[發明專利]一種基于計算機視覺的自動穿刺機械臂路徑規劃的方法

在審

• 申請號: 202010694957.6
• 申請日: 2020-07-18
• 公開（公告）號: CN111743628A
• 公開（公告）日: 2020-10-09
• 發明（設計）人: 馬賀;衣俊霖;孫健喬
• 申請（專利權）人: 紐智醫療科技（蘇州）有限公司
• 主分類號: A61B34/10
• 分類號: A61B34/10;A61B34/20;A61B34/00
• 代理公司: 北京科家知識產權代理事務所(普通合伙) 11427
• 代理人: 陳娟

一種基于計算機視覺的自動穿刺機械臂路徑規劃，包括三維重建和雙目視覺圖像獲取及配準兩個過程；三維重建包括：步驟S1：基于數字圖像處理技術方法，對手術場景進行預處理，得到更清晰的圖像，即病灶部分；步驟S2：基于圖像分割的方法，實現器官與周圍組織的有效分離，將所需區域分割精準的出來便于之后的三維重建；步驟S3：利用光線投射法的體繪制重建方法將患者的CT數據進行三維重建，獲取患者的病灶區域的三維模型；本發明通過機械臂自動手術，減少了外科醫生在手術過程中操作失誤的問題；同時通過雙目視覺和點配準，將原來醫生只可以依靠二維圖像轉變為依靠三位圖像，并根據三維圖像進行手術路徑規劃，提高了手術的準確性，降低手術風險。

技術領域

本發明涉及圖像處理、計算機視覺、三維重建技術、手術機器人技術領域。尤其涉及一種基于計算機視覺的自動穿刺機械臂路徑規劃的方法。

背景技術

近年來，在微創手術技術、機器人技術、醫療圖像技術和計算機技術進步的共同推動下，外科手術機器人的研究得到快速發展，并開始應用于臨床，其中最具代表性的手術機器人——達芬奇(DA VINCI)手術機器人，在心臟外科、泌尿外科、普通外科和婦科中有著較好的應用。但由于手術對象、手術器械及手術目的的不同，達芬奇一類的通用型手術機器人,雖然在目前的骨科手術中有著實驗和臨床的應用，但是達芬奇手術機器人是專為內窺鏡系統設計的手術機器人，這一特點決定了其在骨科手術中無法發揮其優勢，所以這類通用機器人并不適合用于骨科手術，因此研制專用于骨科手術的手術機器人，受到越來越多的關注。

現有的骨科手術機器人大多是使用工業機器人改造而來的手術機器人。在穩定性,定位精度和重復定位精度上具有明顯的優勢。然而，這種優勢是建立在手術機器人良好的剛性基礎上，導致了機器人本體體積大且笨重。對于骨科手術室這類相對狹小且存在較多器械障礙的應用環境,其可用性差的問題限制了進一步發展.因此,小型化、專業化成為骨科手術機器人發展的一個趨勢。

計算機視覺發展初期相關的研究都是基于二維平面的，隨著近些年計算機相關技術的發展，三維視覺技術也得到了飛速發展，相比單目視覺，雙目視覺在空間測量重建方面的優勢也得到了很好的展現。MIT人工智能實驗室的Marr提出了視覺相關理論，該理論為雙目視覺的研究奠定了堅實的基礎。

雙目立體視覺技術就像人類視覺系統一樣，通過兩個參數一樣的相機從兩個角度捕獲目標的左右兩側圖像。通過三角測量原理獲得目標的三維信息，并根據該信息恢復對應目標的三維模型。

基于點的配準(Point-based Registration,PBR)是1987年由Arun提出來的。它通過兩個空間中有限的幾組標志點來計算二者之間的映射變換關系，達到了空間一致的目的。

發明內容

本發明要解決的技術問題是針對上述現有技術的不足，提供一種基于計算機視覺的自動穿刺機械臂路徑規劃的方法。本方法根據術前得到的患者圖像，對病人圖像進行三維重建，其中包括病癥區域和病癥區域周圍的組織神經。并利用兩臺CMOS相機獲得從不同的位置獲取被測物體的兩幅圖像，將得到數據導入計算機，通過計算圖像對應點間的位置偏差，來獲取物體三維幾何信息。并將得到的三維信息和病人重建后的三維模型進行匹配，根據匹配結果邀請醫生確定下針點、下針角度和深度。將得到將計算后的規劃路徑傳遞給機械臂，最后機械臂根據規劃的路徑以全自動的方式完成相應的操作。

為解決上述技術問題，本發明所采取的技術方案是：

一種基于計算機視覺的自動穿刺機械臂路徑規劃的方法，包括三維重建部分、病人雙目視覺圖像獲取部分、計算機配準空間轉換部分和機械臂部分。