[发明专利]手术机器人定位标志点自动识别方法

说明书

技术领域

本发明涉及图像处理技术领域，特别是一种对手术机器人拍摄的X线透视图像中用来定位的标志点进行自动识别的方法。

背景技术

标志点图像定位是数字图像处理中的一种关键处理技术。标志点作为重要的图像特征，广泛应用于医疗图像定位、目标图像检索、相机标定、三维重建、深度图像匹配等二维或三维应用的重要领域。例如，地图扫描图像处理涉及到的各种独立符号的定位问题；航空数字影像处理涉及到的航片框标点、地面标志点精确定位问题；医疗X射线图像处理涉及到的手术机器人定位标志点问题。其中，圆形标志点以其定位精度高、易于识别的优点得到了广泛的应用。并且，标志点定位精度在很大程度上决定着应用系统的精度。标志点的定位一般采用人工导引的方法，或利用已知的粗略位置数据，先在图像上确定其大致位置，再利用算法进行精确定位。这里主要对精确定位的算法进行探讨，数字图像上标志点精确定位的方法有很多种，如基于图像灰度值方差加权和最小算法、基于最小二乘匹配法、基于霍夫(Hough)变换法等，结合Canny边缘检测、目标识别、亚像素边缘检测等技术。

其中，医疗X射线图像处理涉及到的手术机器人定位标志点问题是医疗图像处理的核心技术之一。随着机器人技术与医学科学交叉应用的快速发展，各种医用机器人的研究也成为热点，并在医学领域中得到越来越广泛的应用。目前手术机器人已在神经外科、人工关节置换、泌尿科、胆囊摘除等方面取得了广泛的应用。在手术机器人的导航定位过程中，一般利用C型臂透过设定有标志点的标定标尺来拍摄病人的X线透视图像，通过图像处理手段进行标定标尺上的特定标志点的识别，然后根据标志点特征建立机器人坐标系与手术空间坐标系之间的映射关系，在此基础上进行手术路径规划和定位。利用机器人进行手术操作的定位更为准确、机械臂的抓取更为稳定且有力，可以避免外科医生长时间手术而带来的疲劳，提高了手术的精度、稳定性以及安全性；但是，由于这种手术决定了很多工作要暴露在X光下完成，在手术过程中辐射出的大量X射线容易对患者和手术医生的健康造成严重的威胁甚至伤害，尤其是对于手术医生，长时间的X射线辐射会造成免疫力低下等一系列健康问题，手术机器人技术和手术机器人定位图像标志点技术，可以大大缩短手术时间，减少病人和医生在手术过程中受到的X射线损伤，保护病人和医生的身体健康，但是在算法精度和处理时间等方面，仍然有很大的发展空间。现有的手术机器人无法完成单纯的定位标志点的识别，而是采用标志点和标记线联合定位及其识别的方式完成，标志点+标记线识别算法的缺陷是：标记线容易受到骨边缘或其它类似影响影像的干扰出现识别错误，造成标志点的顺序识别错误，这就使得手术路径存在偏差，降低了手术机器人的精度；并且在缺少任意标志点时均无法进行正确的识别。目前世界上很多国家都致力于开发各种新型的导航定位技术和定位图像标志点技术，以提高机器人手术的精度，并尽可能减少手术医生和患者在手术中所受到的X射线辐射。

发明内容

本发明针对现有技术中在算法精度和处理时间等方面存在的缺陷或不足，提供一种手术机器人定位标志点自动识别方法，通过自动识别图像标志点索引进行手术导航定位，实现对X线透视图像中多个标志点准确、高效地自动识别，为提高手术路径的准确度、显著缩短手术时间以及提高手术效率提供了前提。

本发明的技术方案如下：

一种手术机器人定位标志点自动识别方法，用于对手术机器人拍摄的X线透视图像中用来定位的标志点的识别，其特征在于，所述方法是在获取X线透视图像中的标志点后提取两两标志点的距离在第一阈值允许的范围内的标志点；再计算标志点的夹角，检测出构成两个向量的预设夹角的三个标志点；根据检测的所述三个标志点的位置采用预估算法得到第四个标志点的位置，然后对识别的各标志点进行排序和编号。

当X线透视图像中用来定位的标志点数多于四个时，根据检测的所述三个标志点的位置采用预估算法得到其它标志点的位置，然后对识别的所有标志点统一进行排序和编号。

所述预设夹角为90°且标志点数为九个时，所述标志点包括构成正方形的八个标志点和作为辅助标记的一个辅助标志点，检测的所述三个标志点中的斜边的两个标志点分别对应正方形边长的中点位置，根据预估算法得到作为正方形顶点的四个标志点和作为正方形边长中点的四个标志点，根据所述八个标志点搜索辅助标志点，再根据辅助标志点与作为正方形顶点的四个标志点的距离关系，对识别的构成正方形的八个标志点进行排序和编号。

所述提取两两标志点的距离在第一阈值允许的范围内的标志点为标志点的初步提取，还包括在初步提取的各标志点中再次计算两两标志点的距离，二次提取两两标志点的距离在第二阈值允许的范围内的标志点。