[發明專利]一種利用監測CCD實時測定激光探頭與被照射面間距離和角度的方法

有效

• 申請號: 201710413440.3
• 申請日: 2017-06-05
• 公開（公告）號: CN107270818B
• 公開（公告）日: 2019-04-09
• 發明（設計）人: 王毅慶;王子陽;盧乾;張旭東;倪軻娜;蔡惠明
• 申請（專利權）人: 南京大學;南京諾源醫療器械有限公司
• 主分類號: G01B11/02
• 分類號: G01B11/02;G01B11/26
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 常虹

本發明公開了一種利用監測CCD實時測定激光探頭與被照射面間距離和角度的方法，包括A獲取硬件固定參數和B實時測定激光探頭與被照射面間距離和角度兩個步驟；其中步驟A包括：確定CCD獲取的圖像中每個像素邊長對應的實物邊長δ與鏡頭到被照射平面間距離l的關系；獲取激光出光口光束半徑r₀和激光光源發散角θ，獲取CCD圖像中光斑邊界與光斑中心亮度比η與光斑中心亮度的關系；步驟B包括：獲取光斑所在區域的CCD圖像，確定光斑區域R；獲取R的點陣圖像，計算光斑橢圓點陣的短半軸和長半軸；計算激光與被照射平面法線所夾銳角；計算激光探頭中心與被照射平面間距離。該方法可以實時測定距離和角度參數，給熒光導航手術中信號可靠性判斷提供依據。

技術領域

本發明屬于軟件算法設計用于醫療器械的技術領域范疇，特別涉及影像引導手術導航中測定激光探頭與受照組織面間短距離內距離和角度變化的方法。

背景技術

目前精準醫療成為醫學界的新熱點，而以熒光導航手術(Fluorescence guidedsurgery)技術為特點的醫療設備正呈現初步階段的爆發式增長，從1995年小于50臺/年，到2005年100臺/年，再到2015年將近500臺/年，而且研發生產廠家也從NovadaqTechnologies僅一家發展至Hamamatsu Photonics、Fluoptics、Quest Medical Imaging、VisionSense等百花齊放。熒光導航手術技術主要利用一種名為吲哚菁綠(IndocyanineGreen,ICG)的近紅外熒光染料，其在人體內受到805nm左右激發光激發后產生825nm左右的熒光，通過帶濾光鏡的近紅外相機對其熒光圖像進行實時拍攝，再通過軟件將其處理成偽彩的形式與可見光圖像融合，從而實現熒光導航手術技術。

國內熒光導航手術設備正處于研發中，一種由聶書明等人發明的帶有手持筆式激光探頭的設備以其對于ICG濃度檢測的超高靈敏度而受到全世界該領域的廣泛關注。可正是因為該手持式激光探頭的超高靈敏度，一些問題也伴隨而來，其中一點就是熒光光譜或近紅外CCD(Charge Coupled Device，電荷耦合器件)信號會因為探頭距離遠近和激光入射角度的變化而發生明顯變化，影響其判斷依據的科學性和準確性。因為該手持式激光探頭工作距離只有2-10厘米，傳統的脈沖激光測距儀的精度取決于時間測量的精度，電子器件固有的對信號響應的延遲制約著時間測量的精度下限，因而其對于短距離激光測距只能在30-200厘米內結果可信。激光測距的最新技術多頻干涉法(Multiple Self-MixingInterferometry，MSMI)可在2.2-23cm范圍內測量誤差不大于0.27cm，但此方法利用的是反射光干涉會引起激光器內腔中激光波長的漂移，只適用于理想的環境，對于熒光影像導航這樣本身就可能產生其他波長光的環境，很可能效果不如預期。

發明內容

發明目的：針對現有技術中存在的問題，本發明公開了一種利用監測CCD實時測定激光探頭與被照射面間距離和角度的方法，該方法利用激光光斑成像的大小和形狀信息，結合預先測得的探頭激光光源本身的發散角和出光口光束半徑等硬件參數，計算出激光探頭與被照射面間的距離和角度，實現實時提供距離和角度參數的作用，給熒光導航手術中信號可靠性判斷提供依據。

技術方案：本發明采用如下技術方案：

一種利用監測CCD實時測定激光探頭與被照射面間距離和角度的方法，包括如下步驟：

步驟A、獲取硬件固定參數：

(A1)確定激光檢測CCD獲取的圖像中每個像素邊長對應的實物邊長δ與鏡頭到被照射平面間距離l的關系δ＝f(l)；

(A2)獲取激光出光口光束半徑r₀和激光光源發散角θ，獲取CCD圖像中光斑邊界與光斑中心亮度比η；

步驟B、實時測定激光探頭與被照射面間距離和角度：

(B1)獲取光斑所在區域的CCD圖像，確定光斑區域R；