CN111329586B - 基于超声定位带的体内器械定位跟踪系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于超声定位带的体内器械定位跟踪系统，包括：超声波定位带设计模块、定位带信号映射模型构建模块、体内器械位置初始判别模块、体内器械位置精确计算模块和体内器械实时渲染显示模块。本发明利用超声定位带技术，并结合超声信号/图像采集分析方法，在不依赖于术中X线辐射成像的情况下，即可实现多自由度体内器械的精确定位与形状估计。

Description

基于超声定位带的体内器械定位跟踪系统

技术领域

本发明涉及体内空间定位技术领域，尤其是一种基于超声定位带的体内器械定位跟踪系统。

背景技术

与传统外科手术相比，微创介入手术是指在图像引导下，通过人体自然腔道或者血管网进行器械介入，在人体内实施手术的新技术，由于创伤小、并发症少、术后恢复快，是现代治疗方式的新突破。微创介入手术中，介入治疗的器械的精确跟踪与定位，能够为医生操作提高引导，减少术中伤害，提高手术安全性。

传统的空间定位技术如近红外光学定位，依据双目视觉原理用两个贴有近红外滤光片的摄像机拍摄安装有标记反光小球的器械(标志物)，获取成像图，并对图像进行处理得到器械的空间位置。这样的光学定位方式，受限于光学成像且标志物体积大，无法有效应用于体内器械跟踪。为解决体内介入器械的跟踪定位问题，人们进行了相关研究。传统的图像引导方式，主要通过体外照射X线透视图的方式来进行体内器械的跟踪，这样的方式会由于重复的辐射，给医生带来安全性问题，而且该方式只能为医生提供器械的二维透视信息，缺乏三维空间定位跟踪信息。为提供三维位置信息，利用术中计算机断层成像(CT)和术中核磁成像来定位介入器械的方式也被提出，但由于CT、核磁设备价格昂贵，影响了其术中的实用性，而且术中核磁带来的磁兼容性，大大限制了介入设备的选择与使用。除了基于影像的定位方式，美国美敦力公司利用电磁效应，通过在器械前端固定磁线圈，收集电磁信号的方式来跟踪器械前端，但这种电磁定位的方式不能得到器械的形态信息且通过有线的方式进行电磁信息的传输，会影响器械的正常介入且带来磁兼容问题。美国强生公司开发的CARTO MergeTM(Biosense Webster，USA) 系统和圣犹达医疗公司开发的Ensite NavXTM(St Jude Medical，USA)系统采用心肌组织传导信息和电磁双定位的原理，通过电场感知定位介入的导管。该系统只能用于射频消融手术，且设备较昂贵。

目前跟踪定位方式中光学跟踪定位的方式由于体积和光学成像的限制无法应用与体内定位。电磁跟踪定位的方式无法提供给医生术中影像信息，且为有线式，需考虑磁兼容问题。影像引导定位的方式，存在无三维位置信息、术中辐射或者价格昂贵定位精度不高等问题。目前尚无既能提供术中影像，又能精确三维定位，无电磁兼容问题、保证安全性且价格较低的体内器械跟踪定位方法与系统以应用于微创介入手术中。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种基于超声定位带的体内器械定位跟踪系统，在不依赖于术中X线辐射成像的前提下，仅通过超声信号与图像采集，可完成多自由度设备的精确定位与形状估计。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种基于超声定位带的体内器械定位跟踪系统，包括：超声波定位带设计模块、定位带信号映射模型构建模块、体内器械位置初始判别模块、体内器械位置精确计算模块和体内器械实时渲染显示模块；超声波定位带设计模块，将设计一个超声定位带，其表面材质根据声学特性差异呈现梯度式分布；定位带信号映射模型构建模块会为设计的超声定位带，建立超声回波信号与定位带上各材质间的映射模型；体内器械位置初始判别模块，利用已标定的超声波探头发射超声波，且超声波被粘有定位带的体内器械反射后的声学信号图像被采集到。利用基于小波变换分解的背景干扰去除算法从采集到的声学信号中提取单一的定位带声学信号图像，并进一步通过定位带信号映射模型，实现体内器械位置初始判别；体内器械位置精确计算模块，利用超声探头标定矩阵，将体内器械位置初始判别结果，转换到体外跟踪系统世界坐标系下，并利用锥形体的离群点滤除方法对体内器械位置进行二次优化，获得体内器械位置精确计算结果及体内介入器械的点云；体内器械实时渲染显示模块是将三维位置点云通过插值技术，进行器械实时渲染显示，完成器械定位信息呈现。

优选的，超声波定位带设计模块中，超声定位带的具体制作过程为：将不同种类，不同颗粒大小的金属粉末进行热塑性酚醛树脂表层覆盖后，放入沉降液进行沉降，利用不同密度、不同粉经的粉末在液体中沉降速度不同得到各种金属粉末自然分布的沉积层；将分层沉积的金属粉末经干燥固化，便得到声阻抗呈梯度分布的定位带装置。

优选的，定位带信号映射模型构建模块，利用采集的回波信号图去求解定位带上各材质与超声波发射探头之间的距离映射模型。超声探头发射特定强度的超声波，作用到定位带上不同材质时，由于各材质与超声波发射探头之间的距离差异，得到不同的超声波信号图；针对每一种材质，当超声波发射探头与定位带上金属材质之间具有三维位置集P＝{p_i(x_i,y_i,y_i)}(i＝1…N)时采集到N张超声波信号图集S＝{s_i}，s_i表示在超声波发射探头与材质距离为l_i时采集到的超声波图。建立模型M去求解S与L之间的关系, 以及特定材质的超声波图与三维位置集之间的关系。

优选的，体内器械位置初始判别模块，将超声波定位带设计模块中获得的厚度小于 1mm且具有粘附性的定位带放置到需定位的体内器械表面，并利用经标定的体外超声探头，发射超声波信号，发射的超声波信号会与体内器械表面的定位带发生信号的发生折射、反射等作用，超声探头进一步接收反射的声波信号并得到超声图像；从超声图像中利用基于小波变换分解的背景干扰去除算法进一步分解出该超声波图中包含的T个不同材质的子超声波图，

为每一个子超声波图。并利用定位带信号映射模型M，求得三维空间位置解P⁰＝{p_t}，其中t＝1…T，这样就能获得带有超声定位带的体内器械上T个不同点的位置，实现体内器械位置初始判别。

优选的，基于小波变换分解的背景干扰去除算法的具体实现如下：

基于小波变换分解的背景干扰去除算法的输入为定位带不同材质的超声信号反射叠加图U⁰，输出为分解出的T个不同材质的超声波子图

其中t＝1…T,T为定位带上材质组成数目；利用基于多尺度卷积的图像特征提取单元，对输入的超声信号反射叠加图U⁰进行特征提取，获得特征映射图

其尺寸为h×w×c，h为映射图高度，w为映射图宽度，c为映射图的通道数，基于多尺度卷积的图像特征提取单元包含了五个全卷积操作，使用的卷积核大小均为3×3，卷积核数目分别为{5c,4c,3c,2c,c}；将特征映射图

输入基于高斯金字塔的分解单元，输出分解后的特征图

基于小波变换的分解单元，先利用全局池化操作，进行特征全局计算，获得特征图，并通过小波变换，获得特征图在不同频率的分解项组合{L₁,L₂…L_T}，T为分解项数目；对不同频率的分解项信息进行激发，利用RELU激活函数进行进一步处理，通过级联操作，获得不同频率下，不同尺度的分解项组，及分解后的特征图

在基于小波变换的分解单元之后，为了保证分解后的特征图具有灰度值范围一致性，进行灰度值及图像大小的归一化操作；最后，可输出分解后的T个不同材质的超声波子图

优选的，体内器械位置精确计算模块，利用超声探头标定矩阵，将体内器械位置初始判别结果，转换到体外跟踪系统的坐标系下，获得体内器械上T个不同点的三维空间初始位置P⁰＝{p_t}，其中t＝1…T；利用五次贝塞尔曲线方法，求解得到6个关键控制点{c_i}的信息，其中i＝0…5，五次贝塞尔曲线的表征函数为Bernstein基多项式的线性组合，如下公式：

为了求解关键控制点{c_i}，定义了最小二乘的点与曲线距离误差函数，如下：

其中，D()代表点到曲线的欧式距离计算函数，通过最小化误差函数L，可求解出6个关键控制点{c_i}的信息；并进一步基于关键控制点位置信息，构建锥形体的离群点滤除方法，对基于定位带的体内器械位置初始判别模块中获得的体内器械的三维空间初始位置P⁰＝{p_t}进行二次优化，以获得体内器械位置精确计算结果及体内介入器械的点云；为每一个曲线控制点建立锥形体搜寻范围，其中搜索圆锥体高度表示为{λ_i}，搜索圆锥体的中心表示为{b_i}，搜索圆锥体的半径表示为{r_i}，i＝0…5，利用求解的关键控制点的起始点和末端点的直线距离d，求解λ_i，公式如下：

，其中s₀和s₁为初始参数，确定了搜索圆锥体高度后，进一步确定搜索圆锥体的中心{b_i}， {b_i}由搜索圆锥体高度和关键控制点{c_i}共同约束，求解公式为：

另外，搜索圆锥体的半径r_i为搜索圆锥体的中心{b_i}与关键控制点{c_i}的欧式距离，r_i＝‖b_i-c_i‖，依据{λ_i}，{b_i}，{r_i}可为每一个关键控制点{c_i}确定唯一的搜索圆锥体。锥形体的离群点滤除方式为，对于体内器械的三维空间初始位置P⁰＝{p_t}，如果在搜索圆锥体范围内，则保留，如果在搜索圆锥体范围外，则认定为离群点，进行去除。通过这种离群点去除的二次优化方式，获得体内器械位置精确计算结果及体内介入器械的点云P′＝{p_t′}其中t＝1…T，并输出到体内器械实时渲染显示模块。

优选的，体内器械实时渲染显示模块，对体内介入器械的点云P′进行插值并完成器械模型重建，以获得体内器械的三维形态；在插值重建步骤中，进行三维点云的样条插值，需要根据介入器械的真实物理尺寸进行基于三维点云的模型重建，获得介入器械的位置形态，并在VTK或者OpenGL视觉平台下，选择管状模型，指定半径，得到体内介入器械的模型；通过三维实时渲染，如面绘制等实时呈现给使用操作者，还可通过5G网络实时传输，将跟踪得到的介入器械的位置形态模型数据进行远程传输，辅助远程手术。

本发明的有益效果为：本发明利用超声定位带技术，并结合超声信号/图像采集分析方法，在不依赖于术中X线辐射成像的情况下，即可实现多自由度体内器械的精确定位与形状估计。

附图说明

图1为本发明的系统结构示意图。

图2为本发明在使用时的连接示意图。

图3为本发明超声定位带的声阻抗梯度分布示意图。

图4为本发明超声定位带示意图。

图5为本发明基于小波变换分解的背景干扰去除算法流程示意图。

图6为本发明锥形体的离群点滤除方法示意图。

具体实施方式

如图1所示，一种基于超声定位带的体内器械定位跟踪系统，包括：超声波定位带设计模块、定位带信号映射模型构建模块、体内器械位置初始判别模块、体内器械位置精确计算模块和体内器械实时渲染显示模块。基于材质声学差异的超声波定位带设计模块，将设计一个超声定位带，其表面材质根据声学特性差异呈现梯度式分布；定位带信号映射模型构建模块会为设计的超声定位带，建立超声回波信号与定位带上各材质间的映射模型；体内器械位置初始判别模块，利用已标定的超声波探头发射超声波，且超声波被粘有定位带的体内器械反射后的声学信号图像被采集到。利用基于小波变换分解的背景干扰去除算法从采集到的声学信号中提取单一的定位带声学信号图像，并进一步通过定位带信号映射模型，实现体内器械位置初始判别；体内器械位置精确计算模块，利用超声探头标定矩阵，将体内器械位置初始判别结果，转换到体外跟踪系统世界坐标系下，并利用锥形体的离群点滤除方法对体内器械位置进行二次优化，获得体内器械位置精确计算结果及体内介入器械的点云；体内器械实时渲染显示模块是将三维位置点云通过插值技术，进行器械实时渲染显示，完成器械定位信息呈现。本发明在使用时的连接示意图如图2所示。

基于材质声学差异的超声波定位带设计模块，将设计一个超声定位带，其表面材质依声学特性差异性分布。超声定位带装置是指基于超声波的传播特性，利用不同材质的特性或状态的非声学量(如固体/液体的密度、浓度、粘度，固体的致密度、晶粒度、弹性、硬度等)与声学特性的声学量(如声速、声阻抗、声衰减等)之间存在的关系，设计一种定位带装置。根据采集到的声学信号和图像推出超声波成像区对应的成像材质，并得到距离关系的设备，用于体内器械的跟踪定位、形状估计。声特性阻抗表示介质的声学性质，可表示为Z＝ρc(Z为声阻抗，ρ为介质密度，c为介质中的声速)。当遇到不同的介质时，声阻抗不同，超声波信号的变化也不同。因此，超声回波强度直接与材质的密度，声传播速度相关。基于该原理设计了超声定位带，该定位带由密度及颗粒大小呈现一定差异的金属材料制成。超声定位带的具体制作过程为：将不同种类，不同颗粒大小的金属粉末进行热塑性酚醛树脂表层覆盖后，将其放入沉降液(如胶水中)进行沉降，利用不同密度、不同粉经的粉末在液体中沉降速度不同得到各种金属粉末自然分布的沉积层。进一步，将分层沉积的金属粉末经干燥固化，便得到声阻抗呈梯度分布的定位带装置，如图3和图4所示。

定位带信号映射模型构建的模块中，利用采集的回波信号图去求解定位带上各材质与超声波发射探头之间的距离映射模型。超声探头发射特定强度的超声波，并作用到定位带上不同材质时，会由于各材质与超声波发射探头之间的距离差异，得到不同的超声波信号图。针对每一种材质，当超声波发射探头与定位带上金属材质之间具有三维位置集P＝{p_i(x_i,y_i,y_i)}(i＝1…N)时采集到N张超声波信号图集S＝{s_i}，s_i表示在超声波发射探头与材质距离为l_i时采集到的超声波图。建立模型M去求解S与L之间的关系, 以及特定材质的超声波图与三维位置集之间的关系。

在基于定位带的体内器械位置初始判别模块中，首先将超声波定位带设计模块中获得的厚度小于1mm且具有粘附性的定位带放置到需定位的体内器械表面。并利用经标定的体外超声探头，发射超声波信号，发射的超声波信号会与体内器械表面的定位带发生信号的发生折射、反射等作用，超声探头进一步接收反射的声波信号并得到超声图像。从超声图像中利用基于小波变换分解的背景干扰去除算法进一步分解出该超声波图中包含的T个不同材质的子超声波图，

为每一个子超声波图。并利用定位带信号映射模型M，求得三维空间位置解P⁰＝{p_t}，其中t＝1…T。这样就能获得带有超声定位带的体内器械上T个不同点的位置，实现体内器械位置初始判别。其中，基于小波变换分解的背景干扰去除算法的具体实现如下。

基于小波变换分解的背景干扰去除算法的输入为定位带不同材质的超声信号反射叠加图U⁰，输出为分解出的T个不同材质的超声波子图

其中t＝1…T，T为定位带上材质组成数目。基于小波变换分解的背景干扰去除算法流程如图5所示。首先，利用基于多尺度卷积的图像特征提取单元，对输入的超声信号反射叠加图U⁰进行特征提取，获得特征映射图

其尺寸为h×w×c(h为映射图高度，w为映射图宽度，c为映射图的通道数)。基于多尺度卷积的图像特征提取单元包含了五个全卷积操作，使用的卷积核大小均为3×3，卷积核数目分别为{5c,4c,3c,2c,c}。然后，将特征映射图

输入基于高斯金字塔的分解单元，输出分解后的特征图

基于小波变换的分解单元，先利用全局池化操作，进行特征全局计算，获得特征图。并通过小波变换，获得特征图在不同频率的分解项组合{L₁,L₂…L_T}，T为分解项数目。为了对不同频率的分解项信息进行激发，利用RELU激活函数进行进一步处理。通过级联操作，可获得不同频率下，不同尺度的分解项组，及分解后的特征图

在基于小波变换的分解单元之后，为了保证分解后的特征图具有灰度值范围一致性，进行灰度值及图像大小的归一化操作。最后，可输出分解后的T个不同材质的超声波子图

在体内器械位置精确计算模块中，首先利用超声探头标定矩阵，将体内器械位置初始判别结果，转换到体外跟踪系统的坐标系下，获得体内器械上T个不同点的三维空间初始位置P⁰＝{p_t}，其中t＝1…T。其次，利用五次贝塞尔曲线方法，求解得到6个关键控制点{c_i}的信息，其中i＝0…5。五次贝塞尔曲线的表征函数为Bernstein基多项式的线性组合，如下公式：

为了求解关键控制点{c_i}，定义了最小二乘的点与曲线距离误差函数，如下：

其中，D()代表点到曲线的欧式距离计算函数。通过最小化误差函数L，可求解出6个关键控制点{c_i}的信息。并进一步基于关键控制点位置信息，构建锥形体的离群点滤除方法，对基于定位带的体内器械位置初始判别模块中获得的体内器械的三维空间初始位置P⁰＝{p_t}进行二次优化，以获得体内器械位置精确计算结果及体内介入器械的点云。锥形体的离群点滤除方法的思路流程如图6所示。首先需要为每一个曲线控制点建立锥形体搜寻范围，其中搜索圆锥体高度表示为{λ_i}，搜索圆锥体的中心表示为{b_i},搜索圆锥体的半径表示为{r_i}，i＝0…5。利用求解的关键控制点的起始点和末端点的直线距离d，求解λ_i，公式如下：

，其中s₀和s₁为初始参数，确定了搜索圆锥体高度后，进一步确定搜索圆锥体的中心{b_i}。 {b_i}由搜索圆锥体高度和关键控制点{c_i}共同约束，求解公式为：

另外，搜索圆锥体的半径r_i为搜索圆锥体的中心{b_i}与关键控制点{c_i}的欧式距离，r_i＝‖b_i-c_i‖。依据{λ_i}，{b_i}，{r_i}可为每一个关键控制点{c_i}确定唯一的搜索圆锥体。锥形体的离群点滤除方式为，对于体内器械的三维空间初始位置P⁰＝{p_t}，如果在搜索圆锥体范围内，则保留(如图6中黑色实心点所示)，如果在搜索圆锥体范围外，(如图6中黑色空心点所示)，则认定为离群点，进行去除。通过这种离群点去除的二次优化方式，获得体内器械位置精确计算结果及体内介入器械的点云P′＝{p_t′}其中t＝1…T，并输出到体内器械实时渲染显示模块。

体内器械实时渲染显示模块中，首先对体内介入器械的点云P′进行插值和器械模型重建，以获得体内器械的三维形态。在插值重建步骤中，首先，进行三维点云的样条插值，然后，需要根据介入器械的真实物理尺寸如器械宽度、半径等，进行基于三维点云的模型重建，获得介入器械的位置形态，并在VTK或者OpenGL等视觉平台下，选择管状模型，指定半径，得到体内介入器械的模型。最后，通过三维实时渲染，如面绘制等实时呈现给使用操作者。另一方面，还可通过5G网络实时传输，将跟踪得到的介入器械的位置形态模型数据进行远程传输，并结合手术机器人技术，辅助远程手术。

Claims (6)

1.基于超声定位带的体内器械定位跟踪系统，其特征在于，包括：超声波定位带设计模块、定位带信号映射模型构建模块、体内器械位置初始判别模块、体内器械位置精确计算模块和体内器械实时渲染显示模块；超声波定位带设计模块，将设计一个超声定位带，其表面材质根据声学特性差异呈现梯度式分布；定位带信号映射模型构建模块会为设计的超声定位带，建立超声回波信号与定位带上各材质间的映射模型；体内器械位置初始判别模块，利用已标定的超声波探头发射超声波，且超声波被粘有定位带的体内器械反射后的声学信号图像被采集到，利用基于小波变换分解的背景干扰去除算法从采集到的声学信号中提取单一的定位带声学信号图像，并进一步通过定位带信号映射模型，实现体内器械位置初始判别；体内器械位置精确计算模块，利用超声探头标定矩阵，将体内器械位置初始判别结果，转换到体外跟踪系统世界坐标系下，并利用锥形体的离群点滤除方法对体内器械位置进行二次优化，获得体内器械位置精确计算结果及体内介入器械的点云；体内器械实时渲染显示模块是将三维位置点云通过插值技术，进行器械实时渲染显示，完成器械定位信息呈现；

定位带信号映射模型构建模块，利用采集的回波信号图去求解定位带上各材质与超声波发射探头之间的距离映射模型；超声探头发射特定强度的超声波，作用到定位带上不同材质时，由于各材质与超声波发射探头之间的距离差异，得到不同的超声波信号图；针对每一种材质，当超声波发射探头与定位带上金属材质之间具有三维位置集P＝{p_i(x_i，y_i，y_i)}(i＝1…N)时采集到N张超声波信号图集S＝{s_i}，s_i表示在超声波发射探头与材质距离为l_i时采集到的超声波图，建立模型M去求解S与L之间的关系，以及特定材质的超声波图与三维位置集之间的关系。

2.如权利要求1所述的基于超声定位带的体内器械定位跟踪系统，其特征在于，超声波定位带设计模块中，超声定位带的具体制作过程为：将不同种类，不同颗粒大小的金属粉末进行热塑性酚醛树脂表层覆盖后，放入沉降液进行沉降，利用不同密度、不同粉经的粉末在液体中沉降速度不同得到各种金属粉末自然分布的沉积层；将分层沉积的金属粉末经干燥固化，便得到声阻抗呈梯度分布的定位带装置。

3.如权利要求1所述的基于超声定位带的体内器械定位跟踪系统，其特征在于，体内器械位置初始判别模块，将超声波定位带设计模块中获得的厚度小于1mm且具有粘附性的定位带放置到需定位的体内器械表面，并利用经标定的体外超声探头，发射超声波信号，发射的超声波信号会与体内器械表面的定位带发生信号的发生折射、反射等作用，超声探头进一步接收反射的声波信号并得到超声图像；从超声图像中利用基于小波变换分解的背景干扰去除算法进一步分解出该超声波图中包含的T个不同材质的子超声波图，

为每一个子超声波图，并利用定位带信号映射模型M，求得三维空间位置解P⁰＝{p_t}，其中t＝1…T，这样就能获得带有超声定位带的体内器械上T个不同点的位置，实现体内器械位置初始判别。

4.如权利要求3所述的基于超声定位带的体内器械定位跟踪系统，其特征在于，基于小波变换分解的背景干扰去除算法的具体实现如下：

基于小波变换分解的背景干扰去除算法的输入为定位带不同材质的超声信号反射叠加图u⁰，输出为分解出的T个不同材质的超声波子图

其中t＝1…T，T为定位带上材质组成数目；利用基于多尺度卷积的图像特征提取单元，对输入的超声信号反射叠加图u⁰进行特征提取，获得特征映射图

其尺寸为h×w×c，h为映射图高度，w为映射图宽度，c为映射图的通道数，基于多尺度卷积的图像特征提取单元包含了五个全卷积操作，使用的卷积核大小均为3×3，卷积核数目分别为{5c，4c，3c，2c，c}；将特征映射图

输入基于高斯金字塔的分解单元，输出分解后的特征图

基于小波变换的分解单元，先利用全局池化操作，进行特征全局计算，获得特征图，并通过小波变换，获得特征图在不同频率的分解项组合{L₁，L₂…L_T}，T为分解项数目；对不同频率的分解项信息进行激发，利用RELU激活函数进行进一步处理，通过级联操作，获得不同频率下，不同尺度的分解项组，及分解后的特征图

在基于小波变换的分解单元之后，为了保证分解后的特征图具有灰度值范围一致性，进行灰度值及图像大小的归一化操作；最后，可输出分解后的T个不同材质的超声波子图

5.如权利要求1所述的基于超声定位带的体内器械定位跟踪系统，其特征在于，体内器械位置精确计算模块，利用超声探头标定矩阵，将体内器械位置初始判别结果，转换到体外跟踪系统的坐标系下，获得体内器械上T个不同点的三维空间初始位置P⁰＝{p_t}，其中t＝1…T；利用五次贝塞尔曲线方法，求解得到6个关键控制点{c_i}的信息，其中i＝0…5，五次贝塞尔曲线的表征函数为Bernstein基多项式的线性组合，如下公式：

为了求解关键控制点{c_i}，定义了最小二乘的点与曲线距离误差函数，如下：

其中，D()代表点到曲线的欧式距离计算函数，通过最小化误差函数L，可求解出6个关键控制点{c_i}的信息；并进一步基于关键控制点位置信息，构建锥形体的离群点滤除方法，对基于定位带的体内器械位置初始判别模块中获得的体内器械的三维空间初始位置P⁰＝{p_t}进行二次优化，以获得体内器械位置精确计算结果及体内介入器械的点云；为每一个曲线控制点建立锥形体搜寻范围，其中搜索圆锥体高度表示为{λ_i}，搜索圆锥体的中心表示为{b_i}，搜索圆锥体的半径表示为{r_i}，i＝0…5，利用求解的关键控制点的起始点和末端点的直线距离d，求解λ_i，公式如下：

，

其中s₀和s₁为初始参数，确定了搜索圆锥体高度后，进一步确定搜索圆锥体的中心{b_i}，{b_i}由搜索圆锥体高度和关键控制点{c_i}共同约束，求解公式为：

另外，搜索圆锥体的半径r_i为搜索圆锥体的中心{b_i}与关键控制点{c_i}的欧式距离，r_i＝||b_i-c_i||，依据{λ_i}，{b_i}，{r_i}可为每一个关键控制点{c_i}确定唯一的搜索圆锥体；锥形体的离群点滤除方式为，对于体内器械的三维空间初始位置P⁰＝{p_t}，如果在搜索圆锥体范围内，则保留，如果在搜索圆锥体范围外，则认定为离群点，进行去除，通过这种离群点去除的二次优化方式，获得体内器械位置精确计算结果及体内介入器械的点云P′＝{p′_t}其中t＝1…T，并输出到体内器械实时渲染显示模块。

6.如权利要求1所述的基于超声定位带的体内器械定位跟踪系统，其特征在于，体内器械实时渲染显示模块，对体内介入器械的点云P′进行插值并完成器械模型重建，以获得体内器械的三维形态；在插值重建步骤中，进行三维点云的样条插值，需要根据介入器械的真实物理尺寸进行基于三维点云的模型重建，获得介入器械的位置形态，并在VTK或者OpenGL视觉平台下，选择管状模型，指定半径，得到体内介入器械的模型；通过三维实时渲染，如面绘制等实时呈现给使用操作者，还可通过5G网络实时传输，将跟踪得到的介入器械的位置形态模型数据进行远程传输，辅助远程手术。

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