导丝导管完整形态监测装置及方法与流程

1.本发明涉及医疗器械技术领域，尤其涉及一种导丝导管完整形态监测装置及方法。


背景技术：

2.当前导丝导管形态追踪是通过利用x射线来进行的，但是培训、测试、实验过程中如果利用x射线存在辐射伤害暴露的风险，若不利用x射线，基于导丝导管通常比较细长、狭窄的特点，普通方法无法追踪导丝导管的完整形态；不仅如此，由于导丝导管会深入到血管各个部分，为保证追踪能力与产品的小型化与轻量化，在有限空间内对导丝导管的完整形态的追踪也是很大的挑战；以及当导丝在导管内时，由于导管的遮挡会导致导丝的形态无法解算出。


技术实现要素：

3.本发明提供一种导丝导管完整形态监测装置及方法，用以解决现有技术存在的利用x射线存在辐射伤害暴露的风险，若不利用x射线，基于导丝导管通常比较细长、狭窄的特点，无法追踪导丝导管的完整形态，以及导丝导管深入到血管各个部分，在有限空间内难以追踪导丝导管的完整形态，以及当导丝在导管内时，由于导管的遮挡会导致导丝的形态无法解算出的缺陷。
4.本发明提供一种导丝导管完整形态监测装置，包括：位移传感器、多点位拍摄模块和镜面反射装置，其中，位移传感器，用于探测导丝或导管的位移数据，并基于所述位移数据生成数据包，将所述数据包发送至上位机，以供所述上位机基于所述数据包解算出所述导丝或导管的运动状态和移动距离；多点位拍摄模块，用于采集导丝或导管在人造血管内游走时的图像，并将所述图像发送至上位机，以供所述上位机基于所述图像，获得导丝或导管的形态数据并基于所述形态数据进行三维重建；镜面反射装置，用于扩展可视光路，以在有限空间内获取所述导丝或导管在人造血管内游走时更多维度的形态数据。
5.根据本发明提供的一种导丝导管完整形态监测装置，所述位移传感器包括上盖、位移传感器芯片、透镜，可替换支架和底座，其中，所述上盖作为所述位移传感器的外观结构，位于所述位移传感器芯片的上方，用于防止所述位移传感器芯片外露；所述位移传感器芯片，用于探测导丝或导管的位移数据；所述透镜位于所述位移传感器芯片的下方，用于通过光的折射聚焦辅助所述位移传感器芯片采集所述导丝或导管的位移数据；所述可替换支架的顶部有适配所述透镜尺寸的开口，所述开口用于支撑所述透镜，所述可替换支架的内部设置有供所述导丝或导管穿过的通孔；所述底座作为所述位移传感器的底部支撑结构，位于所述可替换支架的下方，所述底座设置有多个凹槽，所述可替换支架底部的突出与所述底座的凹槽连接。
6.根据本发明提供的一种导丝导管完整形态监测装置，所述位移传感器芯片还用于将所述位移数据发送至嵌入式控制器，所述嵌入式控制器与所述位移传感器芯片设置在同
一电路板上，用于对所述位移数据进行解析，生成数据包，并将所述数据包发送至上位机。
7.根据本发明提供的一种导丝导管完整形态监测装置，所述可替换支架的结构根据所述导丝或导管的外观特征确定。
8.根据本发明提供的一种导丝导管完整形态监测装置，所述多点位拍摄模块包括：设置在人造血管一侧的第一拍摄模块，设置在人造血管另一侧的第二拍摄模块，以及用于支撑所述第一拍摄模块和第二拍摄模块的拍摄支架。
9.根据本发明提供的一种导丝导管完整形态监测装置，所述第一拍摄模块包括设置在颈部动脉右侧的颈右相机，设置在主动脉弓右侧的弓部相机以及设置在股动脉右侧的股部相机，所述第二拍摄模块包括设置在颈部动脉左侧的颈左相机。
10.根据本发明提供的一种导丝导管完整形态监测装置，所述镜面反射装置包括：设置在人造血管范围内的第一区域的第一镜面反射装置，以及设置在人造血管范围内的第二区域的第二镜面反射装置和镜面支架，其中，所述第一镜面反射装置与水平面呈钝角；所述第二镜面反射装置与水平面呈锐角；所述镜面支架，用于支撑所述第一镜面反射装置和第二镜面反射装置；所述第一区域与第二区域不同。
11.根据本发明提供的一种导丝导管完整形态监测装置，所述第一镜面反射装置设置在股动脉至肾动脉偏上部范围内，所述第二镜面反射装置设置在颈动脉范围内。
12.根据本发明提供的一种导丝导管完整形态监测装置，还包括：所述人造血管、底板，光源，白板，人造血管支架，排气阀，液体循环装置，所述光源布置在整个底板上，用于照射整个人造血管区域；所述白板与所述底板平行，设置在股动脉至肾动脉偏上部范围内，用于与所述光源互补，以提高所述多点位拍摄模块采集图像的对比度；所述人造血管模拟真实人体股动脉至颅外范围内的血管；所述人造血管支架用于支撑所述人造血管；所述排气阀用于排除所人造血管内由于液体循环所产生的气泡；所述液体循环装置用于提供液体在所述人造血管内循环的通道。
13.本发明还提供一种导丝导管完整形态监测方法，基于如上所述的导丝导管完整形态监测装置，所述方法包括：
14.所述位移传感器探测导丝或导管的位移数据，并基于所述位移数据生成数据包，将所述数据包发送至上位机；
15.所述上位机基于所述数据包解算出所述导丝或导管的运动状态和移动距离；
16.所述多点位拍摄模块采集导丝或导管在人造血管内游走时的图像并将所述图像发送至上位机；
17.所述上位机基于所述图像，获得导丝或导管的形态数据并基于所述形态数据进行三维重建；
18.其中，所述图像包括所述多点位拍摄模块采集的水平位的实际导丝或导管形态图像，以及经过所述镜面反射装置反射的导丝或导管形态图像。
19.根据本发明提供的一种导丝导管完整形态监测方法，所述基于所述数据包解算出所述导丝或导管的运动状态和移动距离，包括：对所述数据包进行校验；在校验通过的情况下，将所述数据包中的轴向位移信息输入至有限状态机进行迭代和状态更新，得到所述导丝或导管的运动状态和移动距离。
20.根据本发明提供的一种导丝导管完整形态监测方法，所述基于所述图像，获得导
丝或导管的形态数据并基于所述形态数据进行三维重建，包括：对所述多点位拍摄模块采集的水平位的实际导丝或导管形态图像，以及经过所述镜面反射装置反射的导丝或导管形态图像进行分割，得到血管三维重建空间坐标点的y轴、z轴信息，以及血管三维重建空间坐标点的x轴、z轴信息；根据已知的中心线和血管半径对获得的坐标点进行约束；根据相近的z轴信息，补充所述获得的坐标点所缺失的维度信息，并确定与所述中心线距离最近的坐标点；根据所述血管半径，将与所述中心线距离最近的坐标点约束到血管内；根据最终约束到所述血管内的坐标点对应的三维信息进行三维重建。
21.本发明提供的导丝导管完整形态监测装置及方法，通过利用位移传感器对导丝或导管进行移动与旋转的监测，实现了对导丝或导管的近端追踪，并在有限空间内利用镜面反射扩展可视光路，覆盖导丝或导管在整段体内的游走空间，基于不同视角下采集的光学图像对导丝或导管进行追踪，通过结合近端位移传感器与远端多点位拍摄模块可完整重建导丝导管的整体形态，从而实现了零辐射条件下对人造血管内导丝或导管的识别、追踪与三维重建。
附图说明
22.为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
23.图1为本发明提供的一种导丝导管完整形态监测装置的结构示意图之一；
24.图2为本发明提供的一种导丝导管完整形态监测装置中的位移传感器的结构示意图；
25.图3为本发明提供的导丝导管完整形态监测装置的结构示意图之二；
26.图4为本发明提供的导丝导管完整形态监测装置中的液体循环装置的结构示意图；
27.图5为本发明提供的一种导丝导管完整形态监测方法的流程示意图；
28.图6为本发明提供的基于数据包解算出导丝或导管的运动状态和移动距离的流程示意图；
29.图7为本发明提供的基于图像获得导丝或导管的形态数据并基于形态数据进行三维重建的流程示意图；
30.附图标记：
31.101：位移传感器；102：多点位拍摄模块；103：镜面反射装置；30：上盖；31：位移传感器芯片；32：透镜；33：可替换支架；34：底座；1：底板；2：光源；3:导管；4：股动脉介入口；5、12、23：排气阀；6、11、16：血管支架；7、24：人造血管；8：白板；9：第一镜面反射装置；10：股部相机；13：弓部相机；14：颈右相机；15：拍摄支架；17：第二镜面反射装置；18：镜面支架；19：颈左相机；20：入水口；21：回水口；22：桡动脉介入口；25：回水管；26：入水管；27：导丝；28：导管位移传感器；29：导丝位移传感器。
具体实施方式
32.下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。
33.在本发明实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明实施例的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
34.在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明实施例中的具体含义。
35.在本发明实施例中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
36.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明实施例的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
37.本发明提供了一种导丝导管完整形态监测装置，实现了零辐射条件下对人造血管内导丝或导管的识别、追踪与三维重建，可以用于医疗培训的目的，以提升被培训人员在血管微创介入手术上的专业水平。
38.下面结合图1-图7描述本发明提供的导丝导管完整形态监测装置及方法。
39.请参考图1，图1为本发明提供的一种导丝导管完整形态监测装置的结构示意图之一。如图1所示，该导丝导管完整形态监测装置包括：位移传感器101、多点位拍摄模块102和镜面反射装置103。
40.其中，位移传感器101，通常设置在导丝27或导管3的尾部，用于探测导丝或导管的位移数据，并基于位移数据生成数据包，将数据包发送至上位机，以供上位机基于数据包解算出导丝或导管的运动状态和移动距离。
41.本发明利用位移传感器101实现对导丝或导管的近端追踪，从而无需利用x射线即可实现对导丝或导管的近端移动与旋转的监测。
42.多点位拍摄模块102，用于采集导丝27或导管3在人造血管内游走时的图像，并将
所述图像发送至上位机，以供所述上位机基于所述图像，获得导丝或导管的形态数据并基于所述形态数据进行三维重建。
43.可以理解，多点位拍摄模块102包括设置在多个点位的拍摄模块。其中，拍摄模块可以是深度相机、彩色相机或者黑白相机，或者是普通的2d相机，其他能够拍摄清晰导丝或导管图像的设备也可以作为本实施例中的拍摄模块，本发明对此不作限制。
44.通常情况下，为了拍摄到导丝或导管在人造血管内游走时导丝或导管的形态，多点位拍摄模块中一部分拍摄模块设置在人造血管的一侧，另一部分拍摄模块设置在人造血管的另一侧。多点位拍摄模块可以拍摄到水平态的导丝或导管形态。
45.镜面反射装置103，用于扩展可视光路，以在有限空间内获取导丝或导管在人造血管内游走时更多维度的形态数据。
46.本发明利用镜面反射装置103构建可视光路，以覆盖导丝或导管在人造血管内游走的整个空间，镜面反射装置103可以提供与多点位拍摄模块102直接拍摄的视角不同的导丝或导管形态，从而使得多点位拍摄模块102拍摄得到多个视角的光学图像，实现在有限空间内获取导丝或导管在人造血管内游走时更多维度的形态数据。
47.有限空间，可以是成年人体胸腔和腹部空间，本实施例中的人造血管是硅胶(近透明类)血管。
48.在本发明中，导丝或导管的运动状态和移动距离的解算，以及导丝或导管的三维形态解算和重建是在上位机实现的。也即本实施例中的上位机，用于基于所述数据包解算出所述导丝或导管的运动状态和移动距离，基于所述图像，获得导丝或导管的形态数据并基于所述形态数据进行三维重建。上位机可以是能够执行导丝或导管的运动状态和移动距离的解算，以及导丝或导管的三维形态解算和重建的任何电子设备。在一些实施例中，上位机还可用于显示解算结果和重建结果。
49.在一些实施例中，如有导丝在导管内部的情况，可以基于多点位拍摄模块102采集的当前导管形态，以及根据位移传感器101发送的数据包解算出的导丝进入长度解算当前导丝的位置与形态。也即上位机执行以下步骤:接收所述位移传感器发送的数据包；基于所述数据包解算出所述导丝或导管的运动状态和移动距离；接收所述多点位拍摄模块发送的图像；基于所述图像，获得导丝或导管的形态数据，并基于所述形态数据进行三维重建，或者基于所述形态数据以及所述导丝或导管的运动状态和移动距离进行三维重建；其中，所述数据包为所述位移传感器基于探测的导丝或导管的位移数据生成的；所述图像包括所述多点位拍摄模块采集的水平位的实际导丝或导管形态图像，以及经过所述镜面反射装置反射的导丝或导管形态图像。
50.本发明通过利用位移传感器对导丝或导管进行移动与旋转的监测，实现了对导丝或导管的近端追踪，并在有限空间内利用镜面反射扩展可视光路，覆盖导丝或导管在整段体内的游走空间，基于不同视角下采集的光学图像对导丝或导管进行追踪，通过结合近端位移传感器与远端多点位拍摄模块可完整重建导丝导管的整体形态，从而实现了零辐射条件下对人造血管内导丝或导管的识别、追踪与三维重建。
51.在上述实施例的基础上，请参考图2，图2为本发明提供的一种导丝导管完整形态监测装置中的位移传感器的结构示意图。
52.如图2所示，位移传感器101包括五个部分，从上到下依次为上盖30、位移传感器芯
片31、透镜32，可替换支架33和底座34。
53.其中，上盖30作为位移传感器101的外观结构，位于位移传感器芯片31的上方，用于防止位移传感器芯片31外露。
54.位移传感器芯片31，用于探测导丝或导管的位移数据。该位移传感器芯片31可探测到x轴或y轴的移动距离，最高检测速度可达150ips。其中，x轴是导丝或导管旋转的方向，y轴是导管前进或后退的方向。
55.透镜32位于位移传感器芯片31的下方，用于通过光的折射聚焦辅助位移传感器芯片31采集导丝或导管的位移数据。
56.可替换支架33用于支撑导丝或导管在其内部穿过，辅助位移传感器芯片31可替换支架33的顶部有适配透镜尺寸的开口，开口用于支撑透镜，可替换支架33的内部设置有供导丝或导管穿过的通孔。
57.可替换支架33是可以根据导丝或导管的外观特征，如导丝或导管型号对应的不同尺寸、形态灵活替换的。即可替换支架的结构根据导丝或导管的外观特征确定。需要说明的是，可以通过替换支架来实现对导丝或导管与透镜32间的距离的调整。
58.底座34作为位移传感器101的底部支撑结构，位于可替换支架33的下方，底座34设置有多个凹槽，可替换支架33底部的突出与底座的凹槽连接，从而底座34能够支撑起可替换支架33，进而支撑透镜32、位移传感器芯片31。
59.在本发明的一些实施例中，位移传感器芯片31还用于将位移数据发送至嵌入式控制器，嵌入式控制器与位移传感器芯片31设置在同一电路板上，用于对位移数据进行解析，生成数据包，并将数据包发送至上位机。
60.当导丝或导管在移动时，在底座内表现为在凹槽内的轴向移动，此时，位移传感器可以探测到y轴方向产生了位移，通过spi总线与嵌入式控制器进行数据交互，嵌入式控制器对位移数据进行解析后，通过usart接口发送到上位机，上位机中的专用程序可以基于数据包，利用有限状态迭代算法，解算出导丝或导管的运动状态和移动距离。
61.其中，嵌入式控制器和位移传感器芯片31设置在同一个电路板上。位移传感器芯片31输出的数据是符合spi协议的，由于位移传感器芯片31输出的数据中包含很多不需要的信息，且上位机无法直接解析，必须由嵌入式控制器(如stm32)初步解析后，将解析后的数据打包发送给上位机。上位机接收到的是经过嵌入式控制器打包好的数据包。
62.数据包中包含特定时间内的x轴和y轴位移数据以及校验、停止位数据，首先算法会对数据包进行校验，当校验错误时会通过校验信息对数据进行修正。校验的原因是传输过程中会出现电平毛刺或者畸变，导致误码产生。校验的方式可以采用循环冗余校验(cyclic redundancy check，crc)，也可以采用其他校验方式，本发明对此不作限制。
63.然后算法将数据包中包含特定时间内的x轴和y轴位移数据，作为dx、dy信息流输入有限状态机，由有限状态机进行迭代和状态更新，更新日志存入存储栈，最新状态可以使用api接口或控制台变量、数据库等多种模式进行输出。其中，状态更新的目的是确定导丝或导管的前进、后退的状态，以及前进、后退了多少距离，最终，解算出导管导丝的运动状态及移动距离，并进一步为后续的导丝导管重建提供数据支撑。
64.在本发明的一些实施例中，人造血管模拟真实人体股动脉至颅外范围内的血管，本发明为了追踪股动脉至颅外人造血管全范围内的导丝或导管，以可视范围最大高度，在
人造血管的一侧设置了多个拍摄模块，多个拍摄模块即组成了第一拍摄模块，在人造血管的另一侧设置了第二拍摄模块。
65.在本发明的一些实施例中，多点位拍摄模块包括：设置在人造血管一侧的第一拍摄模块，设置在人造血管另一侧的第二拍摄模块，以及用于支撑第一拍摄模块和第二拍摄模块的拍摄支架。其中，拍摄支架用于保证拍摄稳定性。
66.具体的，人造血管的右侧设置了多个拍摄模块，多个拍摄模块即组成了第一拍摄模块，在人造血管的左侧设置了第二拍摄模块。
67.可选地，第一拍摄模块包括设置在颈部动脉右侧的颈右相机，设置在主动脉弓右侧的弓部相机以及设置在股动脉右侧的股部相机，第二拍摄模块包括设置在颈部动脉左侧的颈左相机。
68.如此，本发明通过多点位拍摄模块，可以实现追踪股动脉至颅外血管全范围内的导丝或导管。
69.进一步地，为了在有限空间内(如成年人体胸腔和腹部大小)获取更多维度信息用于导丝或导管形态的三维重建，本发明的镜面反射装置包括：设置在人造血管范围内的第一区域的第一镜面反射装置，以及设置在人造血管范围内的第二区域的第二镜面反射装置和镜面支架。
70.其中，第一镜面反射装置与水平面呈钝角；第二镜面反射装置与水平面呈锐角；镜面支架，用于支撑第一镜面反射装置和第二镜面反射装置，以保证扩展光路的稳定性；其中，第一区域与第二区域不同。
71.由于第一镜面反射装置与水平面呈钝角，第二镜面反射装置与水平面呈锐角，因此，可以扩展光路，从而使得多点位拍摄模块102拍摄得到多个视角的光学图像，包括水平位的导丝导管形态，以及经过镜面反射装置拍摄到的俯视图，实现在有限空间内获取导丝或导管在人造血管内游走时更多维度的形态数据。
72.在本发明的一些实施例中，第一镜面反射装置设置在股动脉至肾动脉偏上部范围内，第二镜面反射装置设置在颈动脉范围内。也即第一区域为股动脉至肾动脉偏上部范围，第二区域为颈动脉范围。
73.当导丝导管游走在人造血管内时，对相机采集图像内的两段导丝或导管(a段：水平位采集的实际导丝导管形态，b段：经镜面反射装置反射的携带另一维度坐标信息的导丝导管形态)进行分割。a段得到血管三维重建空间坐标的y，z信息，b段得到血管三维重建空间坐标的x，z信息，a段为相机拍摄到的血管的侧视图，仅含有三维空间中两个维度的坐标信息，在真实人体血管模型中对应为y轴,z轴的信息，b段为相机通过镜面反射装置拍摄到的血管的俯视图，同样含有两个维度的坐标信息，在真实人体血管模型中对应为x轴，z轴的信息。根据已有的中心线和半径对获得的坐标点进行约束。比较a段与b段中的z值，将b段中z值相近的x坐标作为a段中缺失的x坐标，b段同样，根据a段中z值相近的y坐标来补充b段中缺失的y轴信息。a和b中的每个点都有三个维度的信息，找到中心线上欧氏距离最近的坐标点，根据对应的半径，将该点约束到血管内。最终满足条件的点即为导管与导丝的三维形态信息并进行三维重建。本发明不限制三维重建的具体方法。
74.其中，如有导丝在导管内部状况，基于当前导管形态与导丝进入长度解算当前导丝位置与形态。在上述各实施例的基础上，本发明提供的一种导丝导管完整形态监测装置，
还包括：人造血管、底板，光源，白板，人造血管支架，排气阀，液体循环装置；
75.其中，光源布置在整个底板上，用于照射整个人造血管区域；
76.白板与底板平行，设置在股动脉至肾动脉偏上部范围内，用于与光源互补，以提高多点位拍摄模块采集图像的对比度；
77.人造血管模拟真实人体股动脉至颅外范围内的血管；
78.人造血管支架用于支撑人造血管；
79.排气阀用于排除所人造血管内由于液体循环所产生的气泡；
80.液体循环装置用于提供液体在人造血管内循环的通道。
81.请参考图3，图3为本发明提供的导丝导管完整形态监测装置的结构示意图之二。如图3所示，其中，底板1作为整个导丝导管完整形态监测装置的底板，光源2布置在整个底板1，照射整个血管区域，导管3的尾部安装有导管位移传感器28，导丝27的尾部安装有导丝位移传感器29，白板8与底板1平行，设置在股动脉至肾动脉偏上部范围内，用于与光源互补，以提高多点位拍摄模块采集图像的对比度，7和24为人造血管，6、11、16为血管支架，多点位拍摄模块包括设置在颈部动脉右侧的颈右相机14、设置在主动脉弓右侧的弓部相机13以及设置在股动脉右侧的股部相机10，第二拍摄模块包括设置在颈部动脉左侧的颈左相机19，以及拍摄支架15。镜面反射装置包括第一镜面反射装置9和第二镜面反射装置17，以及镜面支架18。位移传感器(导管位移传感器28或导丝位移传感器29)包括上盖30，位移传感器芯片31，透镜32，可替换支架33，底座34。排气阀5、12、23，用于排除所人造血管内由于液体循环所产生的气泡。导丝导管完整形态监测装置还包括:股动脉介入口4，以及液体循环装置。液体循环装置包括：入水口20，回水口21，桡动脉介入口22，回水管25，入水管26。图4为本发明提供的导丝导管完整形态监测装置a向的结构示意图。参考图4，入水口20设置在底板上，主要作为整个血管内液体循环的入水口，入水管26设置在底板下，与入水口20相接，作为血管内液体循环的入水通道，回水口21设置在底板上，主要作为整个血管内液体循环的出水口，回水管25设置在底板下，与回水口21相接，作为血管内液体循环的出水通道，桡动脉介入口22主要设置在手臂的血管处，可以作为导丝导管的另一个接入点。
82.本发明通过利用位移传感器对导丝或导管进行移动与旋转的监测，并在有限空间内利用镜面反射扩展可视光路，覆盖导丝或导管在整段体内的游走空间，基于不同视角下采集的光学图像对导丝或导管进行追踪，并且，若存在导丝在导管内部状况，可以基于当前导管形态与导丝进入长度解算当前导丝位置与形态，通过结合近端位移传感器与远端多点位拍摄模块可完整重建导丝导管的整体形态，从而实现了零辐射条件下对人造血管内导丝或导管的识别、追踪与三维重建。
83.请参考图5，图5为本发明提供的一种导丝导管完整形态监测方法的流程示意图，该方法基于以上实施例所述的导丝导管完整形态监测装置实现，该方法包括：
84.步骤501、位移传感器探测导丝或导管的位移数据，并基于位移数据生成数据包，将数据包发送至上位机；
85.具体的，位移传感器探测导丝或导管的位移数据，将位移数据发送至嵌入式控制器，由嵌入式控制器对位移数据进行解析，生成数据包，并将数据包发送至上位机。
86.步骤502、上位机基于数据包解算出导丝或导管的运动状态和移动距离；
87.步骤503、多点位拍摄模块采集导丝或导管在人造血管内游走时的图像并将所述
图像发送至上位机；
88.步骤504、上位机基于所述图像，获得导丝或导管的形态数据并基于所述形态数据进行三维重建；
89.其中，图像包括多点位拍摄模块采集的水平位的实际导丝或导管形态图像，以及经过镜面反射装置反射的导丝或导管形态图像。
90.请参考图6，图6为本发明提供的基于数据包解算出导丝或导管的运动状态和移动距离的流程示意图。
91.如图6所示，步骤502具体包括：
92.步骤5021、对数据包进行校验；
93.步骤5022、在校验通过的情况下，将数据包中的轴向位移信息输入至有限状态机进行迭代和状态更新，得到导丝或导管的运动状态和移动距离。
94.可选地，请参考图7，图7为本发明提供的基于图像获得导丝或导管的形态数据并基于形态数据进行三维重建的流程示意图。
95.如图7所示，步骤504具体包括：
96.步骤5041、对多点位拍摄模块采集的水平位的实际导丝或导管形态图像，以及经过镜面反射装置反射的导丝或导管形态图像进行分割，得到血管三维重建空间坐标点的y轴、z轴信息，以及血管三维重建空间坐标点的x轴、z轴信息；
97.步骤5042、根据已知的中心线和血管半径对获得的坐标点进行约束；
98.步骤5043、根据相近的z轴信息，补充获得的坐标点所缺失的维度信息，并确定与中心线距离最近的坐标点；
99.步骤5044、根据血管半径，将与中心线距离最近的坐标点约束到血管内；
100.步骤5045、根据最终约束到血管内的坐标点对应的三维信息进行三维重建。
101.对于本发明提供的导丝导管完整形态监测方法的介绍请参照上述导丝导管完整形态监测装置实施例，在此不再赘述。
102.本发明提供的导丝导管完整形态监测方法，通过利用位移传感器对导丝或导管进行移动与旋转的监测，并在有限空间内利用镜面反射扩展可视光路，覆盖导丝或导管在整段体内的游走空间，基于不同视角下采集的光学图像对导丝或导管进行追踪，并且，若存在导丝在导管内部状况，可以基于当前导管形态与导丝进入长度解算当前导丝位置与形态，通过结合近端位移传感器与远端多点位拍摄模块可重建导丝导管的整体形态，从而实现了零辐射条件下对人造血管内导丝或导管的识别、追踪与三维重建。
103.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

技术特征：
1.一种导丝导管完整形态监测装置，其特征在于，包括：位移传感器、多点位拍摄模块和镜面反射装置，其中，位移传感器，用于探测导丝或导管的位移数据，并基于所述位移数据生成数据包，将所述数据包发送至上位机，以供所述上位机基于所述数据包解算出所述导丝或导管的运动状态和移动距离；多点位拍摄模块，用于采集所述导丝或导管在人造血管内游走时的图像，并将所述图像发送至上位机，以供所述上位机基于所述图像，获得导丝或导管的形态数据并基于所述形态数据进行三维重建；镜面反射装置，用于扩展可视光路，以在有限空间内获取所述导丝或导管在人造血管内游走时更多维度的形态数据。2.根据权利要求1所述的导丝导管完整形态监测装置，其特征在于，所述位移传感器包括上盖、位移传感器芯片、透镜，可替换支架和底座，其中，所述上盖作为所述位移传感器的外观结构，位于所述位移传感器芯片的上方，用于防止所述位移传感器芯片外露；所述位移传感器芯片，用于探测导丝或导管的位移数据；所述透镜位于所述位移传感器芯片的下方，用于通过光的折射聚焦辅助所述位移传感器芯片采集所述导丝或导管的位移数据；所述可替换支架的顶部有适配所述透镜尺寸的开口，所述开口用于支撑所述透镜，所述可替换支架的内部设置有供所述导丝或导管穿过的通孔；所述底座作为所述位移传感器的底部支撑结构，位于所述可替换支架的下方，所述底座设置有多个凹槽，所述可替换支架底部的突出与所述底座的凹槽连接。3.根据权利要求2所述的导丝导管完整形态监测装置，其特征在于，所述位移传感器芯片还用于将所述位移数据发送至嵌入式控制器，所述嵌入式控制器与所述位移传感器芯片设置在同一电路板上，用于对所述位移数据进行解析，生成数据包，并将所述数据包发送至上位机。4.根据权利要求2所述的导丝导管完整形态监测装置，其特征在于，所述可替换支架的结构根据所述导丝或导管的外观特征确定。5.根据权利要求1所述的导丝导管完整形态监测装置，其特征在于，所述多点位拍摄模块包括：设置在人造血管一侧的第一拍摄模块，设置在人造血管另一侧的第二拍摄模块，以及用于支撑所述第一拍摄模块和第二拍摄模块的拍摄支架。6.根据权利要求5所述的导丝导管完整形态监测装置，其特征在于，所述第一拍摄模块包括设置在颈部动脉右侧的颈右相机，设置在主动脉弓右侧的弓部相机以及设置在股动脉右侧的股部相机，所述第二拍摄模块包括设置在颈部动脉左侧的颈左相机。7.根据权利要求5所述的导丝导管完整形态监测装置，其特征在于，所述镜面反射装置包括：设置在人造血管范围内的第一区域的第一镜面反射装置，以及设置在人造血管范围内的第二区域的第二镜面反射装置和镜面支架，其中，所述第一镜面反射装置与水平面呈钝角；所述第二镜面反射装置与水平面呈锐角；所述镜面支架，用于支撑所述第一镜面反射装置和第二镜面反射装置；所述第一区域与第二区域不同。8.根据权利要求7所述的导丝导管完整形态监测装置，其特征在于，所述第一镜面反射
装置设置在股动脉至肾动脉偏上部范围内，所述第二镜面反射装置设置在颈动脉范围内。9.根据权利要求1-8中任一项所述的导丝导管完整形态监测装置，其特征在于，还包括：所述人造血管、底板，光源，白板，人造血管支架，排气阀，液体循环装置，所述光源布置在整个底板上，用于照射整个人造血管区域；所述白板与所述底板平行，设置在股动脉至肾动脉偏上部范围内，用于与所述光源互补，以提高所述多点位拍摄模块采集图像的对比度；所述人造血管模拟真实人体股动脉至颅外范围内的血管；所述人造血管支架用于支撑所述人造血管；所述排气阀用于排除所人造血管内由于液体循环所产生的气泡；所述液体循环装置用于提供液体在所述人造血管内循环的通道。10.一种导丝导管完整形态监测方法，基于如权利要求1至9中任一项所述的导丝导管完整形态监测装置，其特征在于，所述方法包括：所述位移传感器探测导丝或导管的位移数据，并基于所述位移数据生成数据包，将所述数据包发送至上位机；所述上位机基于所述数据包解算出所述导丝或导管的运动状态和移动距离；所述多点位拍摄模块采集导丝或导管在人造血管内游走时的图像并将所述图像发送至上位机；所述上位机基于所述图像，获得导丝或导管的形态数据并基于所述形态数据进行三维重建；其中，所述图像包括所述多点位拍摄模块采集的水平位的实际导丝或导管形态图像，以及经过所述镜面反射装置反射的导丝或导管形态图像。11.根据权利要求10所述的导丝导管完整形态监测方法，其特征在于，所述基于所述数据包解算出所述导丝或导管的运动状态和移动距离，包括：对所述数据包进行校验；在校验通过的情况下，将所述数据包中的轴向位移信息输入至有限状态机进行迭代和状态更新，得到所述导丝或导管的运动状态和移动距离。12.根据权利要求10所述的导丝导管完整形态监测方法，其特征在于，所述基于所述图像，获得导丝或导管的形态数据并基于所述形态数据进行三维重建，包括：对所述多点位拍摄模块采集的水平位的实际导丝或导管形态图像，以及经过所述镜面反射装置反射的导丝或导管形态图像进行分割，得到血管三维重建空间坐标点的y轴、z轴信息，以及血管三维重建空间坐标点的x轴、z轴信息；根据已知的中心线和血管半径对获得的坐标点进行约束；根据相近的z轴信息，补充所述获得的坐标点所缺失的维度信息，并确定与所述中心线距离最近的坐标点；根据所述血管半径，将与所述中心线距离最近的坐标点约束到血管内；根据最终约束到所述血管内的坐标点对应的三维信息进行三维重建。

技术总结
本发明提供一种导丝导管完整形态监测装置及方法，属于医疗器械技术领域。该装置包括：位移传感器、多点位拍摄模块和镜面反射装置，其中，位移传感器，用于探测导丝或导管的位移数据，并基于位移数据生成数据包，将数据包发送至上位机，以供上位机基于数据包解算出导丝或导管的运动状态和移动距离；多点位拍摄模块，用于采集导丝或导管在人造血管内游走时的图像，并将图像发送至上位机，以供上位机基于图像，获得导丝或导管的形态数据并基于形态数据进行三维重建；镜面反射装置，用于扩展可视光路，以在有限空间内获取导丝或导管在人造血管内游走时更多维度的形态数据。本发明可实现零辐射条件下对导丝或导管的识别、追踪与三维重建。重建。重建。


技术研发人员：刘军 李浩波
受保护的技术使用者：维尔迈（北京）医疗科技有限公司
技术研发日：2023.04.19
技术公布日：2023/8/14