[發明專利]血管介入手術導管的運動補償系統及方法

在審

• 申請號: 202310503462.4
• 申請日: 2023-05-06
• 公開（公告）號: CN116636929A
• 公開（公告）日: 2023-08-25
• 發明（設計）人: 齊鵬;姚天亮;張毅
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: A61B34/20
• 分類號: A61B34/20;A61B34/30;A61B34/00;A61B5/0205;A61B5/113;A61B5/00;A61M25/082;A61M25/095;G06T7/246;G06T7/215;G06T7/33;G06T19/00;G06T7/73
• 代理公司: 上海諾衣知識產權代理事務所(普通合伙) 31298
• 代理人: 劉艷芝

1.一種血管介入手術導管的運動補償系統，其特征在于：包括中央處理模塊、電磁定位模塊、心臟運動檢測模塊、呼吸運動檢測模塊；電磁定位模塊包括設置在導管/導絲頭部的定位傳感器，用于獲取導管/導絲頭部的實時三維空間坐標數據；呼吸運動檢測模塊包括設置在人體皮膚表面的電磁定位片，通過其坐標的變化，獲取呼吸運動的變化；心臟運動檢測模塊包括設置在病人身上的脈搏監測儀，獲取心跳頻率；中央處理模塊對初始數據和實時檢測的數據進行處理，獲取手術導管的運動補償參數。

2.根據權利要求1所述的血管介入手術導管的運動補償系統，其特征在于：所述中央處理模塊包括圖像分割模塊、空間配準模塊、圖像融合模塊、運動補償模塊；其中，

圖像分割模塊，用于將病人術前的x光造影圖像中的心血管分割出來，將三維重建的心血管進行分割和標注，用以在運動補償模塊進行深度學習預測分析；

空間配準模塊，用于獲取多個設置在病人皮膚表面上的電磁傳感器的圖像坐標，同時通過磁場發生器得到其空間坐標，將這些坐標與x光造影獲得的圖像進行匹配，建立圖像坐標和空間坐標之間的關系；

圖像融合模塊，利用術前x光造影獲取病人手術部位的三維結構信息，同時術中采集x光造影圖像，實現術前與術中病人影像的融合，并進行空間坐標的配準；

運動補償模塊，將心臟運動檢測模塊與呼吸運動檢測模塊獲得的運動數據，進行疊加，按照心臟跳動周期以及呼吸運動的幅度，依據空間配準模塊與圖像配準模塊得到的坐標系，通過深度學習模型進行運動預測，根據對應的運動預測結果在手術機器人驅動端進行對應的PID控制，保持導管/導絲在人體血管內處于安全位置。

3.根據權利要求2所述的血管介入手術導管的運動補償系統，其特征在于：所述導管/導絲在人體血管內位于血管剖面中心軸線±0.1mm處。

4.根據權利要求1所述的血管介入手術導管的運動補償系統，其特征在于：通過人體表面的電磁定位片，估計呼吸運動的周期、頻率、帶動的人體形變幅度。

5.血管介入手術導管的運動補償方法，其特征在于：包括如下步驟：

步驟1、將預先獲取的病人手術部位初始圖像的心血管進行分割和標注，獲取心血管的三維結構信息，并進行存儲；

步驟2、將脈搏監測儀、電磁定位多模態傳感器設置在病人身體相應的位置，并獲取初始的病人心臟運動特征、呼吸運動特征、手術部位的三維空間坐標；

步驟3、將初始圖像與傳感器獲取的三維空間坐標進行匹配，建立圖像坐標與空間坐標之間的關系；將初始圖像的三維結構信息與傳感器獲取的三維坐標信息進行空間坐標配準；

步驟4、獲取病人手術過程中，實時的心臟運動特征、呼吸運動特征、圖像坐標及空間坐標，同時，通過電磁定位模塊，獲取導管/導絲頭部的三維坐標，確定導管/導絲的空間位置；

步驟5、應用步驟4獲取的數據，重復執行步驟2、步驟3的過程，獲取實時的空間配準結果，進行時序預測；

步驟6、基于預測值，在導管/導絲的驅動端使用PID控制實現對心臟跳動與呼吸運動的補償，保持導管/導絲在血管中的安全位置。

6.根據權利要求5所述的血管介入手術導管的運動補償方法，其特征在于：步驟5中時序預測的過程如下：

將心臟運動特征與呼吸運動特征，進行疊加，按照心臟跳動周期以及呼吸運動的幅度，依據空間配準得到的坐標系，通過深度學習模型進行運動預測。

7.根據權利要求5所述的血管介入手術導管的運動補償方法，其特征在于：通過脈搏監測儀實時檢測病人的脈搏，獲取心臟頻率特征。

8.根據權利要求5所述的血管介入手術導管的運動補償方法，其特征在于：所述呼吸運動特征包括但不限于呼吸運動周期、頻率、帶動的人體形變幅度。

9.計算機存儲介質，其特征在于：存儲有計算機指令，所述計算機指令被調用時用于執行權利要求5至8中任一項所述方法的全部或部分步驟。

10.血管介入手術機器人，其特征在于：所述機器人調用并運行權利要求9所述的計算機存儲介質中的計算機指令。