[發明專利]基于圖像特征識別跟蹤技術的智能自動移動腹腔鏡和精準調節系統

在審

• 申請號: 201811156872.1
• 申請日: 2018-09-30
• 公開（公告）號: CN109171957A
• 公開（公告）日: 2019-01-11
• 發明（設計）人: 李國新;余江;陳新華;陳韜
• 申請（專利權）人: 南方醫科大學南方醫院
• 主分類號: A61B34/10
• 分類號: A61B34/10;A61B34/20
• 代理公司: 廣州三環專利商標代理有限公司 44202
• 代理人: 劉宇峰

本發明涉及一種基于圖像特征識別的腹腔鏡智能跟蹤和精準調節方法。本發明所述方法包括：建立胃癌手術路徑場景圖像識別系統；設置所需的鏡頭移動參數；腹腔鏡視野成像捕獲后，啟動胃癌手術路徑場景圖像識別系統，進行超聲刀頭和手術路徑場景特異性識別；當識別超聲刀頭后，啟動TLD算法；當識別手術路徑場景后，啟動相應鏡頭移動參數，參考TLD算法建立結合該參數的編程算法，在數據處理模塊中輸出鏡頭需要移動的數據；數據處理模塊將產生的動態數據通過編程后的運動指令程序向移動調節模塊同步輸出運動指令；移動調節模塊在接收到運動指令后，實現自動化智能化地調節腹腔鏡鏡頭。該方法實現無需扶鏡手而獲得更加智能、穩定、精準的理想術野。

技術領域

本發明屬于計算機圖像處理和識別以及腹腔鏡微創外科等領域，涉及一種基于圖像特征識別的腹腔鏡智能跟蹤和精準調節方法。

背景技術

胃癌發病率和死亡率均仍位居全球前列，嚴重危害人類健康。目前手術治療是胃癌治療的基石和唯一可能治愈的方法。近20年來，腹腔鏡胃癌手術因術中切口小、創傷小、出血少、術后炎癥輕、恢復快、瘢痕小、住院時間短等優勢，已經逐漸變成為主流手術方式。而現有腹腔鏡胃癌手術中，主要由主刀醫生、一助和扶鏡手(目前腹腔鏡減孔胃癌手術只需要主刀醫生和扶鏡手)共同合作進行。作為手術醫生的眼睛，扶鏡手通過精細調整腹腔鏡鏡頭的方位幫助主刀醫生準確定位好手術視野，保證手術的順利進行。因此。扶鏡手的扶鏡技術、對手術的理解力以及和術者之間的默契度都會影響手術的進度、流暢性、穩定性和安全性。而人工扶鏡時扶鏡手常常由于扶鏡技巧參差不齊、對手術的理解力有限以及長時間的扶鏡操作易導致手部震顫、胃癌術中解剖位置的復雜性等原因，容易出現底座歪斜、畫面偏移、跟不上主刀手術節奏等情況，導致臨床上很多胃癌手術并不能獲得最佳手術術野，這可能會影響到手術醫生操作的精確程度和手術流暢性及質量，甚至可能會增加術中組織損傷的風險——已經有研究表明腹腔鏡手術中術野的清晰和穩定可以提高手術的安全性。另外，當扶鏡質量不佳，相應的手術錄像質量就下降，不能最大化發揮腹腔鏡手術利于教學的優勢，不利于年輕醫生進行腹腔鏡手術學習和同行間手術交流與借鑒提高。

人工智能(artificial intelligence，AI)是研究、開發用于模擬、延伸和擴展人的智能的理論、方法、技術及應用系統的一門新的技術科學，已成為全球新一輪科技革命和產業變革的著力點，是一片蘊藏無限生機的產業新藍海。近年來，人工智能醫療已迅速進入人們視野并在智能影像、智能病理、智能決策等方面得到應用，在外科領域也已逐步成為一項可普及、可推廣的技術。當人工智能與其他互補性技術結合時，可生成集成解決方案，如全自動機器人手術，已在神經外科、腹外科、胸外科、骨科、血管外科、整形外科等多個領域得到了廣泛的應用。

伊索(AESOP)系統、宙斯(Zeus)系統和達芬奇(Da Vinci)系統等手術機器人雖然由裝有雙目攝像頭的機械臂組成可視化系統，不需要扶鏡手在手術臺上操控鏡頭，但仍達不到智能自動化和精準調節，仍然需要主刀醫生在操控臺進行操作，仍然需要分散主刀醫生的精力。此外，機器人系統腹腔鏡系統并沒有絕對的優勢和理念上的跨越，而且存在價格高昂、力/觸覺反饋有限、機器體積大和移動差等缺陷，限制了其臨床應用，發展極其緩慢，目前在微創領域完全無法撼動腹腔鏡系統的地位。因此，在腹腔鏡系統上改進器械和系統的簡便性和精準性，仍然具有非常突出的時代需求。

近年來出現了借助機器人機械臂輔助3D高清腔鏡系統進行手術的理念——借助機器人系統的可視化機械手臂是其最主要的亮點，代替了傳統腹腔鏡需要人工控制鏡頭的模式，可減少一名扶鏡手術醫生上手術臺。然而，該方法仍然需要操作者分散注意力使用遙控手柄進行鏡頭控制，而且手術臺上多出一只金屬材質的“大手(重量25-40kg)”，占據較大空間和妨礙操作。

發明內容