一种自动确定穿刺点位置的方法与流程

本发明涉及医疗技术领域，特别涉及一种自动确定穿刺点位置的方法。

背景技术：

静脉留置针是临床医学上为了减轻反复扎针给患者带来的痛苦而设计的装置，其通过穿刺针带着套管扎入患者静脉，而后拔出穿刺针，将套管留在患者体内，通过与套管连接的位于患者体外的接头连接静脉注射装置对患者进行静脉注射，或连接采血装置从患者体内进行采血。

目前对患者进行静脉留置针穿刺时，通过护士眼观及手触确定患者身上的靶血管以及穿刺点在靶血管上的位置，而后手动进行穿刺。

在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术中至少存在以下问题：

目前通过护士眼观及手触确定患者身上的靶血管以及穿刺点的位置，对于靶血管处脂肪较厚、水肿或靶血管较细等血管条件不好的情况，可能存在所选穿刺点位置不合理或者无法找到靶血管的情况。

技术实现要素：

为了解决现有技术中对于血管条件不好的情况，可能存在所选穿刺点位置不合理或者无法找到靶血管的情况的问题，本发明实施例提供了一种自动确定穿刺点位置的方法。所述技术方案如下：

提供了一种自动确定穿刺点位置的方法，所述方法包括：

获取人体上肢血管的横截面图像模型；

通过置于预穿刺患者的皮肤表层上的超声探头获取所述预穿刺患者的上肢静脉超声图像，所述预穿刺患者的上肢静脉超声图像中包括至少一根血管的横截面图像；

根据所述人体上肢血管的横截面图像模型，识别出所述预穿刺患者的上肢静脉超声图像中的各根血管并进行标注；

获取靶血管的横截面图像的中心在所述预穿刺患者的上肢静脉超声图像中的位置，所述靶血管为其横截面图像的中心与所述超声探头的中分线在所述预穿刺患者的上肢静脉超声图像上的距离小于第一预设数值的血管；

根据所述靶血管的横截面图像的中心在所述预穿刺患者的上肢静脉超声图像中的位置、所述预穿刺患者的上肢静脉超声图像的比例尺及留置针的穿刺角度，确定留置针在所述预穿刺患者皮肤表层上的穿刺点的物理位置，以使所述留置针穿刺到所述靶血管内的一端与所述靶血管的横截面的中心之间的距离小于第二预设数值。

进一步地，所述获取人体上肢血管的横截面图像模型，包括：

采集大量来自不同人体的上肢静脉超声图像，每张所述上肢静脉超声图像中均包括至少一根血管的横截面图像；

使用每根血管的横截面图像的外切矩形将每根血管的横截面图像标注出来，并获取所述每根血管的横截面图像的外切矩形的信息；

对所述来自不同人体的上肢静脉超声图像进行标注，标注内容包括所述上肢静脉超声图像的名称、所述上肢静脉超声图像中的每根血管的横截面图像的名称及所述每根血管的横截面图像的外切矩形的信息；

通过深度学习标注后的所述来自不同人体的上肢静脉超声图像，建立人体上肢血管的横截面图像模型。

具体地，所述根据所述人体上肢血管的横截面图像模型，识别出所述预穿刺患者的上肢静脉超声图像中的各根血管并进行标注，包括：

根据所述人体上肢血管的横截面图像模型，识别所述预穿刺患者的上肢静脉超声图像中存在的各根血管，并使用血管的横截面图像的外切矩形将所述预穿刺患者的上肢静脉超声图像中存在的各根血管标注出来。

进一步地，所述获取靶血管的横截面图像的中心在所述预穿刺患者的静脉超声图像中的位置，包括：

获取所述各根血管的横截面图像的外切矩形的四个顶点在所述预穿刺患者的上肢静脉超声图像中的坐标；

根据所述各根血管的横截面图像的外切矩形的四个顶点在所述预穿刺患者的上肢静脉超声图像中的坐标，计算所述各根血管的横截面图像的中心在所述预穿刺患者的上肢静脉超声图像中的坐标；

获取所述超声探头的中分线在所述预穿刺患者的上肢静脉超声图像中的坐标；

根据所述各根血管的横截面图像的中心和所述超声探头的中分线在所述预穿刺患者的上肢静脉超声图像中的坐标，获取所述预穿刺患者的上肢静脉超声图像中的各根血管的横截面图像的中心与所述超声探头的中分线之间的距离；

判断是否存在某根血管的横截面图像的中心与所述超声探头的中分线在所述预穿刺患者的上肢静脉超声图像上的距离小于所述第一预设数值，是则显示该血管的横截面图像的中心在所述预穿刺患者的上肢静脉超声图像中的坐标，否则移动所述超声探头的位置，并重新获取所述预穿刺患者的上肢静脉超声图像。

具体地，所述每根血管的横截面图像的外切矩形的信息包括：所述每根血管的横截面图像的外切矩形在其所在的上肢静脉超声图像中的位置、所述每根血管的横截面图像的外切矩形的宽度和高度。

具体地，所述大量来自不同人体的上肢静脉超声图像的数量大于5000张。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

本发明通过获取人体上肢血管的横截面图像模型，根据人体上肢血管的横截面图像模型，识别预穿刺患者的上肢静脉超声图像中的每根血管并进行标注，并获取靶血管的横截面图像的中心在预穿刺患者的上肢静脉超声图像中的位置，根据靶血管的横截面图像的中心在预穿刺患者的上肢静脉超声图像中的位置、预穿刺患者的上肢静脉超声图像的比例尺及留置针的穿刺角度，获取留置针在预穿刺患者皮肤表层上的穿刺点的物理位置，无需通过护士眼观及手触来确定穿刺点在患者皮肤表层上的位置，从而避免存在穿刺时选择的穿刺点的位置不合理或者无法找到靶血管的情况。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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。

图1是本发明一实施例提供的自动确定穿刺点位置的方法流程图；

图2是本发明又一实施例提供的自动确定穿刺点位置的方法流程图；

图3是本发明又一实施例提供的在预穿刺患者的上肢静脉超声图像中截取血管的横截面图像的示意图。

其中：

1上肢静脉超声图像，

2血管的横截面图像，

3外切矩形，

4中分线。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

实施例一

如图1所示，本发明实施例提供了一种自动确定穿刺点位置的方法，所述方法包括如下步骤：

在步骤101中，获取人体上肢血管的横截面图像模型。

在本发明实施例中，通过fasterrcnn算法训练大量标注了血管信息的人体上肢静脉超声图像，获取人体上肢横截面图像模型。

在步骤102中，通过置于预穿刺患者的皮肤表层上的超声探头获取所述预穿刺患者的上肢静脉超声图像。

在本发明实施例中，通过医护人员将超声探头置于预穿刺患者的皮肤表层上获取预穿刺患者的上肢静脉超声图像，其中，预穿刺患者的上肢静脉超声图像中包括至少一根血管的横截面图像。

在步骤103中，根据所述人体上肢血管的横截面图像模型，识别出所述预穿刺患者的上肢静脉超声图像中的各根血管并进行标注。

在本发明实施例中，使用血管的横截面图像的外切矩形将血管标注出来，以便于医护人员观察。

在步骤104中，获取靶血管的横截面图像的中心在所述预穿刺患者的上肢静脉超声图像中的位置。

在本发明实施例中，所述靶血管为其横截面图像的中心与所述超声探头的中分线在所述预穿刺患者的上肢静脉超声图像上的距离小于第一预设数值的血管。由于预穿刺患者的上肢静脉超声图像上的各根血管并非都适合留置针穿刺，且无法在预穿刺患者的上肢静脉超声图像进行操作而直接选定靶血管，因此在本发明实施例中，当医护人员选定某一根静脉血管作为靶血管时，便移动超声探头，使超声探头的中分线与靶血管的横截面图像的中心在预穿刺患者的上肢静脉超声图像上的距离小于第一预设数值，系统根据该血管的横截面图像的中心与超声探头的中分线在预穿刺患者的上肢静脉超声图像上的距离小于第一预设数值，即可判断该血管为靶血管。

此时，为避免同时存在多根靶血管的情况发生，医护人员在控制超声探头移动时，应注意保证有且仅有一根静脉血管的横截面图像的中心与超声探头的中分线在预穿刺患者的上肢静脉超声图像上的距离小于第一预设数值。

在步骤105中，根据所述靶血管的横截面图像的中心在所述预穿刺患者的上肢静脉超声图像中的位置、所述预穿刺患者的上肢静脉超声图像的比例尺及留置针的穿刺角度，确定留置针在所述预穿刺患者皮肤表层上的穿刺点的物理位置，以使所述留置针穿刺到所述靶血管内的一端与所述靶血管的横截面的中心之间的距离小于第二预设数值。

本发明通过获取人体上肢血管的横截面图像模型，根据人体上肢血管的横截面图像模型，识别预穿刺患者的上肢静脉超声图像中的每根血管并进行标注，并获取靶血管的横截面图像的中心在预穿刺患者的上肢静脉超声图像中的位置，根据靶血管的横截面图像的中心在预穿刺患者的上肢静脉超声图像中的位置、预穿刺患者的上肢静脉超声图像的比例尺及留置针的穿刺角度，获取留置针在预穿刺患者皮肤表层上的穿刺点的物理位置，无需通过护士眼观及手触来确定穿刺点在患者皮肤表层上的位置，从而避免存在穿刺时选择的穿刺点的位置不合理或者无法找到靶血管的情况。

实施例二

如图2所示，在本发明实施例中，本发明实施例提供了一种自动确定穿刺点位置的方法，所述方法包括如下步骤：

在步骤201中，采集大量来自不同人体的上肢静脉超声图像。

在本发明实施例中，预先通过带有图像采集卡的超声探头采集大量来自不同人体的上肢静脉超声图像，每张上肢静脉超声图像中均包括至少一根血管的横截面图像，其中，每张上肢静脉超声图像的大小相同，均为230×300像素，可以为通过超声探头采集的原始图像，也可以为在原始图像中截取的图像。

在步骤202中，如图3所示，使用每根血管的横截面图像2的外切矩形3将每根血管的横截面图像2标注出来，并获取所述每根血管的横截面图像2的外切矩形3的信息。

在本发明实施例中，使用两条边分别平行于血管的横截面图像2的外切矩形3将每张上肢静脉超声图像1中的血管的横截面图像2标注出来，并获取每根血管的横截面图像2的外切矩形3的信息。其中，每根血管的横截面图像2的外切矩形3的信息包括：每根血管的横截面图像2在其所在的上肢静脉超声图像1中的位置，以及所述每根血管的横截面图像2的外切矩形3的宽度和高度。每根血管的横截面图像2的外切矩形3的位置可通过每根血管的横截面图像2的外切矩形3的坐上角顶点在其所在的上肢静脉超声图像1中的坐标来表示，其中，在获取血管的横截面图像2的外切矩形3的左上角顶点的坐标时，以该血管的横截面图像2所在的上肢静脉超声图像1的左上角为坐标原点，以上肢静脉超声图像1的两边为坐标轴。当然，本领域技术人员可知，每根血管的横截面图像2的外切矩形3在其所在的上肢静脉超声图像1中的位置也可通过外切矩形3的其他顶点或者其中心点的坐标来表示，且也可通过每根血管的横截面图像2的外切正六边形或外切正八边形等对每根血管的横截面图像2进行标注。

在步骤203中，对所述来自不同人体的上肢静脉超声图像进行标注。

在本发明实施例中，标注内容包括所述上肢静脉超声图像的名称、所述上肢静脉超声图像中的每根血管的横截面图像的名称及所述每根血管的横截面图像的外切矩形的信息。

标注通过标注软件进行，具体将每张上肢静脉超声图像的名称、每张上肢静脉超声图像中的每根血管的横截面图像的名称及每根血管的横截面图像的外切矩形的信息逐行保存到一个文档里，如第一张上肢静脉超声图像中的第一根血管的横截面图像进行标注的内容为：0001.jpg13453375vessel，其中：0001.jpg为当前标注的上肢静脉超声图像的名称，13和45分别为当前标注的上肢静脉超声图像中的一根血管的横截面图像的外切矩形的左上角顶点的横坐标和纵坐标，33和75分别为该血管的横截面图像的外切矩形的宽度和高度，vessel为该血管的名称。当然，本领域技术人员可知，根据不同的算法的需要，标注的内容可以不同，在本发明实施例中不以此为限。

在步骤204中，通过深度学习标注后的所述来自不同人体的上肢静脉超声图像1，建立人体上肢血管的横截面图像模型。

在本发明实施例中，通过标注后的来自大量不同人体的上肢静脉超声图像构成训练数据集，使用fasterrcnn算法作为深度学习算法对训练数据集进行训练，具体通过fasterrcnn算法遍历训练数据集中的每张上肢静脉超声图像，并按照每根血管的横截面图像的外切矩形在其所在的上肢静脉超声图像中的位置，遍历每张上肢静脉超声图像中的每根血管的横截面图像，经过不断的反向传播计算和反复优化网络，最终得到人体上肢血管的横截面图像模型。其中，遍历人体上肢横截面图像的顺序和人体上肢横截面图像中的血管的横截面图像的顺序不作具体限定。

在本发明实施例中，所述大量来自不同人体的上肢静脉超声图像的数量大于5000张，保证建立的血管的横截面图像模型的检测结果较为精确。

在步骤205中，获取预穿刺患者的上肢静脉超声图像。

在本发明实施例中，通过医护人员将带有图像采集功能的超声探头置于预穿刺患者的皮肤上，采集预穿刺患者的上肢静脉超声图像。

在步骤206中，根据所述人体上肢血管的横截面图像模型，识别所述预穿刺患者的上肢静脉超声图像中存在的各根血管，并使用血管的横截面图像的外切矩形将所述预穿刺患者的上肢静脉超声图像中存在的各根血管标注出来。

在本发明实施例中，根据人体上肢血管的横截面图像模型识别预穿刺患者的上肢静脉超声图像中存在的血管，并使用血管的横截面图像的外切矩形将其标注出来，便于医护人员观察。

在步骤207中，获取所述各根血管的横截面图像的外切矩形的四个顶点在所述预穿刺患者的上肢静脉超声图像中的坐标。

在步骤208中，根据所述各根血管的横截面图像的外切矩形的四个顶点在所述预穿刺患者的上肢静脉超声图像中的坐标，计算所述各根血管的横截面图像的中心在所述预穿刺患者的上肢静脉超声图像中的坐标。

在本发明实施例中，各根血管的横截面图像的中心在预穿刺患者的上肢静脉超声图像中的横坐标等于其左上角顶点和右上角顶点的横坐标之和的二分之一，纵坐标等于其左上角顶点和左下角顶点的纵坐标之和的二分之一。

在步骤209中，获取所述超声探头的中分线在所述预穿刺患者的上肢静脉超声图像中的坐标。

在本发明实施例中，以大小为230×300像素的上肢静脉超声图像为例，超声探头的中分线在所述预穿刺患者的上肢静脉超声图像中的坐标为x＝115。

在步骤210中，根据所述各根血管的横截面图像的中心和所述超声探头的中分线在所述预穿刺患者的上肢静脉超声图像中的坐标，获取所述预穿刺患者的上肢静脉超声图像中的各根血管的横截面图像的中心与所述超声探头的中分线之间的距离。

在本发明实施例中，设某一根血管的横截面图像的中心在预穿刺患者的上肢静脉超声图像中的坐标为(x1，y1)，则该血管的横截面图像的中心在预穿刺患者的上肢静脉超声图像上与所述超声探头的中分线之间的距离等于(115-x1)的绝对值。

在步骤211中，判断是否存在某根血管的横截面图像的中心与所述超声探头的中分线在所述预穿刺患者的上肢静脉超声图像上的距离小于所述第一预设数值，是则进入步骤212，否则移动所述超声探头的位置，重新进入步骤205。

在本发明实施例中，预穿刺患者的上肢静脉超声图像中包括至少一根血管的横截面图像，至少一根血管中可能存在静脉血管，也可能存在动脉血管，压力较小的状态下静脉血管和动脉血管的横截面图像均为圆形，压力较大时静脉血管的横截面图像会发生变形而动脉血管的横截面图像不会发生变形，且留置针穿刺通常向静脉血管内穿刺，故通过医护人员轻按超声探头，观察血管的横截面图像是否发生变化，可得出该预穿刺患者的上肢静脉超声图像中有哪些血管是静脉血管，而后医护人员选取其中一根静脉血管为靶血管，移动超声探头以使靶血管的横截面图像的中心与超声探头的中分线在预穿刺患者的上肢静脉超声图像上的距离小于第一预设数值，即可使系统通过判断该血管的横截面图像的中心与超声探头的中分线在预穿刺患者的静脉超声图像上的距离小于第一数值，确定该血管为靶血管。优选地，有且仅有一根血管的横截面图像的中心与超声探头的中分线在预穿刺患者的上肢静脉超声图像上的距离小于第一预设数值。

在本发明实施例中，第一预设数值的大小为5像素。当存在某一血管的横截面图像的中心与超声探头的中分线在预穿刺患者的静脉超声图像上的距离小于5像素时，进入步骤212，且在人机交互界面上显示：“找到靶血管，且该靶血管符合穿刺要求，可进行穿刺”；当所有血管的横截面图像的中心与超声探头的中分线的在预穿刺患者的上肢静脉超声图像上的距离均大于5像素，进入步骤205，且若存在某一血管的横截面图像的中心与超声探头的中分线在预穿刺患者的上肢静脉超声图像上的距离小于20像素时，可在人机交互界面上显示：“找到靶血管，但该靶血管不满足穿刺要求，请移动超声探头，使血管的横截面图像的中心位于超声探头的中分线上”；若所有血管的横截面图像的中心与超声探头的中分线在预穿刺患者的上肢静脉超声图像上的距离均大于20像素时，在人机交互界面上显示“未找到符合条件的靶血管，请移动超声探头位置以寻找靶血管”。

在步骤212中，显示该血管的横截面图像的中心在所述预穿刺患者的上肢静脉超声图像中的坐标。

在本发明实施例中，若存在某根血管的横截面图像的中心与超声探头的中分线在预穿刺患者的上肢静脉超声图像上的距离小于5像素，则该血管即为医护人员选定的靶血管，显示该血管的横截面图像的中心在预穿刺患者的上肢静脉超声图像中的坐标，进入步骤213。

在步骤213中，根据所述靶血管的横截面图像的中心在所述预穿刺患者的上肢静脉超声图像中的位置、所述预穿刺患者的上肢静脉超声图像的比例尺及留置针的穿刺角度，确定留置针在所述预穿刺患者皮肤表层上的穿刺点的物理位置，以使所述留置针穿刺到所述靶血管内的一端与所述靶血管的横截面的中心之间的距离小于第二预设数值。

在本发明实施例中，留置针的穿刺针头可设置在超声探头的穿刺中分线上，超声探头安装于机械臂上，当机械臂的控制模块获取到靶血管的横截面图像的中心在预穿刺患者的上肢静脉超声图像中的位置、预穿刺患者的上肢静脉超声图像的比例尺及留置针的穿刺角度后，即可确定出留置针在预穿刺患者皮肤表层上的穿刺点的物理位置，而后控制留置针移动到穿刺点位置，最后控制留置针的穿刺针头向患者的血管内进行穿刺，拔出穿刺针头，留置针的软管留在患者血管内。其中，留置针穿刺到靶血管内的一端与靶血管的横截面的中心之间的距离小于或等于靶血管的横截面图像的外切矩形的高度的四分之一。

在本发明实施例中，不可避免的情况下，步骤211中可能存在到多根血管的横截面图像的中心与超声探头的中分线之间的距离小于第一预设数值，也即系统判断存在多根靶血管的情况，此时为了保证穿刺的准确性，且为了避免向动脉血管进行穿刺，可同时显示出这几根血管的横截面图像的中心在预穿刺患者的上肢静脉超声图像中的坐标，最后由医护人员选择向机械臂的控制模块发送其中一根血管的横截面图像的中心，机械臂控制留置针向该血管内进行留置针穿刺。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。