[发明专利]基于超声图像引导的静脉穿刺机器人操作轨迹规划方法

说明书

本发明涉及一种基于超声图像引导的静脉穿刺机器人穿刺轨迹规划方法，静脉穿刺机器人控制穿刺件进行血管穿刺，方法包括以下步骤：1)获取待穿刺对象某一部位的血管超声图像，并从中获取血管分割图；2)根据预先设定的穿刺件在血管中的第一穿刺轨迹，划定穿刺轨迹界限；3)从血管分割图中，划分安全区域，得到血管界限；4)将穿刺轨迹界限与血管界限匹配，若血管界限完全包含穿刺轨迹界限，则根据匹配位置和第一穿刺轨迹，生成第二穿刺轨迹；否则更换待穿刺对象的部位，重新执行方法。与现有技术相比，本发明进行了轨迹的规划，可实现自动穿刺，自动化程度高，且保证了穿刺轨迹的安全性。

技术领域

本发明涉及静脉穿刺机器人操作领域，尤其是涉及基于超声图像引导的静脉穿刺机器人操作轨迹规划方法。

背景技术

现有超声辅助上肢静脉穿刺技术的流程路线为：超声探查静脉、进行穿刺、实时观察穿刺针轨迹、完成穿刺，基本由医护人员在超声设备的辅助下手动完成，相关发明也大多为超声引导静脉穿刺，自动化程度低。

专利CN111339828A公开了一种基于红外影像和超声多普勒结合的静脉显影识别方法，包括：获取患者待识别部位的静脉影像，并对所述静脉影像进行预处理。该方法通过静脉显影，帮助医务人员更好识别静脉，但并未对静脉以及穿刺针轨迹进行规划，不面向静脉穿刺机器人，需要医生手动控制穿刺针。

专利CN111134727A提供一种基于神经网络的静脉与动脉识别的穿刺引导系统，该方法虽然可以显示穿刺针和血管的相对位置，但并不涉及静脉的细分结构识别和分割，也不涉及穿刺针的轨迹规划，容易导致穿刺针触碰静脉瓣、划伤血管壁等事故。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在静脉穿刺机器人不涉及穿刺轨迹规划的缺陷而提供一种基于超声图像引导的静脉穿刺机器人操作轨迹规划方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于超声图像引导的静脉穿刺机器人穿刺轨迹规划方法，所述静脉穿刺机器人控制穿刺件进行血管穿刺，所述方法包括以下步骤：

血管分割步骤：获取待穿刺对象某一部位的血管超声图像，并从该血管超声图像中获取血管分割图；

穿刺轨迹界限划定步骤：根据预先设定的所述穿刺件在血管中的第一穿刺轨迹，划定所述穿刺件在血管中的穿刺轨迹界限；

血管界限划定步骤：从所述血管分割图中，划分安全区域，得到血管界限；

界限匹配与穿刺步骤：将所述穿刺轨迹界限与所述血管界限匹配，若所述血管界限完全包含所述穿刺轨迹界限，则根据所述穿刺轨迹界限的匹配位置和第一穿刺轨迹，生成静脉穿刺机器人的第二穿刺轨迹；否则更换待穿刺对象的部位，重新执行所述方法。

进一步地，所述血管分割步骤中，采用U-Net框架从所述血管超声图像中获取所述血管分割图。

进一步地，穿刺轨迹界限划定步骤中，所述穿刺轨迹界限的划定具体为，将所述第一穿刺轨迹向外扩展，获取穿刺轨迹界限。

进一步地，所述第一穿刺轨迹尾部的扩展范围大于其它部分的扩展范围。

进一步地，所述穿刺轨迹界限划定步骤中，所述穿刺轨迹界限用矩形表示，所述穿刺轨迹界限的高和宽的计算表达式为：

h＝αd_v

w＝βh＝αβd_v

式中，h为穿刺轨迹界限的高，α为第一比例因子，d_v为所述血管分割图中的血管腔直径，w为穿刺轨迹界限的宽，β为第二比例因子。

进一步地，所述血管界限划定步骤中，根据图像识别误差，缩小所述安全区域。