[發明專利]基于超聲圖像引導的靜脈穿刺機器人操作軌跡規劃方法

有效

• 申請號: 202010853764.0
• 申請日: 2020-08-24
• 公開（公告）號: CN112022294B
• 公開（公告）日: 2022-02-18
• 發明（設計）人: 齊鵬;陳禹
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: A61B17/34
• 分類號: A61B17/34;A61B34/10;A61B34/20;A61B34/30;G06T7/11;G06T7/62
• 代理公司: 上?？剖⒅R產權代理有限公司 31225
• 代理人: 陳源源

本發明涉及一種基于超聲圖像引導的靜脈穿刺機器人穿刺軌跡規劃方法，靜脈穿刺機器人控制穿刺件進行血管穿刺，方法包括以下步驟：1)獲取待穿刺對象某一部位的血管超聲圖像，并從中獲取血管分割圖；2)根據預先設定的穿刺件在血管中的第一穿刺軌跡，劃定穿刺軌跡界限；3)從血管分割圖中，劃分安全區域，得到血管界限；4)將穿刺軌跡界限與血管界限匹配，若血管界限完全包含穿刺軌跡界限，則根據匹配位置和第一穿刺軌跡，生成第二穿刺軌跡；否則更換待穿刺對象的部位，重新執行方法。與現有技術相比，本發明進行了軌跡的規劃，可實現自動穿刺，自動化程度高，且保證了穿刺軌跡的安全性。

技術領域

本發明涉及靜脈穿刺機器人操作領域，尤其是涉及基于超聲圖像引導的靜脈穿刺機器人操作軌跡規劃方法。

背景技術

現有超聲輔助上肢靜脈穿刺技術的流程路線為：超聲探查靜脈、進行穿刺、實時觀察穿刺針軌跡、完成穿刺，基本由醫護人員在超聲設備的輔助下手動完成，相關發明也大多為超聲引導靜脈穿刺，自動化程度低。

專利CN111339828A公開了一種基于紅外影像和超聲多普勒結合的靜脈顯影識別方法，包括：獲取患者待識別部位的靜脈影像，并對所述靜脈影像進行預處理。該方法通過靜脈顯影，幫助醫務人員更好識別靜脈，但并未對靜脈以及穿刺針軌跡進行規劃，不面向靜脈穿刺機器人，需要醫生手動控制穿刺針。

專利CN111134727A提供一種基于神經網絡的靜脈與動脈識別的穿刺引導系統，該方法雖然可以顯示穿刺針和血管的相對位置，但并不涉及靜脈的細分結構識別和分割，也不涉及穿刺針的軌跡規劃，容易導致穿刺針觸碰靜脈瓣、劃傷血管壁等事故。

發明內容

本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在靜脈穿刺機器人不涉及穿刺軌跡規劃的缺陷而提供一種基于超聲圖像引導的靜脈穿刺機器人操作軌跡規劃方法。

本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：

一種基于超聲圖像引導的靜脈穿刺機器人穿刺軌跡規劃方法，所述靜脈穿刺機器人控制穿刺件進行血管穿刺，所述方法包括以下步驟：

血管分割步驟：獲取待穿刺對象某一部位的血管超聲圖像，并從該血管超聲圖像中獲取血管分割圖；

穿刺軌跡界限劃定步驟：根據預先設定的所述穿刺件在血管中的第一穿刺軌跡，劃定所述穿刺件在血管中的穿刺軌跡界限；

血管界限劃定步驟：從所述血管分割圖中，劃分安全區域，得到血管界限；

界限匹配與穿刺步驟：將所述穿刺軌跡界限與所述血管界限匹配，若所述血管界限完全包含所述穿刺軌跡界限，則根據所述穿刺軌跡界限的匹配位置和第一穿刺軌跡，生成靜脈穿刺機器人的第二穿刺軌跡；否則更換待穿刺對象的部位，重新執行所述方法。

進一步地，所述血管分割步驟中，采用U-Net框架從所述血管超聲圖像中獲取所述血管分割圖。

進一步地，穿刺軌跡界限劃定步驟中，所述穿刺軌跡界限的劃定具體為，將所述第一穿刺軌跡向外擴展，獲取穿刺軌跡界限。

進一步地，所述第一穿刺軌跡尾部的擴展范圍大于其它部分的擴展范圍。

進一步地，所述穿刺軌跡界限劃定步驟中，所述穿刺軌跡界限用矩形表示，所述穿刺軌跡界限的高和寬的計算表達式為：

h＝αd_v

w＝βh＝αβd_v

式中，h為穿刺軌跡界限的高，α為第一比例因子，d_v為所述血管分割圖中的血管腔直徑，w為穿刺軌跡界限的寬，β為第二比例因子。

進一步地，所述血管界限劃定步驟中，根據圖像識別誤差，縮小所述安全區域。