[發(fā)明專(zhuān)利]一種基于雙目視覺(jué)的超聲手術(shù)輔助導(dǎo)航系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710190310.8
• 申請(qǐng)日: 2017-03-28
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN106952347B
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-12-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 蔡超;梁華庚;李文成;謝健
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 華中科技大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G06T19/00
• 分類(lèi)號(hào): G06T19/00;G06T7/13;G06T7/155;G06T7/168;G06T7/33;G06T7/73;G06K7/14
• 代理公司: 42201 華中科技大學(xué)專(zhuān)利中心
• 代理人: 李智;曹葆青

1.一種基于雙目視覺(jué)的超聲手術(shù)輔助導(dǎo)航系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括：

雙目視覺(jué)定位裝置，固定在超聲探頭上，包括兩個(gè)攝像機(jī)，用于實(shí)時(shí)采集手術(shù)器械的圖像，并傳輸?shù)綀D像工作站；

標(biāo)志物，標(biāo)志物為一個(gè)或多個(gè)不同的條形碼，用于環(huán)繞粘貼或打印在手術(shù)器械上；

超聲診斷儀，包括超聲探頭和超聲診斷儀，用于實(shí)時(shí)對(duì)人體組織進(jìn)行超聲成像，并將病灶超聲成像傳輸至圖像工作站；

圖像工作站，用于根據(jù)手術(shù)器械圖像上手術(shù)器械和標(biāo)志物的成像位置關(guān)系確定匹配點(diǎn)，利用匹配點(diǎn)的視差和攝像機(jī)參數(shù)計(jì)算手術(shù)器械各點(diǎn)的三維坐標(biāo)并進(jìn)行三維重建，并運(yùn)用圖像融合技術(shù)將手術(shù)器械和病灶在同一坐標(biāo)系下顯示；

所述圖像工作站包括：

手術(shù)器械三維重建模塊，用于對(duì)手術(shù)器械圖像進(jìn)行圖像處理，獲取一對(duì)手術(shù)器械圖像中相同位置點(diǎn)作為匹配點(diǎn)，利用匹配點(diǎn)的視差和攝像機(jī)參數(shù)計(jì)算手術(shù)器械各點(diǎn)的三維坐標(biāo)并進(jìn)行三維重建；

所述手術(shù)器械三維重建模塊包括：

圖像預(yù)處理單元，用于采用高斯模糊算法減少原圖像噪聲；

條形碼粗定位單元，用于對(duì)降噪后圖像進(jìn)行邊緣檢測(cè)，對(duì)邊緣圖進(jìn)行局部最大值下采樣操作，對(duì)下采樣后的圖像進(jìn)行形態(tài)學(xué)閉操作，之后再次進(jìn)行邊緣檢測(cè)，得到手術(shù)器械的大致輪廓圖；再通過(guò)直線檢測(cè)得到手術(shù)器械的兩條邊界和條形碼的大概位置；

特征點(diǎn)確定單元，用于將手術(shù)器械的兩條邊界向外擴(kuò)展至設(shè)定范圍，只保留兩條邊界之間的邊緣圖像信息，對(duì)邊緣圖像做形態(tài)學(xué)閉運(yùn)算，再進(jìn)行邊緣檢測(cè)，得到手術(shù)器械的精確輪廓，通過(guò)直線檢測(cè)得到手術(shù)器械的兩條邊界，由兩條邊界確定手術(shù)器械的中軸線，定義中軸線與圖像中完整的條形碼兩端的交點(diǎn)即為特征點(diǎn)；

條形碼識(shí)別單元，用于根據(jù)條形碼編碼規(guī)則，對(duì)手術(shù)器械圖像上的條形碼進(jìn)行識(shí)別區(qū)分；

特征點(diǎn)匹配單元，用于將兩臺(tái)攝像機(jī)同一時(shí)刻采集到的手術(shù)器械圖像上的同一條形碼上的同一特征點(diǎn)定義為一對(duì)匹配點(diǎn)；

手術(shù)器械三維重建單元，用于通過(guò)雙目視覺(jué)三維重建算法，利用匹配點(diǎn)視差和攝像機(jī)參數(shù)得到匹配點(diǎn)的三維坐標(biāo)，由匹配點(diǎn)的三維坐標(biāo)和匹配點(diǎn)所在二維碼在手術(shù)器械上的位置得到手術(shù)器械各點(diǎn)在雙攝像機(jī)三維坐標(biāo)系下的三維坐標(biāo)，并進(jìn)行手術(shù)器械三維重建。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于雙目視覺(jué)的超聲手術(shù)輔助導(dǎo)航系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括坐標(biāo)系標(biāo)定裝置，坐標(biāo)系標(biāo)定裝置的主體是一個(gè)長(zhǎng)方形容器，一側(cè)固定有棋盤(pán)格標(biāo)定板，內(nèi)部固定有多根尼龍線，容器上方固定有一個(gè)超聲探頭放置架，其中：

超聲探頭放置架，用于將超聲探頭固定在長(zhǎng)方形容器內(nèi)；

尼龍線，用于超聲探頭對(duì)純凈水中橫向放置的尼龍線進(jìn)行超聲成像；

長(zhǎng)方形容器，用于注滿純凈水淹沒(méi)尼龍線；

棋盤(pán)格標(biāo)定板，用于攝像頭對(duì)棋盤(pán)格標(biāo)定板進(jìn)行圖像采集。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于雙目視覺(jué)的超聲手術(shù)輔助導(dǎo)航系統(tǒng)，其特征在于，所述雙目視覺(jué)定位裝置還用于，在進(jìn)行坐標(biāo)系定位時(shí)，攝像頭對(duì)棋盤(pán)格標(biāo)定板進(jìn)行圖像采集，并將采集的攝像標(biāo)定圖像傳輸至圖像工作站。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于雙目視覺(jué)的超聲手術(shù)輔助導(dǎo)航系統(tǒng)，其特征在于，所述超聲診斷儀還用于，在進(jìn)行坐標(biāo)系定位時(shí)，超聲探頭對(duì)純凈水中橫向放置的尼龍線進(jìn)行超聲成像，并將超聲標(biāo)定成像傳輸至圖像工作站。

5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種基于雙目視覺(jué)的超聲手術(shù)輔助導(dǎo)航系統(tǒng)，其特征在于，所述圖像工作站還包括：

坐標(biāo)變換關(guān)系獲取模塊，用于根據(jù)攝像標(biāo)定圖像和超聲標(biāo)定成像進(jìn)行三維重建，得到攝像標(biāo)定圖像和超聲標(biāo)定成像的標(biāo)志點(diǎn)在各自坐標(biāo)系下的坐標(biāo)值，利用標(biāo)志點(diǎn)坐標(biāo)和標(biāo)志點(diǎn)在世界坐標(biāo)系下的坐標(biāo)值計(jì)算雙攝像機(jī)三維坐標(biāo)系和超聲三維坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系；

三維圖像融合模塊，用于利用雙攝像機(jī)三維坐標(biāo)系和超聲探頭三維坐標(biāo)系的變換關(guān)系把手術(shù)器械圖像和病灶超聲成像統(tǒng)一在同一三維坐標(biāo)系中顯示。