CN117322918B - 一种介入手术冠脉开口位置自动探测控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种介入手术冠脉开口位置自动探测控制系统，包括图像检测装置实时获取探测装置在主动脉内的前方探测图像和环视探测图像，并检测固定形状黑斑；探测距离计算单元一计算探测装置距离主动脉底端的距离值一；探测距离计算单元二计算探测装置距离主动脉管壁的距离值二；探测控制单元根据距离值一与设定距离阈值的关系，触发探测装置进行环视扫描；根据固定形状黑斑所在的环视探测图像，触发对当前DSA图像进行截图；标记单元在截图中标记固定形状黑斑相对探头顶端的位置。本发明可以控制探测装置在腔体内进行逐层扫描，自动完成对心脏腔体内的全面探索，帮助医生自动快速准确的在DSA图像上标定出冠脉开口位置，提高手术效率。

Description

一种介入手术冠脉开口位置自动探测控制系统

技术领域

本发明涉及微创血管介入手术技术领域，具体的说，涉及对冠脉血管开口探测技术，更具体的说，涉及一种介入手术冠脉开口位置自动探测控制系统。

背景技术

心脑血管微创介入疗法是针对心脑血管疾病的主要治疗手段。和传统外科手术相比，有着切口小、术后恢复时间短等明显优势。心脑血管介入手术是由医生手动将导管、导丝以及支架等器械送入病患体内来完成治疗的过程。

在冠脉介入手术中，想要进行造影或治疗手术的第一步就是需要把造影导管或导引导管放置在冠脉血管开口处。因为存在个体差异，每个人的冠脉开口位置不尽相同。冠脉开口在心脏的主动脉弓内，在DSA下无法直接看到冠脉口的位置，医生只能依靠经验来探索。采用冠脉开口探测装置可以帮助医生从血管内准确找到冠脉开口位置，但是这种装置目前需要通过医生手动操作装置运动，需要医生实时观看和识别超声图像，对医生要求全程参与控制。

对于冠脉介入手术使用探测装置寻找冠脉口的过程中存在如下几个方面的问题：（1）探测过程中采集的超声图像，全程需要医生逐一判断当前图像中是否有冠脉开口，全过程中有很多超声图像，对医生的精力耗费较多；（2）探测装置的探头受限于体积问题，探测区域有限，需要医生手动控制探测装置运动去探测不同位置，因为探测区域较多，全程对医生控制要求高；（3）冠脉口的寻找有赖于医生对超声图像的准确判断，对于经验不足的医生，可能无法快速准确找到，从而影响探测效率；（4）医生根据经验手动控制探测装置寻找冠脉口，在探测过程中没有记录探测的历史方向，很可能重复扫描同一区域或临近区域，很难快速找全两个冠脉口，探测时间较长；（5）在手动探测到冠脉口后，需要医生根据探测结果手动DSA图像上标记对应位置，无法保证标记的准确性，从而影响后续手术操作过程。

因此，如何提供一种介入手术冠脉开口位置自动探测控制系统是本领域技术人员的一个重要研究方向。

发明内容

本发明提供的一种介入手术冠脉开口位置自动探测控制系统，其目的在于解决现有冠脉开口的位置准确探测与标定过程需要手动完成的技术问题，通过对探测装置的自动控制和数据的自动处理，可以实现无需医生干预，自动完成对心脏腔体内的全面探索，帮助医生自动快速准确的在DSA图像上标定出冠脉开口位置，提高手术效率。

为此，本发明的目的在于提出一种介入手术冠脉开口位置自动探测控制系统，所述冠脉开口位于距主动脉底端固定距离位置，包括探测装置、图像检测装置、探测距离计算单元一、探测距离计算单元二、探测控制单元和标记单元；其中，

图像检测装置：用于实时获取探测装置在主动脉内的前方探测图像和环视探测图像，并检测所述环视探测图像上是否存在固定形状黑斑；

探测距离计算单元一：用于根据前方探测图像计算探测装置在主动脉内前进方向上距离所述主动脉底端的距离值一；

探测距离计算单元二：用于根据固定形状黑斑所在的所述环视探测图像计算探测装置所在当前主动脉横截面上距离所述主动脉管壁的距离值二；

探测控制单元：用于根据所述距离值一与设定距离阈值的关系，触发探测装置沿主动脉横截面进行环视扫描以输出环视探测图像的控制信号；以及，根据固定形状黑斑所在的所述环视探测图像，触发对当前DSA图像进行截图的控制信号，截图中显示所述探测装置的探头顶端；

标记单元：用于根据所述距离值二在所述截图中标记所述固定形状黑斑相对所述探头顶端的位置，形成标记点作为冠脉开口位置。

优选的，所述探测装置包括超声探头。

优选的，所述探测控制单元包括移动控制模块和距离判断模块；其中，

移动控制模块用于控制所述探测装置由主动脉弓处向前方移动，即向主动脉底端方向移动；

距离判断模块用于实时判断所述距离值一是否小于设定距离阈值，若是，则触发探测装置沿主动脉横截面进行环视扫描以输出环视探测图像的控制信号；若否，则移动控制模块继续控制所述探测装置由主动脉弓处向前方移动。本发明考虑主动脉和冠脉开口的相对位置关系，通过到主动脉底端距离值的实时判断，使得探测装置能够直接快速抵达主动脉底端，进行冠脉开口的环视扫描。

优选的，所述探测控制单元包括移动控制模块；其中，

移动控制模块接收图像检测装置检测的所述环视探测图像上不存在固定形状黑斑的检测结果，并控制所述探测装置由当前所处主动脉位置向后方移动，即向主动脉底端反方向移动，且移动指定距离后向所述图像检测装置发送实时获取探测装置在主动脉内的环视探测图像的控制信号，直至接收到当前所述环视探测图像上存在固定形状黑斑的检测结果，停止控制所述探测装置向主动脉底端反方向移动。本发明实现了从底端自下而上的逐层环周扫描探测冠脉开口，保证了扫描的完整性。

其中，所述指定距离根据探测装置的单次探测范围确定。

优选的，所述探测控制单元包括移动控制模块和距离判断模块；所述探测距离计算单元二根据固定形状黑斑所在的所述环视探测图像计算探测装置所在当前主动脉横截面上距离所述主动脉管壁的距离值三；其中，

距离判断模块根据距离值三判断所述探测装置是否位于当前主动脉横截面的中心位置，若是，则触发探测装置沿主动脉横截面进行环视扫描以输出环视探测图像的控制信号，且距离值三作为距离值二发送至标记单元；若否，则所述移动控制模块根据所述距离值三控制所述探测装置在当前主动脉横截面的平移量；

探测装置根据所述平移量平移后，距离判断模块再次触发探测装置沿主动脉横截面进行环视扫描以输出环视探测图像的控制信号，直至所述探测装置位于当前主动脉横截面的中心位置。

本发明通过对探测装置在当前主动脉横截面的平移调整，保证了探测装置位于当前主动脉横截面的中心位置，此时探测装置距离主动脉管壁的距离视为距冠脉开口的距离，中心位置能够确保获得距冠脉开口距离值的准确性。

优选的，所述距离值三为多个，所述探测距离计算单元二计算探测装置所在当前主动脉横截面上，至主动脉横截面圆周上多个主动脉管壁位置点的距离而得；

所述距离判断模块判断多个所述距离值三之间的差异是否小于差异阈值，若是，则计算多个距离值三的均值作为距离值二发送至标记单元，或选取其中一个距离值三作为距离值二发送至标记单元；若否，所述移动控制模块根据所述距离值三控制所述探测装置在当前主动脉横截面的平移量，以使多个所述距离值三之间的差异小于差异阈值。

本发明利用多组距离值三进行距冠脉开口距离值的估算，进一步提高了估算的精准度。

优选的，所述标记单元用于执行以下步骤：

在所述截图中沿所述探头顶端当前指向的方向做一条长度为距离值二的线段，在线段端点创建标记点，所述标记点即为冠脉口在DSA图像上的位置。结合DSA图像能够更加便捷、直观地实现冠脉开口位置的定位。

优选的，所述标记单元用于执行以下步骤：

判断所述截图中是否存在两个所述标记点，若是，则停止动作；若否，则继续探测冠脉开口位置。本发明自动完成左冠脉血管和右冠脉血管的标记判断。

优选的，还包括DSA造影机，用于获取所述探测装置所在主动脉的DSA图像。

优选的，所述固定形状黑斑包括圆形黑斑或椭圆形黑斑。圆形黑斑或椭圆形黑斑符合实际血管开口探测形状。

本发明公开的一种介入手术冠脉开口位置自动探测控制系统，具有以下有益效果：

1、本发明所述方法，通过对超声图像自动识别与检测机制，可以在不同位置的超声图像中，快速准确的自动判断出当前图像中是否有冠脉开口点，使得医生不必全程观看超声图像，节省医生的体力，可以把注意力放在病情诊断上；

2、本发明所述方法，通过从底端自下而上的逐层环周扫描方式探测冠脉开口，可以保证扫描的完整性，确保找到冠脉开口位置，同时也可以避免扫描重复位置，减少了医生易操作失误的可能；

3、本发明所述方法，可以辅助医生精确地找到冠脉开口，避免了经验不足的医生在体内盲目的探索，可以提升探测效率；

4、本发明所述方法，通过探测装置和DSA设备之间的协调配合，可以实现自动精确标记冠脉开口在DSA图像上的位置，指导后续医生快速将导管头端放置在目标冠脉口开展介入手术，减少了医生操作步骤，缩短了标定位置的时间。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1附图为本发明提供的一种介入手术冠脉开口位置自动探测控制系统的工作流程示意图。

图2附图为本发明提供的探测控制单元对探测装置进行定位的流程示意图。

图3附图为本发明提供的标记单元对冠脉口位置进行标记的流程示意图；

图4附图为本发明提供的血管内结构示意图；

图5附图为本发明提供的血管内探测装置不同高度结构示意图；

图6附图为本发明提供的冠脉口位置标记示意图；

图7附图为本发明提供的介入手术冠脉开口位置自动探测控制系统组织框图。

其中，图中，

101为右冠脉血管；102为右冠脉开口；103为主动脉底端；104为左冠脉开口；105为左冠脉血管；106为探测装置；107为导线；108为升主动脉；109为主动脉弓；201为标记点；202为探测装置影像。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

本发明实施例提供了一种介入手术中自动探测冠脉开口的方法，其目的在于解决现阶段介入手术使用探测装置进行寻找冠脉介入开口中，医生需全程观看图像判断位置耗费精力多、手动操作探测装置复杂、经验不足医生无法准确判断、探测过程中易重复探测、探测结果无法自动标记等问题。

下面根据图1-7详细描述本发明实施例的一种介入手术冠脉开口位置自动探测控制系统。

如图4-6所示，人体有2个冠脉血管，左冠状动脉105和右冠状动脉101，在冠状动脉和升主动脉108连接的地方，有2个开口，即左冠脉开口104和右冠脉开口102，冠脉开口位于距主动脉底端固定距离位置。

本发明实施例使用环境为介入手术的心脏主动脉弓内，全程自动完成对冠脉开口的位置准确探测与标定。如图1和图7所示，系统包括探测装置、图像检测装置、探测距离计算单元一、探测距离计算单元二、探测控制单元和标记单元；其中，

探测装置后端连接有导线107，将探测装置推送至主动脉弓109处。

图像检测装置：用于实时获取探测装置在主动脉内的前方探测图像和环视探测图像，并检测环视探测图像上是否存在固定形状黑斑；

探测距离计算单元一：用于根据前方探测图像计算探测装置在主动脉内前进方向上距离主动脉底端的距离值一；

探测距离计算单元二：用于根据固定形状黑斑所在的环视探测图像计算探测装置所在当前主动脉横截面上距离主动脉管壁的距离值二；

探测控制单元：用于根据距离值一与设定距离阈值的关系，触发探测装置沿主动脉横截面进行环视扫描以输出环视探测图像的控制信号；以及，根据固定形状黑斑所在的环视探测图像，触发对当前DSA图像进行截图的控制信号，截图中显示探测装置的探头顶端；

标记单元：用于根据距离值二在截图中标记固定形状黑斑相对探头顶端的位置，形成标记点作为冠脉开口位置。

实施例中所谓的前方为主动脉延伸方向，即朝向主动脉底端的方向，冠状动脉位于主动脉底端的两侧位置。

下面给出本发明系统在本实施例中具体执行的过程：

如图1所示，系统的探测控制单元的移动控制模块发送指令控制装置向前移动进入升主动脉108中，随后持续向前移动直到探测距离计算单元一计算距离主动脉底103为1cm后停止移动。

对于当前位置可能不在主动脉的轴心线上的情况，为了避免对观测效果有影响，所以探测控制单元控制探测装置环视一周，调整探测装置使之位于升主动脉108中心点上。然后，控制装置沿当前位置在水平截面上环视一周，用于检测升主动脉的内壁情况，找到冠脉开口点。

在环视过程中，图像检测装置实时读取并检查在超声图像上是否有固定形状黑斑，包括圆形或椭圆形黑斑，如果发现，则说明找到了冠脉开口，如果没有则探测控制单元控制探测装置沿升主动脉向上移动1cm，再沿当前位置在水平截面上环视一周，调整到中心点后，图像检测装置再次检测超声图像上是否有圆形或椭圆形黑斑，重复步骤直至检测到冠脉开口为止。

依照逐层扫描的原理，可以保证系统全面准确的找到冠脉开口位置。在图像检测装置发现冠脉开口后，探测控制单元控制探测装置调整角度，使得黑斑位置位于超声图像中央并向系统的标记单元发出找到的信号，标记单元得知信号后，将对当前DSA图像进行处理，标记出冠脉开口在DSA图像上的准确位置，然后保持标记好位置的截图。

之后系统的标记单元会判断是否找到了2个冠脉口的位置，如果没有找到2个，则重复上述步骤继续查找。如果找到2个后，则说明探测任务完成。

在一个实施例中，探测装置包括超声探头，将超声探头的探测距离参数设定为2cm，这样符合在主动脉弓内的环境。系统的图像检测装置读取超声探头发送的实时超声影像。

在一个实施例中，如图2所示，探测距离计算单元一根据探测装置发出的前方探测图像，可以计算出探测装置前方障碍物到探测装置探头前方的距离，记为L。探测控制单元的移动控制模块向探测装置发出控制指令，使得探测装置向前移动。测控制单元的距离判断模块实时判断L的数值是否小于1cm，如果大于，则移动控制模块控制探测装置继续向前移动；如果小于，则移动控制模块向探测装置发出指令控制其停止移动，在当前位置，沿水平方向转动一周，探测距离计算单元二探测一周内各位置到障碍物的距离，记为K。距离判断模块判断各位置的K值是否近似相等，如果不相等，移动控制模块控制探测装置根据K大小进行当前主动脉横截面位置的平移调整；如果相等，则移动控制模块控制探测装置停止移动，在当前位置，沿水平方向转动一周，探测距离计算单元二探测这层级内周围一圈各位置到障碍物的距离，记为H，用于标记单元的标记过程。

在一个实施例中，如图3和图6所示，在冠脉口位置标记流程示意图中，标记单元接收到已找到冠脉口的信号后，控制DSA对当前的透视图像进行截图，在截图上，沿当前截图中的探测装置影像202的头端指向的方向做一条长度为H的线段，在线段端点标记一个圆圈作为标记点201，这个圈即为其中一个冠脉口的位置。然后标记单元判断是否已完成2个冠脉口的位置，如果未完成，则继续标记另外一个。如果完成，则将标记好的图像进行截图保存作为医生手术操作的参考图。医生在后续手术操作中，可以参考这个图像辅助进行手术。

本发明系统可以应用超声探测装置和DSA一起使用，控制探索装置在主动脉弓内自动完成冠脉口探测任务，并能在DSA图像上自动生成2个冠脉开口位置标记，有效辅助医生进行放置导管在冠脉开口的手术操作。

本发明系统能够接受并分析超声探头采集的实时图像，并能根据图像进行冠脉开口的识别与分析，能够分析出超声探头距离前端障碍物的距离，并以此分析判断出超声探头的实时位置，根据分析结果进行计算转化为超声探测装置运动执行指令，控制超声探测装置在体内进行运动。

本发明系统根据升主动脉的特点，采用了从底端自下而上的逐层环周扫描方式，可以保证扫描的完整性，确保找到冠脉开口位置，同时也可以避免扫描重复位置。在探头找到位置后，系统通过在DSA图像上自动构筑延长辅助线，结合探测距离值，准确冠脉开口标定出在DSA上的位置。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种介入手术冠脉开口位置自动探测控制系统，所述冠脉开口位于距主动脉底端固定距离位置，其特征在于：包括探测装置、图像检测装置、探测距离计算单元一、探测距离计算单元二、探测控制单元和标记单元；其中，

图像检测装置：用于实时获取探测装置在主动脉内的前方探测图像和环视探测图像，并检测所述环视探测图像上是否存在固定形状黑斑；

探测距离计算单元一：用于根据前方探测图像计算探测装置在主动脉内前进方向上距离所述主动脉底端的距离值一；

探测距离计算单元二：用于根据固定形状黑斑所在的所述环视探测图像计算探测装置所在当前主动脉横截面上距离所述主动脉管壁的距离值二；

探测控制单元：用于根据所述距离值一与设定距离阈值的关系，触发探测装置沿主动脉横截面进行环视扫描以输出环视探测图像的控制信号；以及，根据固定形状黑斑所在的所述环视探测图像，触发对当前DSA图像进行截图的控制信号，截图中显示所述探测装置的探头顶端；

标记单元：用于根据所述距离值二在所述截图中标记所述固定形状黑斑相对所述探头顶端的位置，形成标记点作为冠脉开口位置。

2.根据权利要求1所述的介入手术冠脉开口位置自动探测控制系统，其特征在于：所述探测装置包括超声探头。

3.根据权利要求1所述的介入手术冠脉开口位置自动探测控制系统，其特征在于：所述探测控制单元包括移动控制模块和距离判断模块；其中，

移动控制模块用于控制所述探测装置由主动脉弓处向前方移动，即向主动脉底端方向移动；

距离判断模块用于实时判断所述距离值一是否小于设定距离阈值，若是，则触发探测装置沿主动脉横截面进行环视扫描以输出环视探测图像的控制信号；若否则移动控制模块继续控制所述探测装置由主动脉弓处向前方移动。

4.根据权利要求1所述的介入手术冠脉开口位置自动探测控制系统，其特征在于：所述探测控制单元包括移动控制模块；其中，

移动控制模块接收图像检测装置检测的所述环视探测图像上不存在固定形状黑斑的检测结果，并控制所述探测装置由当前所处主动脉位置向后方移动，即向主动脉底端反方向移动，且移动指定距离后向所述图像检测装置发送实时获取探测装置在主动脉内的环视探测图像的控制信号，直至接收到当前所述环视探测图像上存在固定形状黑斑的检测结果，停止控制所述探测装置向主动脉底端反方向移动。

5.根据权利要求1所述的介入手术冠脉开口位置自动探测控制系统，其特征在于：所述探测控制单元包括移动控制模块和距离判断模块；所述探测距离计算单元二根据固定形状黑斑所在的所述环视探测图像计算探测装置所在当前主动脉横截面上距离所述主动脉管壁的距离值三；其中，

距离判断模块根据距离值三判断所述探测装置是否位于当前主动脉横截面的中心位置，若是，则触发探测装置沿主动脉横截面进行环视扫描以输出环视探测图像的控制信号，且距离值三作为距离值二发送至标记单元；若否，则所述移动控制模块根据所述距离值三控制所述探测装置在当前主动脉横截面的平移量；

探测装置根据所述平移量平移后，距离判断模块再次触发探测装置沿主动脉横截面进行环视扫描以输出环视探测图像的控制信号，直至所述探测装置位于当前主动脉横截面的中心位置。

6.根据权利要求5所述的介入手术冠脉开口位置自动探测控制系统，其特征在于：所述距离值三为多个，所述探测距离计算单元二计算探测装置所在当前主动脉横截面上，至主动脉横截面圆周上多个主动脉管壁位置点的距离而得；

所述距离判断模块判断多个所述距离值三之间的差异是否小于差异阈值，若是，则计算多个距离值三的均值作为距离值二发送至标记单元，或选取其中一个距离值三作为距离值二发送至标记单元；若否，所述移动控制模块根据所述距离值三控制所述探测装置在当前主动脉横截面的平移量，以使多个所述距离值三之间的差异小于差异阈值。

7.根据权利要求1所述的介入手术冠脉开口位置自动探测控制系统，其特征在于：所述标记单元用于执行以下步骤：

在所述截图中沿所述探头顶端当前指向的方向做一条长度为距离值二的线段，在线段端点创建标记点，所述标记点即为冠脉口在DSA图像上的位置。

8.根据权利要求1所述的介入手术冠脉开口位置自动探测控制系统，其特征在于：所述标记单元用于执行以下步骤：

判断所述截图中是否存在两个所述标记点，若是，则停止动作；若否，则继续探测冠脉开口位置。

9.根据权利要求1所述的介入手术冠脉开口位置自动探测控制系统，其特征在于：还包括DSA造影机，用于获取所述探测装置所在主动脉的DSA图像。

10.根据权利要求1所述的介入手术冠脉开口位置自动探测控制系统，其特征在于：所述固定形状黑斑包括圆形黑斑或椭圆形黑斑。