[發明專利]血管介入手術中介入器械端點實時定位系統、方法、裝置

有效

• 申請號: 202011325869.5
• 申請日: 2020-11-24
• 公開（公告）號: CN112348883B
• 公開（公告）日: 2021-06-29
• 發明（設計）人: 劉市祺;謝曉亮;周小虎;侯增廣;周彥捷
• 申請（專利權）人: 中國科學院自動化研究所
• 主分類號: G06T7/70
• 分類號: G06T7/70;G06N3/04;G06N3/08
• 代理公司: 北京市恒有知識產權代理事務所(普通合伙) 11576
• 代理人: 郭文浩;尹文會

本發明屬于數字圖像處理與醫學成像的交叉領域，具體涉及一種血管介入手術中介入器械端點實時定位系統、方法、裝置，旨在解決現有的介入器械端點定位方法定位的實時性、準確性較差的問題。本系統包括：圖像獲取模塊，配置為獲取包含介入導絲的X光透射圖像，作為輸入圖像；端點定位模塊，配置為通過預訓練的導絲端點定位網絡獲取所述輸入圖像中介入導絲兩端點的位置信息。本發明有效地解決了X光透射圖像中的冗余背景信息對導絲端點定位的影響，實現較為快速的介入導絲端點定位，并提高了定位準確率。

技術領域

本發明屬于數字圖像處理與醫學成像的交叉領域，具體涉及一種血管介入手術中介入器械端點實時定位系統、方法、裝置。

背景技術

心血管疾病是一種常見且多發的疾病，是目前世界范圍內危害人類生命健康的第一殺手。世界衛生組織指出心血管疾病每年都會造成全球約1790萬人死亡，占總死亡人數的31％。心血管疾病的治療手段主要包括兩種：傳統的打開式手術治療和血管介入手術治療。由于經皮冠狀動脈介入具有創傷小，術后恢復迅速等特點，近年來被廣泛應用于心血管疾病的治療。

經皮冠狀動脈介入手術的關鍵步驟是在一個復雜的介入血管通道內將介入器械遞送至病變位置。在介入手術過程中，介入導絲用以協助導管通過復雜的血管通道到達血管病變位置，進而放置支架。因此導絲端點的精準實時定位就顯得尤為重要。然而，目前導絲的端點實時定位面臨如下問題：(1)X光圖像有較低的信噪比，背景噪聲會對導絲端點的檢測產生較強的干擾。(2)在介入手術過程中，在兼顧準確率的同時，導絲端點定位有較高的實時性需求。

目前經皮冠狀動脈介入手術治療方法中導絲端點定位的研究相對較少，多數工作是關于介入手術中導絲的分割，如Wu等人提出一種基于級聯卷機網絡的導絲分割方法；Zhou等人提出了一種新型的U-net網絡進行導絲的分割網絡。

在過去的工作中，也有涉及到介入手術中導絲端點定位的研究。Li等人提出兩階段的導絲端點定位方法。即首先應用YOLOv3算法檢測出導絲，而后在已檢測出導絲的基礎上對導絲端點進行定位。然而，此流程較為復雜，較難滿足導絲實時定位的需求。

發明內容

為了解決現有技術中的上述問題，即為了解決現有的介入器械端點定位方法定位的實時性、準確性較差的問題，本發明第一方面，提出了一種血管介入手術中介入器械端點實時定位系統，該系統包括：圖像獲取模塊、端點定位模塊；

所述圖像獲取模塊，配置為獲取包含介入導絲的X光透射圖像，作為輸入圖像；

所述端點定位模塊，配置為通過預訓練的導絲端點定位網絡獲取所述輸入圖像中介入導絲兩端點的位置信息；

其中，所述導絲端點定位網絡包括卷積模塊、M個依次連接的沙漏模塊；M為偶數；

所述卷積模塊用于對所述輸入圖像進行卷積，得到第一特征圖；

所述沙漏模塊包括卷積池化單元、卷積單元、多特征的MobileNetV2單元、上采樣單元以及關鍵點注意力單元；

所述卷積池化單元用于對第一特征圖進行卷積、最大池化，得到第二特征圖；

所述卷積單元用于對所述第二特征圖進行卷積，得到第三特征圖；

所述多特征的MobileNetV2單元包括小型沙漏分支、MobileNetV2網絡的反向殘差分支和殘差連接分支；所述小型沙漏分支基于最大池化層、卷積層、上采樣層構建；所述多特征的MobileNetV2單元用于通過三個分支將所述第一特征圖預處理后進行融合，得到第四特征圖；

所述上采樣單元用于結合所述第四特征圖，對所述第三特征圖進行上下樣，得到第五特征圖；

所述關鍵點注意力單元用于基于所述第四特征圖與所述第五特征圖融合后的特征圖，通過注意力機制獲取注意力特征。