一种基于超声建模的三维电生理标测方法与流程

1.本发明属于三维电生理标测方法，涉及一种基于超声建模的三维电生理标测方法。


背景技术：

2.三维电磁定位技术基于电磁场基本理论并且和硬件电路相结合的一种技术。目前，在医用电磁定位系统中，是以电磁场理论为基础，并结合了计算机，信号采集与信号处理等的信息技术，在医疗过程中通过三维标测系统标记带有传感器的导管移动记录心内电图进行建模，继而指导医师手术过程中的相关治疗，疾病的诊疗已实现三维数字化，对医生提供帮助，但临床医疗仍依赖医生经验，技术难度大，而且，及时经验丰富的使用者依然存在无法观察到的情况。


技术实现要素：

3.1.所要解决的技术问题：现有三维电磁定位依赖使用者的经验和能力，技术难度大。
4.2.技术方案：为了解决以上问题，本发明提供了一种基于超声建模的三维电生理标测方法，包括以下步骤：步骤s01：在人机交互界面开启导管定位追踪，当开启后，将导管放入探头扫描范围内；步骤s02：将探头采集的二维图像作为数据输入，进行二维图像处理，图像像素点转成点云，经过点云配准后，三维点云进行模型重建，在人机交互界面进行显示处理后的模型点云；步骤s03：通过界面显示窗口进行世界坐标系下通过电磁定位得到的多组定位点的输入，然后点击确定；步骤s04：通过人机交互界面在构建的三维模型中点击与电磁定位相对应的点，然后利用多个控制点坐标，得到两个坐标系之间的转换矩阵；步骤s05：得到转换矩阵后，通过人机交换界面获取导管的世界坐标后转换成在模型坐标系下的具体坐标，继而定位标测导管。
5.在步骤s02中，所述二维图像处理的具体方法为：步骤s21：输入基于超声的二维图像；步骤s22：对原始图像进行灰度化处理；步骤s23：对超声图像进行裁剪；步骤s24：对裁剪后的图像进行二值化处理；步骤s25：对二值化图像进行形态学操作。
6.在步骤s02中，所述配准采用基于最小二乘法的最优配准方法。
7.在步骤s03中，通过电磁定位得到的4组定位点的输入，在步骤s04中控制点为4个。
8.在步骤s02中三维点云模型重建具体过程为：遍历深度图，计算像素点的空间坐标，把每个点加入点云中，设置并保存点云，模型被重建出来。
9.在步骤s04中，是通过七个参数法，将世界坐标系和三维模型进行转换，具体方法为：步骤s61：导入数据：使用四个同名点的.原坐标（x，y，z）和目标坐标（x’,y’,z’）来求解七参数；步骤s62正向计算：根据坐标转换公式来列立系数方程定义函数返回系数矩阵，使用四个同名点的坐标转换公式作为误差方程进行最小二乘平差，根据坐标转换公式来列立
系数方程：wx=b；w为转换矩阵，b为平移矩阵，步骤s63：系数求解：组成法方程（w’w）x=(w’b)，并利用最小二乘求解x,然后输出七参数，得到世界坐标系和三维模型之间的转换矩阵以及单位权中误差。
10.在步骤s63后，评定最小二乘模型的精度结果，并使用预留的已知坐标同名点来验证七参数模型的效果。
11.3.有益效果：本发明的方法可以在一定程度上无需单纯只通过经验以及导管标测依赖建立目标模型，可以在前期中获取数据提前进行图像处理，建立目标三维模型，与纯磁电定位坐标系建立一定换算关系，并有一定辅助作用，确保了稳定性以及鲁棒性。而且观测模型时间更短，避免了用导管头去高密度标测的长时间作业，并且节省耗材成本。
附图说明
12.图1是本发明的流程图。
具体实施方式
13.下面结合附图对本发明进行详细说明。
14.一种基于超声建模的三维电生理标测方法，包括以下步骤：步骤s01：在人机交互界面对导管定位追踪进行开启，当开启后，导管放入探头扫描范围内；步骤s02：将探头采集二维图像作为数据输入，进行二维图像处理，图像像素点转成点云，经过点云配准后三维点云进行模型重建，在人机交互界面进行显示处理后的模型点云。其中所述配准采用基于最小二乘法的最优配准方法。
15.点云实际上是对场景表面在给定坐标系下的离散采样，其在数学上可表示为三维点坐标的集合。相对于二维图像，三维点云的主要优势包括:(1)能获得目标三维几何形状信息二维图像只能获得目标的表象信息，而点云能够直接获取目标表面的三维几何形状，因而能为模型重建与目标识别任务提供更加丰富的内容。
16.(2)不存在三维空间到二维成像平面的投影变换点云获取是从三维空间到三维空间的映射过程，一般只存在旋转和平移变换,没有二维图像成像过程中的投影变换，因而极大地降低了成像视点变化对成像结果的影响。
17.(3)受外界光照变化和成像距离影响较小激光成像雷达和结构光传感器均采用主动照明方式成像，因而点云的获取过程不受外界环境光照变化的影响。
18.此外,由于点云实质上是对目标表面几何信息的离散采样，因此成像距离变化只影响所获取数据的分辨率及精度,而并不影响图像中目标的固有几何尺寸，因而没有二维图像成像过程中存在的尺度变化问题,更易于提取具有优良不变性的特征。
19.所述配准即给定两个不同坐标系的三维数据点集，找到两个点集空间的变换关系，使得两个点集能够统一到同一坐标系统中，即配准过程，本发明采用基于最小二乘法的最优配准方法，精度高，不需要提取特征点。
20.步骤s03：通过界面显示窗口进行世界坐标系下通过电磁定位得到的多组定位点
的输入，然后点击确定。步骤s04：通过人机交互在构建的三维模型中点击与电磁定位相对应的点，然后利用多个控制点坐标，得到两个坐标系之间的转换矩阵；步骤s05：得到转换矩阵后，通过人机交换界面获取导管的世界坐标后转换成在模型坐标系下的具体坐标，继而定位标测导管。在前期得到转换矩阵后，即可实现两个坐标系的转换，也就可得到在电磁定位中的导管在三维模型中的坐标。
21.在一个实施例中，在步骤s03中，通过电磁定位得到的4组定位点的输入，在步骤s04中控制点为4个。
22.本发明前期通过采集的二维图像进行图像处理后作为输入，后期利用三维建模对目标环境内部进行处理。前期的模型重建已经把目标图像显示出来，无需导管逐点高密度标测构建模型，因此可以提供更清晰的目标环境的整体图像，无需术者逐点停顿确认构建三维解剖图，降低了对导管标测的过度依赖，并缩短了纯导管标测时间。
23.在一个实施例中，所述二维图像处理的具体方法为：步骤s21：输入基于超声的二维图像；步骤s22：对原始图像进行灰度化处理；步骤s23：对超声图像进行裁剪；步骤s24：对裁剪后的图像进行二值化处理；步骤s25：对二值化图像进行形态学操作。
24.在一个实施例中，三维点云模型重建具体过程为：遍历深度图，计算像素点的空间坐标，把每个点加入点云中，设置并保存点云，模型被重建出来。
25.在一个实施例中，通过人机交互在构建的三维模型中点击与电磁定位相对应的点，然后利用四个控制点坐标，根据七个参数法（布尔莎模型）求解七参数模型的参数，得到两个坐标系之间的标定矩阵以及单位权中误差，并且可以通过一个检查点来验证其转换精度。
26.七参数转换是针对将地理坐标系所对应的空间直角坐标系转换为另一坐标系的空间直角坐标。包括以下步骤：导入数据：使用四个同名点的.原坐标（x,y,z）和目标坐标（x’,y’,z’）来求解七参数，正向计算：根据坐标转换公式来列立系数方程定义函数返回系数矩阵，使用四个同名点的坐标转换公式作为误差方程进行最小二乘平差，根据坐标转换公式来列立系数方程：wx=b; w为转换矩阵，b为平移矩阵。
27.系数求解：组成法方程（w’w）x=(w’b)并利用最小二乘求解x,然后输出七参数，w为转换矩阵，b为平移矩阵。、四个同名点原坐标即通过电磁定位得到的四组同名点，目标坐标即在构建的三维模型中与电磁定位相对应的点。
28.在一个实施例中，还包括模型精度评定和结果验证：评定最小二乘模型的精度结果，并使用预留的已知坐标同名点来验证七参数模。具体为：通过已知点代入矩阵，得到矩阵转换后的点，与已知点对应点做比较。
29.在实际医学临床试验中，本发明可以在一定程度上无需单纯只通过临床经验以及导管标测依赖建立目标模型，可以在前期中获取数据提前进行图像处理，建立目标三维模型，与纯磁电定位坐标系建立一定换算关系，并有一定辅助作用，确保了稳定性以及鲁棒性。而且观测模型时间更短，避免了用导管头去高密度标测的长时间作业，并且节省耗材成本。

技术特征：
1.一种基于超声建模的三维电生理标测方法，包括以下步骤：步骤s01：在人机交互界面开启导管定位追踪，当开启后，导管放入探头扫描范围内；步骤s02：将探头采集二维图像作为数据输入，进行二维图像处理，图像像素点转成点云，经过点云配准后三维点云进行模型重建，在人机交互界面显示处理后的模型点云；步骤s03：通过界面显示窗口进行世界坐标系下通过电磁定位得到的多组定位点的输入，然后点击确定；步骤s04：通过人机交互在构建的三维模型中点击与电磁定位相对应的点，然后利用多个控制点坐标，得到两个坐标系之间的转换矩阵；步骤s05：得到转换矩阵后，通过人机交换界面获取导管的世界坐标后，转换成在模型坐标系下的具体坐标，继而定位标测导管。2.如权利要求1所述的基于超声建模的三维电生理标测方法，其特征在于：在步骤s02中，所述二维图像处理的具体方法为：步骤s21：输入基于超声的二维图像；步骤s22：对原始图像进行灰度化处理；步骤s23：对超声图像进行裁剪；步骤s24：对裁剪后的图像进行二值化处理；步骤s25：对二值化图像进行形态学操作。3.如权利要求1所述的基于超声建模的三维电生理标测方法，其特征在于：在步骤s02中，所述配准采用基于最小二乘法的最优配准方法。4.如权利要求1所述的基于超声建模的三维电生理标测方法，其特征在于：在步骤s02中，三维点云模型重建具体过程为:遍历深度图，计算像素点的空间坐标，把每个点加入点云中，设置并保存点云，模型被重建出来。5.如权利要求1-4任一项所述的基于超声建模的三维电生理标测方法，其特征在于：在步骤s03中，通过电磁定位得到的4组定位点的输入，在步骤s04中控制点为4个。6.如权利要求1-4任一项所述的基于超声建模的三维电生理标测方法，其特征在于：在步骤s04中，是通过七个参数法，将世界坐标系和三维模型进行转换，具体方法为：步骤s61：导入数据：使用四个同名点的.原坐标（x,y,z）和目标坐标（x’,y’,z’）来求解七参数；步骤s62：正向计算：根据坐标转换公式来列立系数方程定义函数返回系数矩阵，使用四个同名点的坐标转换公式作为误差方程进行最小二乘平差，根据坐标转换公式来列立系数方程：wx=b；w为转换矩阵，b为平移矩阵；步骤s63：系数求解：组成法方程（w’w）x=(w’b)，并利用最小二乘求解x,然后输出七参数，得到世界坐标系和三维模型之间的转换矩阵以及单位权中误差。7.如权利要求6所述的基于超声建模的三维电生理标测方法，其特征在于：在步骤s63后，评定最小二乘模型的精度结果，并使用预留的已知坐标同名点来验证七参数模型的效果。

技术总结
一种基于超声建模的三维电生理标测方法，包括以下步骤：在人机交互界面对导管定位追踪进行开启，导管放入探头扫描范围内；将探头采集二维图像作为数据输入，进行二维图像处理，模型重建，在人机交互界面进行显示处理后的模型点云；进行世界坐标系下通过电磁定位得到的4组定位点的输入，点击与电磁定位相对应的点，然后利用4个控制点坐标，得到两个坐标系之间的转换矩阵；获取导管的世界坐标后转换成在模型坐标系下的具体坐标，继而定位标测导管。本发明无需导管逐点高密度标测构建模型，因此可以提供更清晰的目标环境的整体图像，无需术者逐点停顿确认构建三维解剖图，降低了对导管标测的过度依赖，并缩短了纯导管标测时间。并缩短了纯导管标测时间。并缩短了纯导管标测时间。


技术研发人员：范鲁燕 秦炜杰 裴睿峰
受保护的技术使用者：江苏霆升科技有限公司
技术研发日：2023.02.17
技术公布日：2023/7/13