CN113041519A

CN113041519A - 一种智能空间定位方法

Info

Publication number: CN113041519A
Application number: CN201911377871.4A
Authority: CN
Inventors: 张勤; 文银刚; 谭智刚
Original assignee: Chongqing Haifu Medical Technology Co ltd
Current assignee: Chongqing Haifu Medical Technology Co ltd
Priority date: 2019-12-27
Filing date: 2019-12-27
Publication date: 2021-06-29

Abstract

本发明提出一种智能空间定位方法，包括：对目标对象进行标记；对经过标记的目标对象进行扫描，获取扫描图像；识别所述扫描图像，获取检测目标与标记的位置关系；将所述位置关系映射到治疗设备的坐标系中，对所述检测目标进行定位，并根据所述定位结果控制所述治疗设备移动至所述检测目标位置；本发明通过自动识别定位检测目标，可有效提高定位的准确性及效率。

Description

一种智能空间定位方法

技术领域

本发明涉及智慧医疗领域，尤其涉及一种智能空间定位方法。

背景技术

应用一定频率范围的超声波作用于人体并治疗疾病，称为超声波疗法。超声治疗室一种聚焦超声，它是利用超声的穿透性，将损伤性剂量的超声沉积到一定的深度，选择性损伤病变组织细胞，促进组织重建，改善微循环及神经功能使组织正常恢复形态与功能；超声治疗是一种由内到外的治疗，它只是损伤病变组织，改善微循环，可保持组织的完整性，并且超声治疗的副作用极小。

超声图像引导的高强度聚焦超声肿瘤治疗系统因其造价低、易用性好、医患交流简单等优点逐步在临床上得到认可。一般在术前准备阶段，医生利用计算机操控B超探头的移动进行病灶的定位，进而制定手术计划。但在使用超声进行病灶定位时极其依赖医生对生理解剖结构的了解、空间想象力以及医生的主观经验，因此病灶定位时间一般在20分钟以上。

发明内容

鉴于以上现有技术存在的问题，本发明提出一种智能空间定位方法，主要解决病灶定位依赖专家经验且定位时间长的问题。

为了实现上述目的及其他目的，本发明采用的技术方案如下。

一种智能空间定位方法，包括：

对目标对象进行标记；

对经过标记的目标对象进行扫描，获取扫描图像；

识别所述扫描图像，获取检测目标与标记的位置关系；

将所述位置关系映射到治疗设备的坐标系中，对所述检测目标进行定位，并根据所述定位结果控制所述治疗设备移动至所述检测目标位置。

可选地，对经过标记的目标对象进行三维立体图像扫描，获取所述扫描图像。

可选地，所述标记设置于所述目标对象表面多个位置。

可选地，分别从所述扫描图像的横断位和矢状位两个方向对所述扫描图像进行识别。

可选地，设置预选区域，对所述预选区域内的标记进行识别。

可选地，获取所述检测目标在所述扫描图像中的位置；

根据所述标记在所述扫描图像横断位和矢状位上所处区域，获取所述检测目标与所述标记的相对位置关系。

可选地，通过治疗设备获取所述目标对象的超声波图像，识别所述超声波图像中所述标记的位置，将所述标记位置映射到所述治疗设备坐标系。

可选地，根据所述检测目标与所述标记的位置关系，以及所述标记位置与所述治疗坐标系的位置关系，将所述检测目标的位置映射到所述治疗设备坐标系中，通过所述治疗设备对所述检测目标进行定位。

可选地，所述治疗设备包括至少一个机械臂。

可选地，建立所述机械臂的空间坐标与所述治疗设备坐标系的映射关系，控制所述机械臂运动至所述检测目标位置执行操作任务。

如上所述，本发明一种智能空间定位方法，具有以下有益效果。

通过识别标记进行位置定位，不需要专家经验判断，有效提高检测目标定位的效率的同时，极大地减少人工的工作量。

附图说明

图1为本发明一实施例中智能空间定位方法的流程图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

请参阅图1，本发明提供一种智能空间定位方法，包括步骤S01-S04。

在步骤S01中，对目标对象进行标记：

目标对象可以为人体，通过智能空间定位系统对人体内的病灶进行精确定位，以便于针对病灶采取相应的治疗措施，有效解决人工定位费时且精度难以保障的问题。标记可采用可贴敷于人体表面的标记探头。

在一实施例中，根据疾病的不同种类，选择性的在人体表面进行标记。如人体腹腔内有一块肿瘤，确定肿瘤大致位置后，在腹腔正面和背面对应位置贴敷标记探头；如果肿瘤在胸腔内，则将标记探头贴附在胸腔正面及背面对应位置。通过贴敷的标记探头对人体进行标记。

在步骤S02中，对经过标记的目标对象进行扫描，获取扫描图像；

对经过标记的人体进行三维力图图像扫描，获取扫描图像。

具体地，可采用核磁扫描，在患者身上贴敷标记探头后，对患者进行核磁扫描，形成带有人体标记点的扫描图像。标记探头表面附着一层用于产生印记的涂覆层，标记探头贴附在人体表面时，通过探头上的涂覆层在人体表面留下印记，取下标记探头后，印记可在人体保留两天以上。印记用于定位标记探头的在人体表面的位置，当取下标记探头后，需要重新贴上标记探头时，可根据印记的外形尺寸，重新贴敷标记探头，确保前后两次标记探头的位置偏差被控制在容错范围内。

在步骤S03中，识别扫描图像，获取检测目标与标记的位置关系；

请参阅图2，在一实施例中，人体体表标记分布为背部一枚，腹部左右各一枚；体表标记识别共三个，记为M＝{M1,M2,M3},分开依次识别各个体表标记；

在一实施例中，可预先确定病灶的大致位置，根据病灶的大致位置设置一预选区域S，在预选区域S内进行人体标记，只需要针对预选区域的核磁扫描图像进行识别，便可获取标记的大致位置，确定进而确定标记在核磁图像上的大致区域。设置预选区域S进行针对性的识别，可减少图像识别的计算量，提高识别效率。

一般核磁图像具有多个层面，可从核磁扫描图像的横断位和矢状位两个方向对核磁扫描图像进行识别，依次识别出体表标记。

对核磁扫描图像进行识别前，可对图像进行预处理，包括图像二值化、皮肤边界确定等。具体地，对核磁扫描图像依据一定的阈值进行二值化，将核磁图像的前景与背景分离，主要是将除了人体区域及体表标记以外部分的像素置为0。

矢状位核磁扫描图像中，皮肤边界在图像的左右两边大致呈竖直状，横断位图像中，皮肤边界在图像的上下两边大致呈水平状。确定皮肤边界的有利于定位标记在人体皮肤表面的位置。

在预选区域S中，根据一定的阈值将图像二值化，以区分体表标记，因为体表标记较为特殊，在核磁图像中的信号非常强，呈亮斑状。

找到预选区域S内所有的亮斑区域Pn，然后遍历Pn中每一个亮斑Pj(j＝0,1,2...n)，对亮斑进行筛选。亮斑筛选标准可设置为：亮斑的形状与体表标记在核磁扫描图像的截面对应的形状一致；亮斑的长和宽与标记在核磁扫描图像截面的长宽差在设定阈值范围内；亮斑的位置在人体皮肤外侧。由此筛选出预选标记Mp。通过亮斑筛选避免人体内其他物质形成的亮斑的干扰，提高识别的准确性。

根据预选标记Mp的位置，计算出该预选标记在横断位的层面及其所处的大致区域Sp；经过多次重复亮斑筛选，进行横断位的预选标记查找。如果横断位上能够准确确认某一亮斑为体表标记，则将该体表标记即为Mi，并纳入标记集合M；依此方法，经过多次重复，找到各个体表标记，并将各体表标记的位置记为Res01。

在一实施例中，可进一步根据病灶在核磁扫描图像中的位置，计算出核磁扫描图像中病灶中心与体表标记的相对位置，该结果记为Res02。

在步骤S04中，将位置关系映射到治疗设备的坐标系中，对所述检测目标进行定位，并根据定位结果控制治疗设备移动至所述检测目标位置：

在一实施例中，可通过一治疗设备接收识别的位置信息Res01和Res02。治疗设备至少包括一个机械臂，机械臂上设置有超声波探头。通过超声波探头扫描预设区域S实时获取B超图像。

在一实施例中，实时B超图像识别时，根据核磁图像上体表标记的相对位置(Res01)，控制B超探头的左右上下方向移动，同时，实时进行单张B超图像上体外标记的识别，得到识别结果(Res03)，然后根据标记的相对位置关系(Res01)，对Res03进行筛选及确认进而得到体外标记在超声治疗系统设备中的位置(Res04)；

请参阅图3，该过程的具体流程如下：

根据核磁图像上体表标记的相对位置(Res01)，以及背部标记在超声治疗系统设备空间的坐标位置P0，控制超声波探头的移动到特定的位置，然后移动超声波探头，使腹部两标记能在图像中依次出现，在移动的过程中实时产生B超图像Image。

识别B超图像Image上体外标记Mi：在识别B超图像之前可对B超图像按照一定的阈值进行二值化，去除一些杂波，得到图像Image1。进而对图像Image1进行滤波处理，以及开操作，去除一些杂波以及一些伪影，得到图像Image2。体表标记在图像Image2中具有非常明显的图像特征，其为皮肤线附近的一个具有特定形状的亮斑，如果图像Image2中有多个亮斑，则根据亮斑的大小和形状以及位置进行筛选，得到预选标记Mp；

经过多次重复筛选，得到所有的预选标记{Mp1,Mp2,Mp3...}，结果记为Res03，然后根据体表标记的相对位置Res01，进行标记筛选，得到体外标记在超声治疗系统设备中的位置，记为Res04。根据Res01和Res04，以及背部标记在超声治疗系统设备空间的坐标位置P0，得到核磁图像空间坐标与超声治疗系统设备空间坐标之间的转换关系Res05。

根据两个空间坐标之间的转换关系Res05和Res02，计算得到病灶在超声治疗系统设备坐标空间的位置P。

在一实施例中，可通过机械臂上的位置传感器获取机械臂的空间位置，并计算机械臂的空间位置与治疗设备坐标系的位置关系，将机械臂的空间坐标映射到治疗设备坐标系中。进而可计算机械臂到病灶的移动距离，控制机械臂移动至病灶位置，启动超声波治疗。

综上所述，本发明一种智能空间定位方法，可自动控制超声波探头移动，不需要人工操作，减少医生工作量；通过标记定位病灶，减少对医生经验的依赖，提高病灶位置定位的准确性；通过设备自动识别定位病灶，操作简单，可极大地节省术前准备时间。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims

1.一种智能空间定位方法，其特征在于，包括：

对目标对象进行标记；

对经过标记的目标对象进行扫描，获取扫描图像；

识别所述扫描图像，获取检测目标与标记的位置关系；

2.根据权利要求1所述的智能空间定位方法，其特征在于，对经过标记的目标对象进行三维立体图像扫描，获取所述扫描图像。

3.根据权利要求1所述的智能空间定位方法，其特征在于，所述标记设置于所述目标对象表面多个位置。

4.根据权利要求2所述的智能空间定位方法，其特征在于，分别从所述扫描图像的横断位和矢状位两个方向对所述扫描图像进行识别。

5.根据权利要求4所述的智能空间定位方法，其特征在于，设置预选区域，对所述预选区域内的标记进行识别。

6.根据权利要求4所述的智能空间定位方法，其特征在于，获取所述检测目标在所述扫描图像中的位置；

7.根据权利要求1所述的智能空间定位方法，其特征在于，通过治疗设备获取所述目标对象的超声波图像，识别所述超声波图像中所述标记的位置，将所述标记位置映射到所述治疗设备坐标系。

8.根据权利要求7所述的智能空间定位方法，其特征在于，根据所述检测目标与所述标记的位置关系，以及所述标记位置与所述治疗设备坐标系的位置关系，将所述检测目标的位置映射到所述治疗设备坐标系中，通过所述治疗设备对所述检测目标进行定位。

9.根据权利要求7所述的智能空间定位方法，其特征在于，所述治疗设备包括至少一个机械臂。

10.根据权利要求9所述的智能空间定位方法，其特征在于，建立所述机械臂的空间坐标与所述治疗设备坐标系的映射关系，控制所述机械臂运动至所述检测目标位置执行操作任务。