[发明专利]一种快速构建人体器官内腔三维几何模型的方法和系统

说明书

技术领域

本发明涉及对人体器官内腔进行快速构建三维几何模型的方法和系统，尤其涉及一种利用安装在导管头部的三维定位传感器对人体器官内腔进行快速构建三维几何模型的方法和系统。

背景技术

房颤是一种源于心房的心律不齐，通常导致心房跳动速度超过每分钟300次。在美国大约有220万房颤患者，2006年新增的房颤病例达到20万，而中国的房颤患者在1000万以上。中国有关数据表明，房颤患者发生中风的几率是正常人的6倍，且房颤患者常感到心悸、胸闷、气喘，生活质量受到严重的影响。目前的肺静脉隔离技术在治疗突发性房颤中取得了85％的成功率。肺静脉隔离术是指从腹股沟的大静脉插入一根有头电极的导管达到左心房并在环肺静脉处进行射频消融的微创治疗方法。

医生在进行房颤手术时主要依赖于X光透视。X光透视的优点是实时性好，至少有15帧/秒以上的刷新速度；成像区域大，整个心脏区域都可以显示；导管和导丝等器械在X光下成像清晰。X光透视的缺点是只能提供二维平面图像，没有深度信息，当导管静止时不易识别它的指向。

近几年来三维标测技术在治疗房颤中得到广泛的应用。这种技术可以实时跟踪导管头部的三维坐标，通过导管头部直接接触心腔内壁采集一些三维数据点来构建心腔的几何模型。在手术中，构建的心腔几何模型和导管头部位置一起显示，配合电生理信号的分析，可以帮助医生对心律不齐的病灶进行诊断。三维标测技术可以有效地减少手术时间，X光曝光时间，并提高手术成功率。

通过心腔内壁的三维数据点构建心腔的几何模型，常用的是基于表面收缩的算法。这种方法初始化一个球面或椭球面包络所有三维数据点，随后不断收缩表面，直到表面接触到三维数据点。该方法适合对类似球体的内腔构建，但对左心房带有肺静脉分支的内腔，其整体构建功能不足，需要对左心房和肺静脉分别进行构建。

发明内容

本发明的目的在于解决上述问题，提供了一种快速构建人体器官内腔三维几何模型的方法，适合复杂腔体的快速构建，尤其在治疗房颤的手术中可以对左心房和肺静脉进行整体重建。

本发明的另一目的在于提供了一种快速构建人体器官内腔三维几何模型的系统，适合复杂腔体的快速构建，尤其在治疗房颤的手术中可以对左心房和肺静脉进行整体重建。

本发明的技术方案为：本发明揭示了一种快速构建人体器官内腔三维几何模型的方法，包括：

(1)将一个或多个传感元件导入器官内腔；

(2)在内腔中移动该传感元件以采集内腔的空间位置信息，从而探知内腔所在的位置或范围；

(3)根据内腔所在的位置或范围构建内腔表面的三维几何模型。

上述的快速构建人体器官内腔三维几何模型的方法，其中，所述传感元件为三维定位传感器。

上述的快速构建人体器官内腔三维几何模型的方法，其中，所述三维定位传感器的定位方式包括电磁感应定位或电场定位。

上述的快速构建人体器官内腔三维几何模型的方法，其中，所述三维定位传感器可以安装于一根导管的头部内。

上述的快速构建人体器官内腔三维几何模型的方法，其中，所述传感元件采集的空间位置信息是相对于空间参考点的三维位置信息，也可以同时包括传感元件走向的切向量信息。

上述的快速构建人体器官内腔三维几何模型的方法，其中，所述切向量信息可以由球面坐标系的仰角和摆角表示，也可以由旋转矩阵表示。

上述的快速构建人体器官内腔三维几何模型的方法，其中，所述三维位置信息可以由所述传感元件直接获得，也可以由两个或两个以上的传感元件通过插值获得。

上述的快速构建人体器官内腔三维几何模型的方法，其中，步骤(2)进一步包括：

(a)先由传感元件在内腔向四周腔壁移动，根据采集的空间位置信息，估算出内腔在空间上的大体位置；

(b)在估算出的内腔空间内，移动传感元件使其达到内腔空间内的各个位置，从而探知内腔所在的位置和范围。

上述的快速构建人体器官内腔三维几何模型的方法，其中，在步骤(a)中，直接让传感元件触及内腔的上、下、左、右、前、后六个面，以估算内腔在空间上的大体位置。

上述的快速构建人体器官内腔三维几何模型的方法，其中，步骤(b)进一步包括：

(b.1)将估算出的内腔空间网格化，分成多个小块单元并将该些小块单元初始化为非空单元；

(b.2)在估算的内腔空间内移动传感元件，对传感元件所经过的小块单元做标记以标识该小块单元为空单元。