[發明專利]一種基于單目視覺的手術工具位姿實時檢測方法及系統

有效

• 申請號: 201310087454.2
• 申請日: 2013-03-19
• 公開（公告）號: CN103142313A
• 公開（公告）日: 2013-06-12
• 發明（設計）人: 張巍
• 申請（專利權）人: 張巍
• 主分類號: A61B19/00
• 分類號: A61B19/00
• 代理公司: 深圳市君勝知識產權代理事務所 44268
• 代理人: 劉文求;楊宏

1.一種基于單目視覺的手術工具位姿實時檢測系統，使用光學定位原理進行手術工具的位姿實時檢測，其特征在于，所述單目視覺手術工具位姿實時檢測系統包括：

基準標志單元，用于確定一基于患者身體的基準坐標系；

圖像采集及人機交互單元，用于進行圖像采集，獲取手術工具相對基準坐標系的旋轉姿態和平移位置；

所述基準標志單元與患者身體剛性連接，所述圖像采集及人機交互單元剛性固著于手術工具上。

2.根據權利要求1所述基于單目視覺的手術工具位姿實時檢測系統，其特征在于，所述基準標志單元的個數為一個或多個，所述基準標志單元由至少兩個互不平行的平面構成，兩個平面共一條邊，每個平面印刷有特征點圖形。

3.根據權利要求1所述基于單目視覺的手術工具位姿實時檢測系統，其特征在于，所述圖像采集及人機交互單元進一步包括：嵌入式處理系統、顯示面板和圖像采集單元；所述嵌入式處理系統連接顯示面板和圖像采集單元。

4.根據權利要求3所述基于單目視覺的手術工具位姿實時檢測系統，其特征在于，所述顯示面板為帶觸摸屏的液晶顯示屏；所述圖像采集單元為CMOS圖像采集單元；所述嵌入式處理系統進一步包括一圖像應用處理器，?RAM芯片，用于存放程序固件的FLASH和一WIFI網絡接口卡。

5.一種基于單目視覺的手術工具位姿實時檢測方法，使用光學定位原理進行手術工具的位姿實時檢測，其特征在于，所述單目視覺手術工具位姿實時檢測方法包括以下步驟：

S1、將基準標志單元與患者身體的待手術處剛性連接，并將圖像采集及人機交互單元固著到手術工具上；

S2、圖像采集及人機交互單元采集帶有標準標識單元的患者身體的待手術處的圖像信息，獲取手術工具相對基準坐標系的旋轉姿態和平移位置；

S3、圖像采集及人機交互單元引導手術工具到達目標手術位姿，并進行手術導航，指引手術工具逐一進行手術實施，完成手術的全部操作。

6.根據權利要求5所述基于單目視覺的手術工具位姿實時檢測方法，其特征在于，所述步驟S2中圖像采集及人機交互單元在獲取手術工具相對基準坐標系的旋轉姿態和平移位置時，包括：

使用數字圖像傳感器檢測基準標志單元的特征點位置，利用投影關系解算出數字圖像傳感器相對于基準標志單元的位姿。

7.根據權利要求5所述基于單目視覺的手術工具位姿實時檢測方法，其特征在于，所述步驟S3中進一步包括：

圖像采集及人機交互單元會與患者身體的手術目標的規劃位置比對；

?如果比對結果差異小于預設的誤差下限，那么會提示進入手術導航；如果比對結果差異大于等于預設的誤差下限，但是小于錯誤誤差上限，則提示是否進行手術規劃位置修正，如果確認修正，那么在圖像上標志出修正后的結果，并進入手術導航；如果拒絕修正，那么進入錯誤狀態，停止本次導航；如果比對結果差異大于錯誤誤差上限，那么圖像采集及人機交互單元停止本次導航。

8.根據權利要求5所述基于單目視覺的手術工具位姿實時檢測方法，其特征在于，當需要多個手術工具協同工作時，其包括以下步驟：

基于同一個基準標準單元，各個手術工具附屬的圖像采集及人機交互單元分別計算自己相對于基準標準單元的位姿，并將自己的位姿數據發送到需要協同的手術工具，計算二者的相互位姿。