[發(fā)明專利]基于結(jié)構(gòu)光立體視覺的氣管插管導(dǎo)航系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202210899630.1
• 申請日: 2022-07-28
• 公開（公告）號: CN115252992B
• 公開（公告）日: 2023-04-07
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 韓永正;付銘明;劉暢;賈斐;黃河;原青;郭江真;朱罡;王豫;譚宏宇;郭向陽
• 申請（專利權(quán)）人: 北京大學(xué)第三醫(yī)院（北京大學(xué)第三臨床醫(yī)學(xué)院）
• 主分類號: A61M16/04
• 分類號: A61M16/04;A61B1/267;A61B1/04;A61B1/06;A61B34/20;G06T15/04;G06T17/00
• 代理公司: 北京天達(dá)知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所有限公司 11386
• 代理人: 龐許倩

本發(fā)明涉及一種基于結(jié)構(gòu)光立體視覺的氣管插管導(dǎo)航系統(tǒng)，包括光源模塊、氣管識別模塊、數(shù)據(jù)處理模塊和控制模塊；光源模塊包括光源、光纖和濾波片，用于為導(dǎo)管探頭的當(dāng)前位置投射結(jié)構(gòu)光、紅外光或可見光；氣管識別模塊包括第一攝像頭模塊和第二攝像頭模塊，設(shè)置于導(dǎo)管探頭內(nèi)，用于獲取氣管內(nèi)的圖像；數(shù)據(jù)處理模塊用于對獲取的氣管內(nèi)的圖像進(jìn)行融合處理，并基于融合處理后得到的圖像，利用預(yù)先訓(xùn)練的圖像識別模型判定下一步導(dǎo)航方向；控制模塊與導(dǎo)管探頭連接，用于驅(qū)動導(dǎo)管探頭根據(jù)下一步導(dǎo)航方向引導(dǎo)導(dǎo)管探頭移動。解決了現(xiàn)有技術(shù)中的氣管插管導(dǎo)航系統(tǒng)需要依靠醫(yī)生的經(jīng)驗和判斷進(jìn)行手動或半自動操作，無法實現(xiàn)全自動氣管插管的問題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及醫(yī)療器械技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于結(jié)構(gòu)光立體視覺的氣管插管導(dǎo)航系統(tǒng)。

背景技術(shù)

氣管插管是急救和手術(shù)的首要步驟，對于挽救生命至關(guān)重要，需要專業(yè)醫(yī)師經(jīng)過長時間培訓(xùn)方能熟練掌握。在氣管插管操作時，醫(yī)師與患者呼吸道直接近距離接觸，職業(yè)暴露感染風(fēng)險較高。因此，對患者的氣管插管實現(xiàn)機(jī)器智能化操作，可顯著降低醫(yī)務(wù)人員的職業(yè)暴露風(fēng)險。同時可有效解決災(zāi)難現(xiàn)場(高樓樓頂、災(zāi)害、航母、核污染現(xiàn)場等)搶救工作中專家缺乏、無法隨行的缺陷。因此實現(xiàn)自動化氣管插管操作，根據(jù)氣道解剖導(dǎo)航規(guī)劃路徑至關(guān)重要。在此背景下，建立一套自動氣管插管導(dǎo)航系統(tǒng)對于完善國家公共衛(wèi)生應(yīng)急體系建設(shè)具有重大的戰(zhàn)略意義。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于上述的分析，本發(fā)明旨在提供一種基于結(jié)構(gòu)光立體視覺的氣管插管導(dǎo)航系統(tǒng)；解決現(xiàn)有技術(shù)中的氣管插管系統(tǒng)，需要依靠醫(yī)生的經(jīng)驗和判斷進(jìn)行手動或半自動操作，無法實現(xiàn)氣管插管自動導(dǎo)航的問題。

本發(fā)明的目的主要是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：

一方面，本發(fā)明提供了一種基于結(jié)構(gòu)光立體視覺的氣管插管導(dǎo)航系統(tǒng)，包括：光源模塊、氣管識別模塊、數(shù)據(jù)處理模塊和控制模塊；

其中，光源模塊用于為導(dǎo)管探頭的當(dāng)前位置投射不同的環(huán)境光；

氣管識別模塊包括第一攝像頭模塊和第二攝像頭模塊，設(shè)置于導(dǎo)管探頭內(nèi)，通過設(shè)置于導(dǎo)管內(nèi)的數(shù)據(jù)傳輸線與所述數(shù)據(jù)處理模塊通信連接，用于獲取氣管內(nèi)的圖像；

數(shù)據(jù)處理模塊用于對獲取的氣管內(nèi)的圖像進(jìn)行三維融合處理，并基于融合處理后得到的三維圖像，利用預(yù)先訓(xùn)練的圖像識別模型判定下一步導(dǎo)航方向；

所述控制模塊用于根據(jù)預(yù)設(shè)的流程控制所述光源模塊產(chǎn)生不同的環(huán)境光，并控制所述氣管識別模塊根據(jù)當(dāng)前的環(huán)境光利用對應(yīng)的攝像頭模塊獲取圖像；所述控制模塊還用于通過設(shè)置于導(dǎo)管內(nèi)的電機(jī)驅(qū)動線驅(qū)動所述探頭根據(jù)下一步所述導(dǎo)航方向引導(dǎo)探頭移動。

進(jìn)一步的，所述光源模塊包括光源、光纖、濾光片、透鏡組和光柵；所述濾光片、透鏡組和光柵均通過電機(jī)驅(qū)動線與所述控制模塊連接；所述光源發(fā)出的光束經(jīng)過依次設(shè)置于光纖的光束入射端的一組濾光片和透鏡組進(jìn)行濾波整形后，得到均勻的平行光；所述平行光經(jīng)過光纖傳導(dǎo)到光纖的光束出射端，所述光束出射端出射的光束再依次經(jīng)過另一組濾光片、透鏡組和光柵濾波整形后輸出，為氣管內(nèi)探頭當(dāng)前位置提供結(jié)構(gòu)光、紅外光或可見光。

進(jìn)一步的，第一攝像頭模塊包括一個紅外攝像頭，用于在光源模塊投射結(jié)構(gòu)光的狀態(tài)下獲取氣管內(nèi)的結(jié)構(gòu)光圖像；

第二攝像頭模塊包括兩個相同的紅外攝像頭，用于在光源模塊投射紅外光的條件下，獲取雙目視覺圖像。

進(jìn)一步的，系統(tǒng)還包括可見光攝像頭模塊，可見光攝像頭模塊包括至少一個可見光攝像頭；可見光攝像頭設(shè)置于探頭內(nèi)，通過設(shè)置于導(dǎo)管內(nèi)的數(shù)據(jù)傳輸線與所述數(shù)據(jù)處理模塊通信連接，用于在光源模塊投射可見光的狀態(tài)下，采集氣管內(nèi)當(dāng)前位置的可見光圖像；利用可見光圖像對融合處理后得到的三維圖像進(jìn)行三維建模貼圖操作，得到氣管中當(dāng)前位置的三維彩色圖像；

基于當(dāng)前位置的三維彩色圖像，輔助判斷下一步導(dǎo)航方向。