[发明专利]导丝介入形态识别方法、导丝弯曲势能超限判别方法及介入机器人

权利要求书

1.一种导丝介入形态识别方法，用于识别介入手术中的导丝的形态，其特征在于，识别方法包括以下步骤：

利用成像设备采集介入手术中的患者的图像所述图像中包含介入手术中的导丝尖端的图像信息，矩阵为高度H、宽度W的实数元素矩阵；

对所述图像I_t的元素进行导丝尖端特征判别，以将其转换为导丝分割图像S_t∈{0,1}^H×W；

从所述导丝分割图像中提取符合导丝尖端特征的点，得到点集X＝{x_i；S_i＝1,i≤N}，其中，N为符合导丝尖端特征的点的数量；

对所述点集X构建图邻接矩阵A；

在所述图邻接矩阵A中，通过图邻接矩阵A的特性确定所述点集X中连接度符合预设条件的两个点，作为导丝尖端的首尾端点候选点；

以其中一个候选点作为起点，遍历所述点集X以到达另一个候选点；

记录两者之间的路径点集p＝{x₁,x₂,…,x_P}，以得到所述导丝尖端的形态曲线；

其中，所述通过图邻接矩阵A的特性确定所述点集X中连接度符合预设条件的点包括：

在所述图邻接矩阵A中，对其中的各行向量进行元素求和，确定求和结果达到预设的连接度阈值的目标行向量，并进一步确定该目标行向量对应的所述点集X中的点作为导丝尖端的首尾端点候选点；或者，

在所述图邻接矩阵A中，对其中的各列向量进行元素求和，确定求和结果达到预设的连接度阈值的目标列向量，并进一步确定该目标列向量对应的所述点集X中的点作为导丝尖端的首尾端点候选点；或者，

在所述图邻接矩阵A中，对其中的各行向量、各列向量分别进行元素求和，确定求和结果达到预设的连接度阈值的目标行向量和目标列向量，并进一步确定该目标行向量和目标列向量对应的所述点集X中的点作为导丝尖端的首尾端点候选点。

2.根据权利要求1所述的导丝介入形态识别方法，其特征在于，若确定到的首尾端点候选点为不止两个，则枚举多种首尾端点的组合，并遍历所述点集X以确定所述多种首尾端点的组合对应的路径点集p；或者，基于两个首尾端点候选点，遍历所述点集X确定到多个路径点集p；并且，

设计基于导丝曲线长度和弯曲能量的目标函数，以从多个路径点集p中确定最优点集。

3.根据权利要求2所述的导丝介入形态识别方法，其特征在于，设计基于导丝曲线长度和弯曲能量的目标函数为：

其中，α为平衡系数，L为导丝尖端的实际曲线长度，L′为导丝尖端在图像中的所占像素的长度，SID为所述成像设备的光源到探测器的距离，SOD为所述成像设备的光源到患者区域的距离，U为所述导丝尖端的弯曲势能；

计算各个路径点集p对应的目标函数值，以目标函数值最小的对应路径点集p作为所述最优点集。

4.根据权利要求3所述的导丝介入形态识别方法，其特征在于，所述导丝尖端为曲线弹簧，以所述路径点集p中的点为弹簧结点，相邻两个弹簧结点采用直杆表示，相邻两个直杆之间的夹角为弹簧应变，所述导丝尖端的弯曲势能采用如下公式计算得到：

其中，k为与直杆刚度相关的弹簧常数，U(j)为第j个直杆与第j+1个直杆间的弯曲势能，θ_j为第j个直杆与第j+1个直杆间的夹角。

5.根据权利要求1所述的导丝介入形态识别方法，其特征在于，若确定到的首尾端点候选点为不止两个，则向与所述成像设备连接的状态机查询信号，以确定所述图像I_t是否为初始帧图像，若否，则获取前一帧图像I_t-1的帧间先验信息，并根据所述帧间先验信息从多个首尾端点候选点中确定一个首端候选点和一个尾端候选点。

6.根据权利要求5所述的导丝介入形态识别方法，其特征在于，所述成像设备为X光机，所述状态机被配置为监测所述X光机是否移动或X光机的成像是否丢帧，若是，则所述图像I_t为初始帧图像，否则所述图像I_t为非初始帧图像。