[發明專利]一種基于棱鏡的具有測量功能的醫用內窺鏡系統及方法

有效

• 申請號: 201310021408.2
• 申請日: 2013-01-21
• 公開（公告）號: CN103142202A
• 公開（公告）日: 2013-06-12
• 發明（設計）人: 趙越;崔笑宇;魏永濤
• 申請（專利權）人: 東北大學
• 主分類號: A61B1/05
• 分類號: A61B1/05
• 代理公司: 沈陽東大專利代理有限公司 21109
• 代理人: 梁焱

1.一種基于棱鏡的具有測量功能的醫用內窺鏡系統，包括內窺鏡裝置和計算機，其中，內窺鏡裝置包括內窺鏡鏡身、手持部位、微型攝像頭、直流穩壓電源、冷光源、圖像采集卡、導光光纖和標定板，其特征在于：所述的內窺鏡裝置還包括棱鏡和棱鏡固定裝置，所述的棱鏡固定裝置設置在內窺鏡鏡身內部前端，該裝置開有一個長方形孔，且該長方形孔的軸線與內窺鏡軸線重合，該長方形孔尾端設有卡槽，所述棱鏡置于該長方形孔內且由該卡槽固定。

2.根據權利要求1所述的基于棱鏡的具有測量功能的醫用內窺鏡系統，其特征在于：在所述的長方形孔的對邊兩側還分別開有圓柱孔，導光光纖穿過該圓柱孔到達內窺鏡前端。

3.根據權利要求1所述的基于棱鏡的具有測量功能的醫用內窺鏡系統，其特征在于：位于內窺鏡鏡身前端的棱鏡與位于內窺鏡鏡身內部的微型攝像頭之間的距離應滿足：

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式中，t_b為從相機的圖像傳感器到棱鏡的后平面所允許的最大距離，d_p為棱鏡的寬度，f_c為微型攝像頭的焦距，d_c為微型攝像頭的圖像傳感器的長度。

4.根據權利要求1所述的基于棱鏡的具有測量功能的醫用內窺鏡系統，其特征在于：所述的棱鏡為三棱鏡。

5.采用如權利要求1所述基于棱鏡的具有測量功能的醫用內窺鏡系統，對圖像進行測量的方法，包括以下步驟：

步驟1：采集標定板圖像，確定微型攝像頭的內外參數及棱鏡的外參數，具體過程如下：

步驟1.1：首先在微型攝像頭位置固定不變的情況下，拍攝標定板在不同位置及不同角度的圖像；

步驟1.2：一幀一幀讀取步驟1.1所拍攝的圖像，并將圖像轉換成適合標定的圖像格式；

步驟1.3：利用攝像機標定方法對步驟1.2截取的圖像進行標定，確定微型攝像頭的內外參數矩陣；所述的微型攝像頭的內參數矩陣用于表示微型攝像頭的焦距和光學中心的位置，外部參數矩陣用于表示世界坐標系與攝像機坐標系之間的關系；

步驟1.4：在標定板與微型攝像頭之間放置好棱鏡，保證在微型攝像頭位置不變的情況下，利用步驟1.1的方法再次采集標定板圖像，采集完圖像后，根據光的折射原理和空間幾何關系確定物點和像點位置關系，結合棱鏡的內參數，求解計算棱鏡的外參數；其中，棱鏡的內參數是指棱鏡的形狀和制作棱鏡的材質對空氣的折射率，該值在選定棱鏡時已經給出；棱鏡的外參數是指棱鏡在攝像機坐標系中的位置、棱鏡垂直方向上三個側平面的法向量以及每個側平面上任意一個點在攝像機坐標系下的三維坐標；?

步驟2：將標定板撤掉，將內窺鏡送入人體天然管腔，采集人體內部器官和組織的圖像，并對采集到的圖像進行立體匹配和三維重建操作，在一幅圖像中同時獲取多個視角情況下的二維平面圖像，并能得到圖像上任意一點在攝像機坐標系下的空間三維坐標；

步驟2.1：將內窺鏡送入人體天然管腔，利用步驟1.1的方法，采集人體內部器官和組織的圖像；

步驟2.2：根據步驟1.3計算出的棱鏡位置，利用步驟2.1得到圖像平面坐標系下的二維坐標，計算與實際點的誤差；根據重投影確定對應點的極線，進行圖像匹配操作；

步驟2.3：利用步驟2.1匹配的結果，按現有的光線追跡方法和光路可逆原理進行三維重建操作；?

步驟3：根據步驟2.3三維重建出的結果，利用病變體位置的三維坐標，對病變體實際的長度或大小進行測量。