[發(fā)明專利]一種顯微手術(shù)術(shù)野三維重建系統(tǒng)及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011084952.8
• 申請日: 2020-10-12
• 公開（公告）號(hào): CN112294453B
• 公開（公告）日: 2022-04-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉威;邵航;唐潔;廖家勝;阮程;黃海亮
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江未來技術(shù)研究院（嘉興）
• 主分類號(hào): A61B90/20
• 分類號(hào): A61B90/20
• 代理公司: 北京知呱呱知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11577
• 代理人: 孫志一

一種顯微手術(shù)術(shù)野三維重建系統(tǒng)及方法，通過可見光視點(diǎn)采集單元采集被測量場景的圖案信息；通過紅外光視點(diǎn)采集單元采集被測量場景的紅外散斑圖案；采用三維重建計(jì)算控制單元控制可見光視點(diǎn)采集單元和紅外光視點(diǎn)采集單元的拍攝，并將可見光視點(diǎn)采集單元得到的圖案與紅外視點(diǎn)采集單元得到的圖案進(jìn)行信息融合，以獲得三維重建結(jié)果。本技術(shù)方案將多視點(diǎn)聯(lián)合優(yōu)化和基于紅外散斑的物體表面紋理增強(qiáng)機(jī)制引入高精度三維重建中，通過設(shè)計(jì)紅外感光元件和散斑投射器的結(jié)構(gòu)，可以精確地獲取術(shù)野地外形結(jié)構(gòu)，通過將該外形結(jié)構(gòu)作為術(shù)野先驗(yàn)優(yōu)化可見光下的三維重建模型，從而在不影響顯微鏡主光路的基礎(chǔ)上提高了顯微鏡下的三維重建精度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及顯微立體成像技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種顯微手術(shù)術(shù)野三維重建系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)

顯微鏡是外科精細(xì)化手術(shù)中常用的輔助設(shè)備，借助顯微鏡的放大作用，醫(yī)生能夠清楚的看到術(shù)野中人體細(xì)小的組織，從而對患者進(jìn)行精細(xì)化的治療。近些年，術(shù)野(手術(shù)視野)區(qū)域的三維重建技術(shù)被醫(yī)學(xué)影像領(lǐng)域的研究人員所重視起來，相比于傳統(tǒng)的CT/MRI成像技術(shù)，基于視覺的影像重建技術(shù)能夠看到術(shù)野表面的色彩紋理，能夠給醫(yī)生提供更直觀的三維視覺感知體驗(yàn)，借助視覺的三維重建結(jié)果還能夠?qū)πg(shù)野進(jìn)行數(shù)字化測量，并給醫(yī)生提供術(shù)中指導(dǎo)，因此極具有應(yīng)用價(jià)值。

針對術(shù)區(qū)的三維重建問題，現(xiàn)有的方法大概分為兩類。一類是基于雙目立體視覺的方法，這種方法借助顯微鏡雙光路產(chǎn)生的視差對術(shù)區(qū)進(jìn)行三維重建，往往只能重建有限視角內(nèi)的區(qū)域。此外，相比于其他視覺領(lǐng)域，顯微鏡下的場景有其特殊的一面。術(shù)野區(qū)域在顯微鏡照明光源照射下存在大量鏡面反射區(qū)域，術(shù)區(qū)中也存在很多無紋理的區(qū)域，這些因素常常導(dǎo)致立體匹配算法的結(jié)果很糟糕，最終導(dǎo)致三維重建結(jié)果難以在臨床中使用。另一類是結(jié)構(gòu)光三維重建方法，如單幀結(jié)構(gòu)光和多幀結(jié)構(gòu)光，雖然結(jié)構(gòu)光的重建精度很高，但是結(jié)構(gòu)光方法需要引入價(jià)格昂貴的結(jié)構(gòu)光投影儀，且這種方法比較耗時(shí)，難以在臨床中實(shí)時(shí)使用。綜上，亟需一種進(jìn)行顯微手術(shù)術(shù)野三維重建的新的技術(shù)方案。

發(fā)明內(nèi)容

為此，本發(fā)明提供一種顯微手術(shù)術(shù)野三維重建系統(tǒng)及方法，實(shí)現(xiàn)多視點(diǎn)高精度的術(shù)野三維重建，以解決術(shù)區(qū)中鏡面反射和無紋理區(qū)域的三維重建失效問題。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：一種顯微手術(shù)術(shù)野三維重建系統(tǒng)，包括：

可見光視點(diǎn)采集單元：用于采集被測量場景的圖案信息；所述可見光視點(diǎn)采集單元包括第一感光元件、第一光學(xué)變倍體、第二感光元件、第二光學(xué)變倍體及主視野物鏡；

所述第一感光元件作為術(shù)野視點(diǎn)采集中的第一視角接收被測物體表面發(fā)出的光子并呈現(xiàn)被測物體在第一觀測視角下的像；所述第一光學(xué)變倍體采用光學(xué)變倍鏡組改變被測物體在所述第一感光元件上的放大倍率；

所述第二感光元件作為術(shù)野視點(diǎn)采集中的第二視角接收被測物體表面發(fā)出的光子并呈現(xiàn)被測物體在第二觀測視角下的像；所述第二光學(xué)變倍體采用光學(xué)變倍鏡組改變被測物體在所述第二感光元件上的放大倍率；

所述主視野物鏡用于確定和改變由第一觀測視角和第一觀測視角的光路所形成的顯微鏡工作距離；

紅外光視點(diǎn)采集單元：用于采集被測量場景的紅外散斑圖案；所述紅外光視點(diǎn)采集單元包括第一散斑投射器、第一紅外光學(xué)透鏡組件、第三感光元件、第二散斑投射器、第二紅外光學(xué)透鏡組件和第四感光元件；

所述第一散斑投射器用于投射激光散斑，所述激光散斑通過所述第一紅外光學(xué)透鏡組件投射到被測物體表面形成具有給定圖案形式的第一組紅外散斑點(diǎn)；被測物體表面上的第一組紅外散斑點(diǎn)反射后通過所述第一紅外光學(xué)透鏡組件在所述第三感光元件上成像；

所述第二散斑投射器用于投射激光散斑，所述激光散斑通過所述第二紅外光學(xué)透鏡組件投射到被測物體表面形成具有給定圖案形式的第二組紅外散斑點(diǎn)；被測物體表面上的第二組紅外散斑點(diǎn)反射后通過所述第二紅外光學(xué)透鏡組件在所述第四感光元件上成像；