[發明專利]一種基于雙目視覺的超聲手術輔助導航系統

有效

• 申請號: 201710190310.8
• 申請日: 2017-03-28
• 公開（公告）號: CN106952347B
• 公開（公告）日: 2019-12-17
• 發明（設計）人: 蔡超;梁華庚;李文成;謝健
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: G06T19/00
• 分類號: G06T19/00;G06T7/13;G06T7/155;G06T7/168;G06T7/33;G06T7/73;G06K7/14
• 代理公司: 42201 華中科技大學專利中心
• 代理人: 李智;曹葆青

本發明公開了一種基于雙目視覺的超聲手術輔助導航系統，屬于視覺定位技術領域。本發明基于雙目視覺定位技術，利用坐標系標定裝置將雙目視覺定位裝置和超聲探頭固定在一起，同時對世界坐標系下的點進行成像，并推算成像在各自坐標系下的坐標，之后計算各自坐標系的轉換關系，由轉換關系將手術器械和病灶融合在同一個三維坐標系中并在圖像工作站中顯示出來，本發明技術方案克服了傳統穿刺介入手術引導不能實時連續和操作不夠靈活方便的問題，采用基于機器視覺的定位裝置以及圖像處理算法來進行手術輔助引導，整個系統具有速度快、精度高、占用空間小等優點。

技術領域

本發明屬于機器視覺領域，更具體地，涉及一種基于雙目視覺的超聲手術輔助導航系統。

背景技術

超聲引導下的介入穿刺手術在多種疾病治療的臨床手術中都有非常重要的應用，能夠有效的提高手術精度，縮短手術時間，減少手術創口以及并發癥的發生?，F今主流的穿刺手術方法都是依靠超聲圖像引導，但這種方法也存在許多局限性，首先此方法只適用于手術器械能夠在超聲下進行成像的情況，還有許多傳統手術器械是無法在超聲下成像的；其次超聲成像的區域是有限的，并且是一個二維平面，因此只有當手術器械沿著超聲成像平面進入超聲成像區域之后才能在超聲圖像中觀察到手術器械，醫生在實際手術中往往都是配合一種特殊的穿刺架來進行操作，極大的降低了手術的靈活性和易操作性。

經皮腎鏡取石術(percutaneous nephrolithotomy，PNL)是治療腎結石的主要技術之一，該手術采用穿刺針由皮膚穿刺入腎集合系統實現經皮腎穿刺造瘺后，還要通過筋膜擴張建立皮-腎手術通道，經由手術通道取除結石。而PNL手術的主要并發癥正是在筋膜擴張建立手術通道過程引起的。目前，筋膜擴張建立手術通道的過程尚無有效的影像學技術導引方法。

射頻消融手術一般采用局部麻醉，CT掃描定位，按測定的距離和角度在彩色B超的引導下對腫瘤進行(經皮)穿刺，將電極針刺入腫瘤中心后展開電極，開始進行射頻消融。這種手術的最大風險是因不能實時看到電極針和腫瘤的三維位置關系而引起的毗鄰臟器損傷。

隨著醫療器械技術的發展，基于機器視覺的光學定位方法成為目前使用最廣泛、精度最高、最可靠的一種定位方法，光學定位方法又根據被觀察目標是否有源，發展出被動和主動兩種方式。被動光學定位系統使用反射標記物作標志點安裝在手術器械上，標志點反射光線并成像到傳感器。在手術中準確定位安裝在手術器械上的標志點，就可以準確的計算出手術器械的位置和方向。主動光學定位系統通常是將一組發光二極管作為標志點安裝在手術器械上，當系統工作時，手術器械上的發光二極管按照特定的順序發射紅外光，雙目攝像機通過對手術器械的拍攝，根據二極管的發光順序和在圖像中的成像位置可以確定發光二極管的空間位置。無論是主動還是被動的光學定位系統，現有系統使用中的困難在于雙目相機往往被放置于天花板等較高的位置，手術過程中經常發生標識點被遮擋的情況。雖然其它非接觸定位方式，如超聲定位，電磁定位也在不斷發展，得到了一定的應用，但是基于機器視覺的光學定位技術因其精度高、設計靈活、價格低廉等原因，使其成為手術引導的發展趨勢和研究熱點。

發明內容

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供了一種基于雙目視覺的超聲手術輔助導航系統，其目的在于基于雙目視覺定位技術，利用坐標系標定裝置將雙目視覺定位裝置和超聲探頭固定在一起，同時對世界坐標系下的點進行成像，并推算成像在各自坐標系下的坐標，之后計算各自坐標系的轉換關系，由轉換關系將手術器械和病灶融合在同一個三維坐標系中并在圖像工作站中顯示出來，本發明技術方案克服了傳統穿刺介入手術引導不能實時連續和操作不夠靈活方便的問題。

為實現上述目的，本發明提供了一種基于雙目視覺的超聲手術輔助導航系統，該系統包括：

雙目視覺定位裝置，固定在超聲探頭上，包括兩個攝像機，用于實時采集手術器械的圖像，并傳輸到圖像工作站；

標志物，標志物為一個或多個不同的條形碼，用于環繞粘貼或打印在手術器械上；