本發(fā)明涉及基于電磁定位復合導管的血管內(nèi)虛擬內(nèi)窺鏡成像系統(tǒng)及其工作方法，屬于血管內(nèi)介入成像和診斷
技術(shù)領(lǐng)域：
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背景技術(shù)：
：根據(jù)我國2008年中國衛(wèi)生事業(yè)發(fā)展情況統(tǒng)計公報顯示，心血管疾病同樣是我國城鄉(xiāng)居民第一位死亡原因，平均每10秒死亡1人，這一死亡速度是美國人心血管病死亡速度的3倍(每34秒死亡1人)！心血管疾病的高發(fā)病率和死亡率，已成為制約我國社會和經(jīng)濟發(fā)展的重要因素。近年研究發(fā)現(xiàn)，在大多數(shù)急性心腦血管事件患者中，動脈粥樣硬化(as)斑塊破裂和血栓形成是主要的發(fā)病機制。as斑塊是發(fā)生于動脈管壁的病變，斑塊從穩(wěn)定變?yōu)椴环€(wěn)定的過程涉及到炎癥、凝血等多個環(huán)節(jié)，單純顯示動脈管腔的診斷技術(shù)已不能滿足臨床的需要。血管內(nèi)成像技術(shù)彌補了傳統(tǒng)的冠狀動脈造影單純顯示管腔的不足，根據(jù)成像源(聲學、光學、光聲)模態(tài)的不同，其可顯示管壁內(nèi)的斑塊形態(tài)、負荷程度乃至斑塊的組成。但由于二維血管橫截面圖像僅能提供局限部位血管病變信息，血管內(nèi)成像的圖像三維重建和可視化已成為目前的研究熱點。目前，血管內(nèi)成像系統(tǒng)雖可借助系統(tǒng)配備的回撤裝置實現(xiàn)對一段血管的觀察，但其三維重建和可視化是把一系列的圖像按采集順序疊加起來形成一個直管模型的血管段。這種方法沒有考慮在圖像獲取過程中血管自身的彎曲形態(tài)。另一種方法為利用多角度cag提取血管骨架并順序疊加血管內(nèi)成像的圖像，但基于多角度cag圖像的重建，一般假設(shè)管腔橫截面為橢圓，事實上，狹窄的動脈管腔形狀復雜多樣，狹窄多呈偏心型和不規(guī)則型，影響dsa圖像與血管內(nèi)成像圖像的配準。且這些重建方法忽略了導管回撤過程中的離平面運動造成圖像法平面的翹曲，影響重建后圖像顯示，尤其是虛擬內(nèi)窺環(huán)境的呈遞。中國專利文獻cn103284760a公開了一種基于導管路徑的擴展超聲血管成像方法及裝置，包括一臺三維超聲儀，一套電磁定位設(shè)備，一條介入導管和計算機，三維超聲儀通過超聲探頭掃描血管獲取三維圖像，電磁定位設(shè)備包括一個磁場發(fā)生器和兩個6自由度定位傳感器，磁場發(fā)生器定義空間坐標系，一個6自由度定位傳感器安裝在超聲探頭上獲得超聲圖像的空間坐標，另一個6自由度定位傳感器嵌入在導管前端不可彎曲部分獲得導管前端的空間坐標，三維超聲儀與電磁定位裝置均與計算機相連接，將獲得的三維超聲圖像與導管路徑通過計算機重建在同一坐標系下。但是，該專利存在以下缺陷：該專利所述方法利用的體表三維超聲儀，僅能獲取淺表器官的圖像，無法實現(xiàn)深部血管，如冠狀動脈、顱內(nèi)血管的成像，且不能提供內(nèi)窺式圖像；并且，成像時需要借助ct或mri、介入導管首先獲取血管骨架，再進行超聲成像，最后實現(xiàn)圖像匹配的多步驟、多模態(tài)成像。該專利實際操作需要分開進行，即術(shù)前利用體表超聲進行三維重建，術(shù)中利用介入導管獲得路徑并匹配，操作復雜。中國專利文獻cn104161548a公開了一種治療動脈閉塞病變的器具，包括血管超聲導管、治療微導管和治療導絲；血管超聲導管與治療微導管并聯(lián)為一體；治療導絲一部分位于治療微導管內(nèi)，另一部分從側(cè)壁出口穿出治療微導管。該專利采用了血管內(nèi)超聲導管和治療微導管并聯(lián)一體的雙腔結(jié)構(gòu)，提高對導引導絲進入血管真腔的成功率，并利用治療導絲對血栓進行抽吸，目的在于對于閉塞性病變(cto)進行開通治療，其導管的操作為人工調(diào)整行進方向。技術(shù)實現(xiàn)要素：針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了基于電磁定位復合導管的血管內(nèi)虛擬內(nèi)窺鏡成像系統(tǒng)；本發(fā)明能夠提供成像導管5個自由度的空間運動信息，并與血管內(nèi)圖像匹配，為血管病變的診治提供更為精準的依據(jù)。本發(fā)明還提供了上述血管內(nèi)虛擬內(nèi)窺鏡成像系統(tǒng)的工作方法；利用該方法，可以獲得準確的血管內(nèi)成像序列圖像的空間配準重建和虛擬內(nèi)窺環(huán)境的呈遞。本發(fā)明的技術(shù)方案為：基于電磁定位復合導管的血管內(nèi)虛擬內(nèi)窺鏡成像系統(tǒng)，包括電磁定位追蹤模塊、復合血管內(nèi)成像導管模塊、定位信息處理與復合圖像呈遞模塊，所述電磁定位追蹤模塊、復合血管內(nèi)成像導管模塊分別連接所述定位信息處理與復合圖像呈遞模塊；所述復合血管內(nèi)成像導管模塊用于獲取血管內(nèi)圖像，所述電磁定位追蹤模塊用于獲取所述復合血管內(nèi)成像導管模塊在血管內(nèi)的運動軌跡，并傳輸至所述定位信息處理與復合圖像呈遞模塊，進行血管內(nèi)圖像與定位信息的校正融合，在虛擬內(nèi)窺環(huán)境下呈遞血管空間信息。為血管病變的診治提供更為精準的依據(jù)。所述復合血管內(nèi)成像導管模塊包括傳感器線圈單元、血管內(nèi)成像探頭單元、步進電機單元，所述傳感器線圈單元、所述血管內(nèi)成像探頭單元并聯(lián)，在所述步進電機單元的驅(qū)動下使得所述傳感器線圈單元、所述血管內(nèi)成像探頭單元同步進退；實現(xiàn)導管抗折、柔順性和在血管內(nèi)的推送性；所述血管內(nèi)成像探頭單元為血管內(nèi)成像導管，所述血管內(nèi)成像導管頂端設(shè)有血管內(nèi)成像探頭；所述傳感器線圈單元用于獲取5個自由度的位置信息，包括表征所述血管內(nèi)成像探頭三維空間絕對坐標a＝(x,y,z)、成像面的旋轉(zhuǎn)四元數(shù)q＝(w,a,b,c)，c＝0，w、a、b表示成像面2個自由度的旋轉(zhuǎn)信息，即左、右偏轉(zhuǎn)和上、下俯仰；成像面即獲取的血管內(nèi)圖像所在平面；所述血管內(nèi)成像探頭單元用于獲取血管內(nèi)圖像。根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述傳感器線圈單元、所述血管內(nèi)成像探頭單元平行隔離設(shè)置。以保障血管內(nèi)成像探頭單元的正常工作。根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述傳感器線圈單元為傳感器線圈，所述傳感器線圈尾端連接絕緣導線一端，所述絕緣導線另一端穿出傳感器絕緣導線穿出口連接所述電磁定位追蹤模塊，薄壁軟管封裝所述傳感器線圈、所述絕緣導線；所述血管內(nèi)成像探頭單元外封裝有封裝管；所述傳感器線圈、所述絕緣導線、所述血管內(nèi)成像導管外部封裝有外封裝管；在外封裝管內(nèi)所述薄壁軟管粘貼所述封裝管，使所述薄壁軟管與所述封裝管的平行隔離。依靠薄壁軟管與封裝管間牢固的粘貼，使傳感器線圈單元與血管內(nèi)成像探頭單元成為一整體，同步前進與后退，并具有相同的翹曲、左右和上下運動。所述外封裝管由兩段組成，近頭端的一段柔軟，具有抗折性，并有親水涂層，適于血管腔內(nèi)操作，近尾端一段較短，剛性較大，沒有親水涂層，充分保護其內(nèi)部的絕緣導線。所述外封裝管兩段內(nèi)部均有親水涂層，便于所述傳感器線圈、所述血管內(nèi)成像導管、所述絕緣導線在其腔內(nèi)前后運動，所述血管內(nèi)成像導管尾端穿過復合導管接口單元后連接血管內(nèi)成像設(shè)備。步進電機單元用于帶動傳感器線圈、絕緣導線與血管內(nèi)成像導管的整體回撤、復位，所述步進電機單元包括步進電機、軌道滑槽、卡口支架，外封裝管尾端處有一環(huán)形膨出，卡口支架前端中部為一凹槽，用于容納環(huán)形膨出，使外封裝管固定，由于步進電機與復合導管接口單元相連，故而可拉動傳感器線圈單元、血管內(nèi)成像探頭單元，依靠二者間的偶聯(lián)使二者在外封裝管內(nèi)運動。根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述傳感器線圈頂端與所述血管內(nèi)成像探頭的縱向距離s的取值范圍為0mm＜s＜0.3mm，所述傳感器線圈的直徑為0.1-0.3mm，所述傳感器線圈的長度為5-15mm；所述絕緣導線的外徑為0.05-0.1mm；進一步優(yōu)選的，所述傳感器線圈頂端與所述血管內(nèi)成像探頭的縱向距離為0.1mm；所述傳感器線圈的直徑為0.2mm，所述傳感器線圈的長度為10mm；所述絕緣導線的外徑為0.08mm。作為血管內(nèi)應(yīng)用的器械，直徑越小越好，這取決于傳感器線圈和血管內(nèi)成像導管的直徑。傳感器線圈過長會影響線圈的柔韌性、封裝的可操作性、增加成本，過短會影響定位精度，傳感器線圈的長度為5-15mm在保證線圈的柔韌性、可操作性基礎(chǔ)上保證了定位精度，取值為10mm時各項指標最優(yōu)，是在保證測試定位精度最優(yōu)的前提下保留的最小尺寸。傳感器線圈頂端與血管內(nèi)成像探頭的縱向距離的選擇是校正所成圖像的坐標必須的參數(shù)，該距離如果是零，即線圈與探頭在一個平面上，會干擾成像，造成圖像的部分缺失；如果該距離過大，則難以保證線圈所處位置與探頭所處位置的一致性，無法通過線圈提供的信息校正探頭所成圖像的坐標。經(jīng)仿真測算，選取0.1mm時，效果最優(yōu)。根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述血管內(nèi)成像探頭單元為聲學、光學、光聲學模態(tài)以及該三種模態(tài)組合的多模態(tài)血管內(nèi)成像導管。例如血管內(nèi)超聲、光學干涉斷層顯像、光聲成像、近紅外成像等。根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述電磁定位追蹤模塊包括磁場發(fā)射接收單元(型號：aurorafieldgenerator)、傳感器接口單元(型號：aurorasensorinterfaceunit)、系統(tǒng)控制單元和數(shù)據(jù)輸入單元(型號：aurorasystemcontrolunit)，所述磁場發(fā)射接收單元、所述傳感器接口單元、所述數(shù)據(jù)輸入單元分別連接所述系統(tǒng)控制單元；所述絕緣導線另一端穿出傳感器絕緣導線穿出口連接所述傳感器接口單元；當所述傳感器線圈單元進入所述磁場發(fā)射接收單元發(fā)射的磁場范圍時，實時接收所述傳感器線圈單元輸出的對應(yīng)其在空間坐標系下的5個自由度的位置信息，并傳輸至所述數(shù)據(jù)輸入單元；實時接收所述血管內(nèi)成像探頭單元獲取的圖像，并傳輸至所述數(shù)據(jù)輸入單元。所述磁場發(fā)射接收單元的磁場空間為邊長為50cm的正方體，位置精度不低于0.25mm，每秒生成40個位置數(shù)據(jù)。根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述定位信息處理與復合圖像呈遞模塊包括定位信息處理單元、呈遞單元，定位信息處理單元接收傳感器線圈單元輸出的對應(yīng)其在空間坐標系下的5個自由度的位置信息，所述呈遞單元接收所述血管內(nèi)成像探頭單元獲取的圖像，進行斑塊和感興趣分割，與血管三維曲線融合，顯示虛擬內(nèi)窺環(huán)境。上述基于電磁定位復合導管的血管內(nèi)虛擬內(nèi)窺鏡成像系統(tǒng)的工作方法，包括：(1)連續(xù)回撤成像并實時采集數(shù)據(jù)：由所述步進電機單元帶動所述傳感器線圈單元、血管內(nèi)成像探頭單元按照預設(shè)的速度連續(xù)或定點回撤，與此同時，所述復合血管內(nèi)成像導管模塊實時獲取血管內(nèi)圖像，所述電磁定位追蹤模塊實時采集所述復合血管內(nèi)成像導管模塊在血管內(nèi)的空間的定位信息，并將實時采集的數(shù)據(jù)傳輸至所述定位信息處理與復合圖像呈遞模塊；定位信息包括表征所述血管內(nèi)成像探頭單元的三維空間絕對坐標a、成像面的旋轉(zhuǎn)四元數(shù)q；(2)定位信息與血管內(nèi)圖像預處理：所述定位信息處理與復合圖像呈遞模塊對步驟(1)接收的定位信息依次進行降噪處理、偏移校正，獲得所述血管內(nèi)成像探頭單元的三維空間絕對坐標an、所述成像面旋轉(zhuǎn)四元數(shù)qn，n為整數(shù)，0＜n≤n，n為成像面的總數(shù)；人機交互對血管內(nèi)圖像依次進行血管邊界分割、斑塊邊界分割和感興趣區(qū)的劃分，獲得所述血管內(nèi)成像探頭相對于所在圖像的局部像素坐標an′，所標記感興趣點局部像素坐標b′nm，m為整數(shù)，0＜m≤mn，mn為第n個成像面上所標記的感興趣點總數(shù)；讀取所述血管內(nèi)圖像單位像素距離轉(zhuǎn)化系數(shù)k＝0.0175mm；；(3)真實血管空間形態(tài)三維重建：根據(jù)經(jīng)過步驟(2)處理得到的所述血管內(nèi)成像探頭單元的空間定位信息，生成成像面的血管內(nèi)成像探頭的三維空間軌跡；利用步驟(2)讀取的所述血管內(nèi)圖像單位像素距離轉(zhuǎn)化系數(shù)k和所述血管內(nèi)成像探頭相對于所在圖像的局部像素坐標an′，將各感興趣點的局部像素坐標轉(zhuǎn)化為相對于所述血管內(nèi)成像探頭局部空間坐標；利用所接收的成像面旋轉(zhuǎn)四元數(shù)qn，依次進行成像面的旋轉(zhuǎn)變換，經(jīng)各感興趣點的空間絕對坐標融合，獲得真實血管空間形態(tài)和感興趣區(qū)域的真實空間構(gòu)型；(4)基于真實空間形態(tài)呈遞虛擬內(nèi)窺環(huán)境：利用虛擬內(nèi)窺環(huán)境，采用自動導航和交互式導航兩種方式呈遞觀察分割的血管邊界、斑塊及感興趣區(qū)，進行參數(shù)測量和計算，包括基于真實血管三維形態(tài)的任意感興趣區(qū)長度、面積及體積。例如，斑塊厚度、斑塊長度、斑塊面積、斑塊體積、管腔面積、管腔體積、內(nèi)彈力膜面積、內(nèi)彈力膜體積。根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述步驟(3)，真實血管空間形態(tài)三維重建，包括步驟如下：a、根據(jù)經(jīng)過步驟(2)處理得到的所述血管內(nèi)成像探頭單元的空間定位信息an，生成成像面的血管內(nèi)成像探頭的三維空間軌跡；b、利用所述復合血管內(nèi)成像導管模塊呈遞的像素距離轉(zhuǎn)化系數(shù)k和步驟(2)所定位的成像探頭局部像素坐標an′，將所標記感興趣點的局部像素坐標b′nm轉(zhuǎn)化為相對于成像探頭的局部空間坐標k(b′nm-an′)；c、利用步驟(2)處理后得到的表征所述血管內(nèi)成像探頭單元旋轉(zhuǎn)信息的四元數(shù)qn，分別計算成像面旋轉(zhuǎn)矩陣mn；經(jīng)旋轉(zhuǎn)變換和平移變換，將步驟b所述的相對于成像探頭的局部坐標k(b′nm-an′)轉(zhuǎn)化為空間絕對坐標bnm，轉(zhuǎn)化公式為bnm＝an+kmn(b′nm-an′)；d、利用所述定位信息處理與復合圖像呈遞模塊，將步驟c獲取的各感興趣點空間絕對坐標bnm融合，經(jīng)插值處理后獲得真實血管空間形態(tài)和感興趣區(qū)域的真實空間構(gòu)型。根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述步驟(4)，利用虛擬內(nèi)窺環(huán)境，采用自動導航和交互式導航兩種方式呈遞觀察分割的血管邊界、斑塊及感興趣區(qū)，進行參數(shù)測量和計算，包括步驟如下：a、采用不同光照方式、材質(zhì)和分層透明化技術(shù)，利用面繪制方法繪制步驟(3)所分割的血管邊界、斑塊及感興趣區(qū)；b、利用步驟(3)所獲得的成像面的血管內(nèi)成像探頭的三維空間絕對坐標an生成虛擬內(nèi)窺自動漫游路徑，通過設(shè)定不同的步進速度和觀察視角，以動畫錄像方式自動漫游血管內(nèi)部三維結(jié)構(gòu)，快速發(fā)現(xiàn)異常部位；c、利用鼠標和鍵盤控制虛擬攝像機漫游路徑和觀察視角，采用交互導航方式近距離觀察感興趣區(qū)；d、同步顯示漫游路徑概覽圖，實時定位虛擬攝像機觀察位置和方向；e、利用三個軸向的正交切面實現(xiàn)鼠標三維點坐標拾取，進行參數(shù)測量和計算。本發(fā)明的有益效果為：1、本發(fā)明將傳感器線圈單元與血管內(nèi)成像探頭單元并聯(lián)為一體，傳感器線圈單元經(jīng)絕緣、固定和封裝與血管內(nèi)成像探頭單元偶聯(lián)，形成二者共進退的導管結(jié)構(gòu)，其目的在于形成真實空間形態(tài)的三維血管信息重建。2、本發(fā)明的電磁定位精度高，且具有5個自由度，解決了因?qū)Ч芪恢靡苿釉斐傻碾x平面(out-of-plane)偽像和導管回撤過程中的離平面運動造成圖像法平面的翹曲。3、本發(fā)明的復合血管內(nèi)成像探頭尺寸微型化，可血管腔內(nèi)使用；由步進電機驅(qū)動，可根據(jù)可調(diào)節(jié)的預設(shè)速度進行回撤和復位，多次重復檢測，并可標示回撤的距離，對回撤路線中某一點定位檢測。4、本發(fā)明可同步實現(xiàn)血管內(nèi)窺式圖像和三維空間信息獲取，呈現(xiàn)血管真實空間形態(tài)，并利用虛擬內(nèi)窺式呈遞便捷地實現(xiàn)一段血管病變的多視角觀察和介入治療定位。根據(jù)真實空間信息，可更加準確顯示血管壁和斑塊形態(tài)信息和斑塊體積定量；可實現(xiàn)彈性信息、斑塊組織成分、熒光活性等成像模態(tài)功能信息的空間展示。附圖說明圖1為本發(fā)明基于電磁定位復合導管的血管內(nèi)虛擬內(nèi)窺鏡成像系統(tǒng)應(yīng)用環(huán)境示意圖；圖2為本發(fā)明血管內(nèi)虛擬內(nèi)窺鏡成像系統(tǒng)的工作方法流程圖；圖3為本發(fā)明復合血管內(nèi)成像導管模塊結(jié)構(gòu)示意圖及局部放大圖；圖4為本發(fā)明電磁定位追蹤模塊結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為本發(fā)明電磁定位空間絕對坐標示意圖；圖6為實施例3中獲取的表征所述血管內(nèi)成像探頭單元的三維空間軌跡示意圖；圖7為實施例3中獲取的血管內(nèi)圖像的示意圖；圖8為對圖7中的血管內(nèi)圖像血管邊界、斑塊邊界分割和感興趣區(qū)的劃分后的示意圖；圖9為血管內(nèi)超聲圖像和電磁定位信息融合示意圖；圖10為融合、重建后真實三維血管構(gòu)型示意圖；圖11為虛擬內(nèi)窺呈遞和路徑導航示意圖。1、復合導管接口單元；2、傳感器絕緣導線穿出口；3、外封裝管空腔接口；4、環(huán)形膨出；5、外封裝管柔軟段和剛性段融合處；6、傳感器線圈單元；7、指引導絲穿出口；8、血管內(nèi)成像探頭單元；9、外封裝管；10、指引導絲；11、傳感器線圈；12、血管內(nèi)成像探頭；13、不透x線標記物；14、定位信息處理與復合圖像呈遞模塊；15、系統(tǒng)控制單元；16、磁場發(fā)射接收單元；17、傳感器接口單元。具體實施方式下面結(jié)合說明書附圖和實施例對本發(fā)明作進一步限定，但不限于此。實施例1基于電磁定位復合導管的血管內(nèi)虛擬內(nèi)窺鏡成像系統(tǒng)，包括電磁定位追蹤模塊、復合血管內(nèi)成像導管模塊、定位信息處理與復合圖像呈遞模塊14，電磁定位追蹤模塊、復合血管內(nèi)成像導管模塊分別連接定位信息處理與復合圖像呈遞模塊14；復合血管內(nèi)成像導管模塊用于獲取血管內(nèi)圖像，電磁定位追蹤模塊用于獲取復合血管內(nèi)成像導管模塊在血管內(nèi)的運動軌跡，并傳輸至定位信息處理與復合圖像呈遞模塊14，進行血管內(nèi)圖像與定位信息的校正融合，在虛擬內(nèi)窺環(huán)境下呈遞血管空間信息。為血管病變的診治提供更為精準的依據(jù)。如圖1所示，血管內(nèi)虛擬內(nèi)窺鏡成像系統(tǒng)應(yīng)用環(huán)境示意圖，包括：dsa系統(tǒng)臺、血管內(nèi)成像設(shè)備(本實施例以血管內(nèi)超聲為例)、生命檢測設(shè)備、顯示屏、手術(shù)機械臺、術(shù)者操作區(qū)域等。實施例2根據(jù)實施例1所述的基于電磁定位復合導管的血管內(nèi)虛擬內(nèi)窺鏡成像系統(tǒng)，其區(qū)別在于，如圖3所示，復合血管內(nèi)成像導管模塊包括傳感器線圈單元6、血管內(nèi)成像探頭單元8、步進電機單元，傳感器線圈單元6、血管內(nèi)成像探頭單元8并聯(lián)，在步進電機單元的驅(qū)動下使得傳感器線圈單元6、血管內(nèi)成像探頭單元8同步進退；實現(xiàn)導管抗折、柔順性和在血管內(nèi)的推送性；血管內(nèi)成像探頭單元8為血管內(nèi)成像導管，血管內(nèi)成像導管頂端設(shè)有血管內(nèi)成像探頭12；傳感器線圈單元6用于獲取5個自由度的位置信息，包括表征血管內(nèi)成像探頭12相對于磁場發(fā)射接收單元16的三維空間絕對坐標a＝(x,y,z)、成像面的旋轉(zhuǎn)四元數(shù)q＝(w,a,b,c)，c＝0，w、a、b表示成像面2個自由度的旋轉(zhuǎn)信息，即左、右偏轉(zhuǎn)和上、下俯仰；成像面即獲取的血管內(nèi)圖像所在平面；血管內(nèi)成像探頭12相對于磁場發(fā)射接收單元16的三維空間絕對坐標系如圖5所示。血管內(nèi)成像探頭單元8用于獲取血管內(nèi)圖像。傳感器線圈單元6、血管內(nèi)成像探頭單元8平行隔離設(shè)置。以保障血管內(nèi)成像探頭單元8的正常工作。傳感器線圈單元6為傳感器線圈11，傳感器線圈11尾端連接絕緣導線一端，絕緣導線另一端穿出傳感器絕緣導線穿出口2連接電磁定位追蹤模塊，薄壁軟管封裝傳感器線圈11、絕緣導線；血管內(nèi)成像探頭單元8外封裝有封裝管；傳感器線圈11、絕緣導線、血管內(nèi)成像導管外部封裝有外封裝管9；在外封裝管9內(nèi)薄壁軟管粘貼封裝管，使薄壁軟管與封裝管的平行隔離。依靠薄壁軟管與封裝管間牢固的粘貼，使傳感器線圈單元6與血管內(nèi)成像探頭單元8成為一整體，同步前進與后退，并具有相同的翹曲、左右和上下運動。外封裝管9由兩段組成，近頭端的為柔軟段，具有抗折性，并有親水涂層，適于血管腔內(nèi)操作，近尾端一段為剛性段較短，剛性較大，沒有親水涂層，充分保護其內(nèi)部的絕緣導線。外封裝管柔軟段和剛性段融合處5將外封裝管9柔軟段和剛性段融合，外封裝管9兩段內(nèi)部均有親水涂層，便于傳感器線圈11、血管內(nèi)成像導管、絕緣導線在其腔內(nèi)前后運動，血管內(nèi)成像導管尾端穿過復合導管接口單元1后連接血管內(nèi)成像設(shè)備。步進電機單元用于帶動傳感器線圈11、絕緣導線與血管內(nèi)成像導管的整體回撤、復位，步進電機單元包括步進電機、軌道滑槽、卡口支架，外封裝管9尾端處有一環(huán)形膨出4，卡口支架前端中部為一凹槽，用于容納環(huán)形膨出4，使外封裝管9固定，由于步進電機與復合導管接口單元1相連，故而可拉動傳感器線圈單元6、血管內(nèi)成像探頭單元8，依靠二者間的偶聯(lián)使二者在外封裝管9內(nèi)運動。傳感器線圈11頂端與血管內(nèi)成像探頭12的縱向距離為0.1mm，傳感器線圈11的直徑為0.2mm，傳感器線圈11的長度為10mm；絕緣導線的外徑為0.08mm。作為血管內(nèi)應(yīng)用的器械，直徑越小越好，這取決于傳感器線圈11和血管內(nèi)成像導管的直徑。傳感器線圈11過長會影響線圈的柔韌性、封裝的可操作性、增加成本，過短會影響定位精度，傳感器線圈11的長度為5-15mm在保證線圈的柔韌性、可操作性基礎(chǔ)上保證了定位精度，取值為10mm時各項指標最優(yōu)，是在保證測試定位精度最優(yōu)的前提下保留的最小尺寸。傳感器線圈11頂端與血管內(nèi)成像探頭12的縱向距離的選擇是校正所成圖像的坐標必須的參數(shù)，該距離如果是零，即傳感器線圈11與血管內(nèi)成像探頭12在一個平面上，會干擾成像，造成圖像的部分缺失；如果該距離過大，則難以保證傳感器線圈11所處位置與血管內(nèi)成像探頭12所處位置的一致性，無法通過傳感器線圈11提供的信息校正血管內(nèi)成像探頭12所成圖像的坐標。經(jīng)仿真測算，選取0.1mm時，效果最優(yōu)。血管內(nèi)成像探頭單元8為聲學、光學、光聲學模態(tài)以及該三種模態(tài)組合的多模態(tài)血管內(nèi)成像導管。例如血管內(nèi)超聲、光學干涉斷層顯像、光聲成像、近紅外成像等。如圖4所示，電磁定位追蹤模塊包括型號為aurorafieldgenerator的磁場發(fā)射接收單元16、型號為aurorasensorinterfaceunit的傳感器接口單元17、系統(tǒng)控制單元15和型號為aurorasystemcontrolunit的數(shù)據(jù)輸入單元，磁場發(fā)射接收單元16、傳感器接口單元17、數(shù)據(jù)輸入單元分別連接系統(tǒng)控制單元15；絕緣導線另一端穿出傳感器絕緣導線穿出口2連接傳感器接口單元17；當傳感器線圈單元6進入磁場發(fā)射接收單元16發(fā)射的磁場范圍時，實時接收傳感器線圈單元6輸出的對應(yīng)其在空間坐標系下的5個自由度的位置信息，并傳輸至數(shù)據(jù)輸入單元；實時接收血管內(nèi)成像探頭單元8獲取的圖像，并傳輸至數(shù)據(jù)輸入單元。磁場發(fā)射接收單元16的磁場空間為邊長為50cm的正方體，位置精度不低于0.25mm，每秒生成40個位置數(shù)據(jù)。定位信息處理與復合圖像呈遞模塊14包括定位信息處理單元、呈遞單元，定位信息處理單元接收傳感器線圈單元6輸出的對應(yīng)其在空間坐標系下的5個自由度的位置信息，呈遞單元接收血管內(nèi)成像探頭單元8獲取的圖像，進行斑塊和感興趣分割，與血管三維曲線融合，顯示虛擬內(nèi)窺環(huán)境。實施例3實施例2所述基于電磁定位復合導管的血管內(nèi)虛擬內(nèi)窺鏡成像系統(tǒng)的工作方法，如圖2所示，本實施例以兔腹主動脈檢查為例進行描述，包括：(1)成功穿刺股動脈，置入鞘管，通過指引導絲穿出口7逆行放入指引導絲10到達胸、腹主動脈交界處，經(jīng)外封裝管空腔接口3沖洗血管內(nèi)成像探頭單元8，本實施例的血管內(nèi)成像探頭單元8為血管內(nèi)超聲導管，沿指引導絲10，根據(jù)復合導管頭端的不透x線標記物13在x線下的位置，將復合血管內(nèi)成像導管送達腹主動脈，將環(huán)形膨出4固定于步進電機單元卡口支架，將復合導管接口單元1分別與傳感器接口單元17和血管內(nèi)成像設(shè)備連接，啟動磁場發(fā)射接收單元16與系統(tǒng)控制單元15，同時啟動步進電機單元；(2)連續(xù)回撤成像并實時采集數(shù)據(jù)：由步進電機單元帶動傳感器線圈單元6、血管內(nèi)成像探頭單元8按照預設(shè)的速度連續(xù)或定點回撤，與此同時，復合血管內(nèi)成像導管模塊實時獲取血管內(nèi)圖像，如圖7所示，電磁定位追蹤模塊實時采集所述復合血管內(nèi)成像導管模塊在血管內(nèi)的空間的定位信息，并將實時采集的數(shù)據(jù)傳輸至所述定位信息處理與復合圖像呈遞模塊14；定位信息包括表征所述血管內(nèi)成像探頭單元8的三維空間絕對坐標a＝(x,y,z)、成像面的旋轉(zhuǎn)四元數(shù)q＝(w,a,b,c)；如表1所示：表1xyzwabc205.523204.469178.4240.680-0.022-0.7330.000205.519203.606177.7970.681-0.021-0.7320.000205.539202.769177.2140.682-0.020-0.7310.000205.575201.957176.6720.680-0.021-0.7330.000205.620201.170176.1720.680-0.020-0.7330.000205.666200.404175.7100.680-0.020-0.7330.000205.705199.660175.2870.681-0.020-0.7320.000205.730198.937174.9010.679-0.023-0.7330.000205.734198.231174.5500.678-0.022-0.7340.000205.708197.544174.2330.679-0.021-0.7330.000205.646196.872173.9500.679-0.022-0.7340.000205.543196.215173.6970.679-0.024-0.7340.000205.413195.570173.4630.679-0.025-0.7340.000205.274194.933173.2380.680-0.025-0.7330.000205.142194.302173.0090.679-0.025-0.7340.000205.036193.675172.7640.679-0.025-0.7330.000204.965193.046172.4950.679-0.026-0.7330.000204.915192.408172.2120.682-0.025-0.7310.000204.862191.755171.9260.681-0.026-0.7320.000204.784191.079171.6500.681-0.026-0.7320.000(3)定位信息與血管內(nèi)圖像預處理：所述定位信息處理與復合圖像呈遞模塊14對步驟(2)接收的定位信息依次進行降噪處理、偏移校正，獲得所述血管內(nèi)成像探頭單元8的三維空間絕對坐標an、所述成像面旋轉(zhuǎn)四元數(shù)qn，n為整數(shù)，0＜n≤n，n為成像面的總數(shù)；人機交互對血管內(nèi)圖像(圖7)依次進行血管邊界分割、斑塊邊界分割和感興趣區(qū)的劃分，如圖8所示，獲得所述血管內(nèi)成像探頭12相對于所在圖像的局部像素坐標an′，所標記感興趣點局部像素坐標b′nm，m為整數(shù)，0＜m≤mn，mn為第n個成像面上所標記的感興趣點總數(shù)；讀取所述血管內(nèi)圖像單位像素距離轉(zhuǎn)化系數(shù)k＝0.0175mm；；(4)真實血管空間形態(tài)三維重建：根據(jù)經(jīng)過步驟(3)處理得到的所述血管內(nèi)成像探頭單元8的空間定位信息，生成成像面的血管內(nèi)成像探頭12的三維空間軌跡，如圖6所示，利用步驟(3)讀取的所述血管內(nèi)圖像單位像素距離轉(zhuǎn)化系數(shù)k和所述血管內(nèi)成像探頭12相對于所在圖像的局部像素坐標an′，將各感興趣點的局部像素坐標轉(zhuǎn)化為相對于所述血管內(nèi)成像探頭12局部空間坐標k(b′nm-an′)；分別計算成像面旋轉(zhuǎn)矩陣mn；經(jīng)旋轉(zhuǎn)變換和平移變換，將步驟b所述的相對于成像探頭的局部坐標k(b′nm-an′)轉(zhuǎn)化為空間絕對坐標bnm，轉(zhuǎn)化公式為bnm＝an+kmn(b′nm-an′)；利用所述定位信息處理與復合圖像呈遞模塊14，將步驟c獲取的各感興趣點空間絕對坐標bnm融合，如圖9所示，經(jīng)插值處理后獲得真實血管空間形態(tài)和感興趣區(qū)域的真實空間構(gòu)型，如圖10所示；(5)基于真實空間形態(tài)呈遞虛擬內(nèi)窺環(huán)境：利用虛擬內(nèi)窺環(huán)境，采用自動導航和交互式導航兩種方式呈遞觀察分割的血管邊界、斑塊及感興趣區(qū)，如圖11所示，根據(jù)用戶要求進行參數(shù)測量和計算，例如圖10中距離ab(斑塊長度)、ab段體積(斑塊體積)。本實施例中，利用所述發(fā)明通過對超聲探頭實行標定，同時將超聲掃描的實時圖像通過與電磁定位信息獲得的血管三維軌跡融合，真正實現(xiàn)了血管空間形態(tài)結(jié)構(gòu)的準確重建和血管參數(shù)的準確測量，為臨床提供了更詳實的病變信息和診斷依據(jù)。當前第1頁12