本發(fā)明涉及醫(yī)療輔助設(shè)備，尤其是涉及一種穿刺路徑規(guī)劃系統(tǒng)及采用穿刺路徑規(guī)劃系統(tǒng)的設(shè)備。

背景技術(shù)：

1、在醫(yī)療領(lǐng)域中，對于特定患者群體，尤其是需要進(jìn)行血漿置換、血液透析、血液凈化等治療但外周靜脈條件差的患者，動(dòng)脈留置針置管成為一種關(guān)鍵的血管通路選擇。動(dòng)脈留置針置管具有諸多優(yōu)點(diǎn)，比如損傷相對較小，不需要長期留置，用時(shí)打上就行，用完就拔，十分便捷。同時(shí)，由于動(dòng)脈血壓高于靜脈血壓，能夠提供足夠的壓力進(jìn)行血液凈化，在這方面優(yōu)于靜脈留置針置管。

2、當(dāng)前主要有深靜脈置管和血管造瘺等方式。深靜脈置管通過將導(dǎo)管插入深靜脈，如頸內(nèi)靜脈、鎖骨下靜脈等，為患者提供長期的血管通路。深靜脈置管主要是針對外周靜脈條件差的患者，進(jìn)行的深靜脈（不用外周的）替代方案。然而，深靜脈置管費(fèi)用高、操作要求高且費(fèi)時(shí)費(fèi)事，若僅使用3至5次則非常不劃算。同時(shí)，深靜脈置管需要特殊護(hù)理，要預(yù)防血栓形成、感染以及過肝素化，這對普通病房的護(hù)理要求太高。

3、血管造瘺是通過手術(shù)將動(dòng)脈和靜脈連接起來，形成長期血管通路，主要適用于腎臟衰竭、長期血透患者。具體來說，是將肱動(dòng)脈遠(yuǎn)端和頭靜脈吻合形成動(dòng)靜脈短路，方便患者透析。但這種方式是手術(shù)構(gòu)建的，準(zhǔn)備時(shí)間至少2個(gè)月，同時(shí)有很多并發(fā)癥。且在緊急情況下無法快速展開，費(fèi)用也較高。

4、深靜脈置管和血管造瘺的弊端主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：費(fèi)用高昂，對于一些僅需短期使用血管通路的患者來說經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)較大；操作復(fù)雜，對醫(yī)護(hù)人員的技術(shù)要求高，增加了醫(yī)療風(fēng)險(xiǎn)；需要特殊護(hù)理，增加了護(hù)理工作量和難度；對于緊急情況的適用性有限。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了精確構(gòu)建血管模型，安全生成穿刺路徑，助力外周動(dòng)脈留置針置管更高效，本技術(shù)提供一種穿刺路徑規(guī)劃系統(tǒng)及采用穿刺路徑規(guī)劃系統(tǒng)的設(shè)備。

2、第一方面，本技術(shù)提供一種穿刺路徑規(guī)劃系統(tǒng)，采用如下的技術(shù)方案：

3、一種穿刺路徑規(guī)劃系統(tǒng)，包括：

4、b超設(shè)備；

5、至少一個(gè)處理器；

6、至少一個(gè)存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序的存儲(chǔ)器，至少一個(gè)處理器被配置成執(zhí)行計(jì)算機(jī)程序時(shí)實(shí)現(xiàn)穿刺路徑規(guī)劃方法，具體步驟如下：

7、獲取b超設(shè)備的探頭所采集目標(biāo)血管區(qū)域的多角度b超圖像，其中，目標(biāo)血管區(qū)域所涉及的部位至少存在有橈動(dòng)脈、足背動(dòng)脈及肱動(dòng)脈中的其中一種；

8、對于每一幅采集到的b超圖像，基于特征的圖像匹配算法找到匹配特征點(diǎn)的二維坐標(biāo)，然后根據(jù)探頭在采集該圖像時(shí)的空間位置和角度信息，將這些二維坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一坐標(biāo)系下的三維坐標(biāo)，利用邊緣檢測算法從所采集的b超圖像中提取出血管邊界信息，并結(jié)合轉(zhuǎn)換后的特征點(diǎn)三維坐標(biāo)進(jìn)行血管輪廓的初步構(gòu)建，最后對所采集的b超圖像采用灰度分析得到血管內(nèi)部結(jié)構(gòu)信息，并對初步構(gòu)建的血管輪廓進(jìn)行細(xì)化形成血管3d重構(gòu)模型；

9、根據(jù)血管3d重構(gòu)模型作血管特征分析獲取血管關(guān)鍵特征數(shù)據(jù)，且同時(shí)根據(jù)血管3d重構(gòu)模型作周圍組織分析獲取周圍組織關(guān)鍵特征數(shù)據(jù)；

10、根據(jù)所獲取的血管關(guān)鍵特征數(shù)據(jù)以及預(yù)設(shè)的血管特征專項(xiàng)評估方法，生成血管特征約束信息，且同時(shí)根據(jù)所獲取的周圍組織關(guān)鍵特征數(shù)據(jù)以及預(yù)設(shè)的周圍組織特征專項(xiàng)評估方法，生成周圍組織約束信息；

11、基于預(yù)設(shè)的安全余量約束、血管特征約束信息、周圍組織約束信息，采用預(yù)設(shè)的幾何算法，從血管不同起始點(diǎn)和角度出發(fā)，生成通往目標(biāo)位置的路徑；

12、將生成的穿刺進(jìn)針路徑集成到血管3d重構(gòu)模型中進(jìn)行顯示，以不同顏色或線條樣式呈現(xiàn)。

13、通過采用上述技術(shù)方案，首先，通過多角度b超圖像采集和先進(jìn)的算法處理，能夠準(zhǔn)確構(gòu)建血管3d重構(gòu)模型，為動(dòng)脈留置針置管提供詳細(xì)的血管和周圍組織信息。其次，生成的血管特征約束信息和周圍組織約束信息，結(jié)合安全余量約束，能確保穿刺路徑的安全性，減少對周圍組織的損傷風(fēng)險(xiǎn)。再者，采用預(yù)設(shè)幾何算法從不同起始點(diǎn)和角度生成路徑，并在3d重構(gòu)模型中顯示，方便醫(yī)生直觀地選擇最佳穿刺路徑，提高動(dòng)脈留置針置管的成功率。最后，該方法操作相對簡便，成本較低，對普通病房的護(hù)理要求也相對較低，為需要進(jìn)行血漿置換、血液透析、血液凈化等治療但外周靜脈條件差的患者進(jìn)行動(dòng)脈留置針置管提供了一種更優(yōu)的選擇。

14、可選的，獲取b超設(shè)備的探頭所采集目標(biāo)血管區(qū)域的多角度b超圖像包括：

15、啟動(dòng)b超設(shè)備的探頭于皮膚表面進(jìn)行目標(biāo)區(qū)域作縱向切面掃描以及橫向切面掃描，獲取掃描的b超圖像；

16、將b超設(shè)備的探頭在縱向和橫向之間以不同角度進(jìn)行掃描，獲取掃描的b超圖像；

17、匯總所掃描獲取的不同角度的b超圖像，作為目標(biāo)血管區(qū)域的多角度b超圖像。

18、通過采用上述技術(shù)方案，縱向和橫向切面掃描結(jié)合不同角度掃描，能全方位捕捉目標(biāo)血管區(qū)域信息?？汕逦尸F(xiàn)血管的走向、結(jié)構(gòu)及與周圍組織關(guān)系。匯總不同角度圖像，為后續(xù)處理提供豐富數(shù)據(jù)，有助于構(gòu)建更準(zhǔn)確的血管3d模型，提高穿刺路徑規(guī)劃的精度。使醫(yī)生能更直觀地了解血管情況，降低穿刺風(fēng)險(xiǎn)，減少患者痛苦，提升醫(yī)療操作的安全性和成功率，為臨床診斷和治療提供有力支持。

19、可選的，還包括位于最后對所采集的b超圖像采用灰度分析得到血管內(nèi)部結(jié)構(gòu)信息之后，且在對初步構(gòu)建的血管輪廓進(jìn)行細(xì)化形成血管3d重構(gòu)模型之前的步驟，具體如下：

20、采用預(yù)設(shè)于探頭的空間定位模塊記錄探頭在采集每一幅圖像時(shí)的具體位置和角度信息，定義所采集每一幅圖像時(shí)的具體位置和角度信息為空間定位信息；

21、根據(jù)空間定位信息確定不同圖像中血管邊界的相對位置關(guān)系，并采用邊緣檢測算法，對血管邊界進(jìn)行細(xì)化處理，同時(shí)利用空間定位信息，對基于特征的圖像匹配算法找到的特征點(diǎn)作增強(qiáng)；

22、根據(jù)細(xì)化處理后的血管邊界、增強(qiáng)后的特征點(diǎn)以及空間定位信息，對血管的三維模型進(jìn)行細(xì)化。

23、通過采用上述技術(shù)方案，通過空間定位模塊記錄位置和角度信息，能準(zhǔn)確確定不同圖像中血管邊界相對位置。邊緣檢測算法細(xì)化血管邊界并增強(qiáng)特征點(diǎn)，結(jié)合空間定位信息進(jìn)一步細(xì)化血管三維模型。這使得構(gòu)建的血管3d重構(gòu)模型更精準(zhǔn)，有助于清晰呈現(xiàn)血管內(nèi)部結(jié)構(gòu)和空間關(guān)系。為后續(xù)穿刺路徑規(guī)劃提供更可靠的模型基礎(chǔ)，提高穿刺準(zhǔn)確性和安全性，減少因模型不準(zhǔn)確導(dǎo)致的醫(yī)療風(fēng)險(xiǎn)，提升醫(yī)療操作的質(zhì)量和效率。

24、可選的，對初步構(gòu)建的血管輪廓進(jìn)行細(xì)化形成血管3d重構(gòu)模型包括：

25、獲取紅外線成像數(shù)據(jù)和磁共振成像數(shù)據(jù)；

26、從紅外線成像中提取與血管相關(guān)的特征，且從磁共振成像中提取血管的形態(tài)學(xué)特征，其中，血管相關(guān)的特征包括溫度特征，形態(tài)學(xué)特征包括血管的長度、直徑、彎曲度、分支角度；

27、建立特征融合矩陣，將從紅外線成像提取的特征、從磁共振成像提取的特征以及從b超圖像灰度分析得到的血管內(nèi)部結(jié)構(gòu)信息進(jìn)行對應(yīng)和組合，形成融合特征；

28、基于融合特征分析獲取血管調(diào)整參數(shù)，并根據(jù)血管調(diào)整參數(shù)以及灰度分析得到的血管內(nèi)部結(jié)構(gòu)信息調(diào)整血管三維模型，同時(shí)利用融合特征中的形態(tài)學(xué)特征調(diào)整血管三維模型的幾何形狀。

29、通過采用上述技術(shù)方案，結(jié)合紅外線成像和磁共振成像數(shù)據(jù)，提取多維度特征并融合，能更全面地反映血管狀態(tài)。通過調(diào)整參數(shù)和利用形態(tài)學(xué)信息調(diào)整模型幾何形狀，使模型更精準(zhǔn)。有助于醫(yī)生準(zhǔn)確了解血管情況，為穿刺路徑規(guī)劃提供更可靠依據(jù)。提高穿刺準(zhǔn)確性和安全性，減少因模型不精確導(dǎo)致的操作風(fēng)險(xiǎn)，提升醫(yī)療質(zhì)量，為臨床診斷和治療提供有力支持，為患者帶來更好的治療效果和體驗(yàn)。

30、可選的，基于預(yù)設(shè)的安全余量約束、血管特征約束信息、周圍組織約束信息，采用預(yù)設(shè)的幾何算法，從血管不同起始點(diǎn)和角度出發(fā)，生成通往目標(biāo)位置的路徑包括：

31、收集患者當(dāng)下的體位信息以及生理指標(biāo)相關(guān)信息，且收集患者在不同體位和生理狀態(tài)下的多模態(tài)成像數(shù)據(jù)，其中，多模態(tài)成像數(shù)據(jù)包括紅外線成像數(shù)據(jù)、磁共振成像數(shù)據(jù)以及b超圖像數(shù)據(jù)，體位信息包括仰臥位、側(cè)臥位、俯臥位、半坐臥位，生理指標(biāo)相關(guān)信息包括心率、血壓、呼吸頻率、血氧飽和度；

32、將所收集患者當(dāng)下的體位信息、生理指標(biāo)相關(guān)信息與對應(yīng)的多模態(tài)成像數(shù)據(jù)一起輸入到訓(xùn)練好的血管特征分析模型，提取出血管關(guān)鍵特征和周圍組織關(guān)鍵特征；

33、根據(jù)所提取的血管關(guān)鍵特征數(shù)據(jù)生成本次的血管特征約束信息，且同時(shí)根據(jù)所獲取的周圍組織關(guān)鍵特征數(shù)據(jù)生成本次的周圍組織約束信息；

34、基于預(yù)設(shè)的安全余量約束、本次的血管特征約束信息、本次的周圍組織約束信息，采用預(yù)設(shè)的幾何算法，從血管不同起始點(diǎn)和角度出發(fā)，生成通往目標(biāo)位置的路徑。

35、通過采用上述技術(shù)方案，收集多模態(tài)成像數(shù)據(jù)與患者體位、生理指標(biāo)信息，全面掌握患者情況。輸入到訓(xùn)練好的模型提取特征并生成約束信息，結(jié)合幾何算法規(guī)劃穿刺路徑，提高了路徑的準(zhǔn)確性和安全性。考慮不同體位和生理狀態(tài)，使路徑規(guī)劃更貼合實(shí)際情況，降低穿刺風(fēng)險(xiǎn)。為醫(yī)生提供科學(xué)的穿刺方案，有助于提高穿刺和后續(xù)治療成功率，減少患者痛苦和并發(fā)癥的發(fā)生，提升醫(yī)療質(zhì)量和效率，為臨床穿刺操作提供了有力的技術(shù)支持。

36、可選的，生成通往目標(biāo)位置的路徑包括：

37、獲取不同考慮角度，考慮角度包括安全優(yōu)先角度、效率優(yōu)先角度以及患者舒適度角度；

38、根據(jù)考慮角度與遺傳算法調(diào)整方案的映射關(guān)系，分析確定不同考慮角度下的遺傳算法調(diào)整方案，其中，遺傳算法調(diào)整方案包括調(diào)整染色體的編碼方式、適應(yīng)度函數(shù)以及遺傳算法參數(shù)調(diào)整；

39、針對不同的考慮角度，分別運(yùn)行遺傳算法，得到不同角度的最優(yōu)穿刺路徑方案。

40、通過采用上述技術(shù)方案，獲取不同考慮角度能滿足多樣化需求。通過遺傳算法調(diào)整方案，可針對安全、效率和患者舒適度進(jìn)行精準(zhǔn)優(yōu)化。分別運(yùn)行遺傳算法得到不同角度最優(yōu)路徑方案，為醫(yī)生提供多種選擇。提高穿刺的安全性、效率和患者體驗(yàn)，使路徑規(guī)劃更科學(xué)合理。

41、可選的，還包括位于將生成的穿刺進(jìn)針路徑集成到血管3d重構(gòu)模型中進(jìn)行顯示，以不同顏色或線條樣式呈現(xiàn)之后的步驟，具體如下：

42、獲取穿刺過程中患者的生理指標(biāo)、穿刺針的位置和角度、以及血管的狀態(tài)信息；

43、根據(jù)所獲取穿刺過程中患者的生理指標(biāo)在操作界面上顯示患者的生理指標(biāo)曲線，且同時(shí)利用3d模型實(shí)時(shí)顯示穿刺針的位置和路徑，并分析穿刺針執(zhí)行預(yù)設(shè)的穿刺路徑方案的結(jié)果信息作展示。

44、通過采用上述技術(shù)方案，實(shí)時(shí)獲取患者生理指標(biāo)、穿刺針位置角度及血管狀態(tài)信息，能及時(shí)掌握穿刺情況。在操作界面顯示生理指標(biāo)曲線和3d模型中的穿刺針位置路徑及結(jié)果信息，便于醫(yī)生直觀監(jiān)測?？商岣叽┐痰臏?zhǔn)確性和安全性，及時(shí)調(diào)整方案。

45、可選的，還包括與根據(jù)所獲取穿刺過程中患者的生理指標(biāo)在操作界面上顯示患者的生理指標(biāo)曲線，且同時(shí)利用3d模型實(shí)時(shí)顯示穿刺針的位置和路徑，并分析穿刺針執(zhí)行預(yù)設(shè)的穿刺路徑方案的結(jié)果信息作展示并行的步驟，具體如下：

46、分析是否檢測獲取穿刺過程中所涉及設(shè)備部件的故障相關(guān)信息；

47、若為否，則維持原有設(shè)置；

48、若為是，則發(fā)出警報(bào)，并根據(jù)所獲取的故障相關(guān)信息確定故障設(shè)備的類型和位置作顯示。

49、通過采用上述技術(shù)方案，能有效保障穿刺過程安全。實(shí)時(shí)分析設(shè)備部件故障信息，若未檢測到故障則確保操作順利進(jìn)行。若有故障，及時(shí)發(fā)出警報(bào)并確定故障設(shè)備類型和位置，便于快速處理?？杀苊庖蛟O(shè)備故障導(dǎo)致的醫(yī)療風(fēng)險(xiǎn)，提高穿刺成功率。

50、第二方面，本技術(shù)提供一種采用穿刺路徑規(guī)劃系統(tǒng)的設(shè)備，采用如下的技術(shù)方案：

51、一種采用穿刺路徑規(guī)劃系統(tǒng)的設(shè)備，包括：

52、獲取模塊，用于獲取多角度b超圖像；

53、存儲(chǔ)器，用于存儲(chǔ)如第一方面所述的一種穿刺路徑規(guī)劃系統(tǒng)的程序；

54、處理器，存儲(chǔ)器中的程序能夠被處理器加載執(zhí)行且實(shí)現(xiàn)如第一方面所述的一種穿刺路徑規(guī)劃系統(tǒng)的穿刺路徑規(guī)劃方法；

55、醫(yī)用穿刺器具；

56、驅(qū)動(dòng)裝置，受控于處理器以接收穿刺路徑規(guī)劃方法的程序并驅(qū)動(dòng)醫(yī)用穿刺器具按照穿刺路徑執(zhí)行穿刺。