第十九届“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛
2025
省赛
人工智能专项赛
特等奖
未转化
否
本作品针对现有传感方法对介入导丝末端力测量不够精确和现有多芯光纤传感算法由于累积误差效应导致曲率和方向角计算不准确，在形状重构方面误差较大，难以满足手术需求问题，研究光纤传感心血管介入手术导丝的力与形状精确测量方法，为心血管介入手术导丝的精确监测提供新方法。通过分析探针应力之间的关系，设计可植入光纤传感器的手术探针结构，建立基于FBG的探针三维力传感模型，可精确测量介入导丝末端力的测量。同时，分析了基于光纤传感的介入导管三维形状重构误差来源。先设计了植入FBG传感器导管传感结构。再根据FBG传感原理，建立了多芯光纤形状传感模型。此外，对光纤形状重构误差进行分析，研究了导管形状重建过程中的主要误差来源。 针对所存在的影响形状重构精度的问题，本作品提出一种基于U-Net网络和对极几何的介入手术导管空间形状重建方法。采用双平面相机系统模拟采集荧光透视图像信息。将左右相机各自捕捉到的荧光透视图像输入到一个预先训练好的语义分割模型中。该模型采用U-Net网络架构，通过其特征提取与融合能力，能够精准地分割出图像中的导管轮廓。然后，采用骨架化算法提取出导管的中心线。此外，为解决立体视觉匹配问题，提出基于对极几何极线与导管中心线相交的求解方法，通过求解导管的三维空间点并进行拟合，实现静态的介入导管形状三维重建。进一步，提出一种融合双平面透视图像的多芯光纤介入导管形状重构方法。该方法通过融合荧光透视图像信息与光纤的波长漂移信息，在首次重构或当达到固定时间间隔时，采集双平面透视图像重构导管形状并完成逆求解，获取曲率与方向角等关键参数，结合光纤形状重建算法，对光纤形状重构过程中的曲率和方向角进行修正。并通过Frenet标架将修正后的参数映射到三维空间，重建出高精度的导管三维形状，实现了双平面透视图像信息与多芯光纤传感信息的融合。最终，搭建介入手术导管形状重构实验系统，验证本作品建立基于FBG的探针三维力传感模型对介入导丝末端力的测量，误差不足1%。同时，验证了提出的融合算法重建导管三维形状的有效性。在融合算法重建导管形状实验中，重建形状的最大距离误差不超过1.55 mm，均方误差不超过0.98 mm，显示了较好的导管形状拟合程度和较小的整体偏差。
暂无
暂未公开
暂未公开
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