熵?fù)p失函數(shù)，β_i是梯度密度協(xié)調(diào)參數(shù)，是第i個像素的像素標(biāo)簽，1是導(dǎo)管，0是背景，p_i是最后的預(yù)測值。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于血管動脈瘤介入手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)的導(dǎo)管檢測方法，其特征在于，所述基于深度學(xué)習(xí)的編碼解碼結(jié)構(gòu)采用MSRA的方法初始化。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于血管動脈瘤介入手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)的導(dǎo)管檢測方法，其特征在于，所述基于深度學(xué)習(xí)的編碼解碼結(jié)構(gòu)，其訓(xùn)練中多次迭代至驗(yàn)證精度達(dá)到飽和時，將學(xué)習(xí)率降低2倍。