[发明专利]基于图像特征识别跟踪技术的智能自动移动腹腔镜和精准调节系统

说明书

本发明涉及一种基于图像特征识别的腹腔镜智能跟踪和精准调节方法。本发明所述方法包括：建立胃癌手术路径场景图像识别系统；设置所需的镜头移动参数；腹腔镜视野成像捕获后，启动胃癌手术路径场景图像识别系统，进行超声刀头和手术路径场景特异性识别；当识别超声刀头后，启动TLD算法；当识别手术路径场景后，启动相应镜头移动参数，参考TLD算法建立结合该参数的编程算法，在数据处理模块中输出镜头需要移动的数据；数据处理模块将产生的动态数据通过编程后的运动指令程序向移动调节模块同步输出运动指令；移动调节模块在接收到运动指令后，实现自动化智能化地调节腹腔镜镜头。该方法实现无需扶镜手而获得更加智能、稳定、精准的理想术野。

技术领域

本发明属于计算机图像处理和识别以及腹腔镜微创外科等领域，涉及一种基于图像特征识别的腹腔镜智能跟踪和精准调节方法。

背景技术

胃癌发病率和死亡率均仍位居全球前列，严重危害人类健康。目前手术治疗是胃癌治疗的基石和唯一可能治愈的方法。近20年来，腹腔镜胃癌手术因术中切口小、创伤小、出血少、术后炎症轻、恢复快、瘢痕小、住院时间短等优势，已经逐渐变成为主流手术方式。而现有腹腔镜胃癌手术中，主要由主刀医生、一助和扶镜手(目前腹腔镜减孔胃癌手术只需要主刀医生和扶镜手)共同合作进行。作为手术医生的眼睛，扶镜手通过精细调整腹腔镜镜头的方位帮助主刀医生准确定位好手术视野，保证手术的顺利进行。因此。扶镜手的扶镜技术、对手术的理解力以及和术者之间的默契度都会影响手术的进度、流畅性、稳定性和安全性。而人工扶镜时扶镜手常常由于扶镜技巧参差不齐、对手术的理解力有限以及长时间的扶镜操作易导致手部震颤、胃癌术中解剖位置的复杂性等原因，容易出现底座歪斜、画面偏移、跟不上主刀手术节奏等情况，导致临床上很多胃癌手术并不能获得最佳手术术野，这可能会影响到手术医生操作的精确程度和手术流畅性及质量，甚至可能会增加术中组织损伤的风险——已经有研究表明腹腔镜手术中术野的清晰和稳定可以提高手术的安全性。另外，当扶镜质量不佳，相应的手术录像质量就下降，不能最大化发挥腹腔镜手术利于教学的优势，不利于年轻医生进行腹腔镜手术学习和同行间手术交流与借鉴提高。

人工智能(artificial intelligence，AI)是研究、开发用于模拟、延伸和扩展人的智能的理论、方法、技术及应用系统的一门新的技术科学，已成为全球新一轮科技革命和产业变革的着力点，是一片蕴藏无限生机的产业新蓝海。近年来，人工智能医疗已迅速进入人们视野并在智能影像、智能病理、智能决策等方面得到应用，在外科领域也已逐步成为一项可普及、可推广的技术。当人工智能与其他互补性技术结合时，可生成集成解决方案，如全自动机器人手术，已在神经外科、腹外科、胸外科、骨科、血管外科、整形外科等多个领域得到了广泛的应用。

伊索(AESOP)系统、宙斯(Zeus)系统和达芬奇(Da Vinci)系统等手术机器人虽然由装有双目摄像头的机械臂组成可视化系统，不需要扶镜手在手术台上操控镜头，但仍达不到智能自动化和精准调节，仍然需要主刀医生在操控台进行操作，仍然需要分散主刀医生的精力。此外，机器人系统腹腔镜系统并没有绝对的优势和理念上的跨越，而且存在价格高昂、力/触觉反馈有限、机器体积大和移动差等缺陷，限制了其临床应用，发展极其缓慢，目前在微创领域完全无法撼动腹腔镜系统的地位。因此，在腹腔镜系统上改进器械和系统的简便性和精准性，仍然具有非常突出的时代需求。

近年来出现了借助机器人机械臂辅助3D高清腔镜系统进行手术的理念——借助机器人系统的可视化机械手臂是其最主要的亮点，代替了传统腹腔镜需要人工控制镜头的模式，可减少一名扶镜手术医生上手术台。然而，该方法仍然需要操作者分散注意力使用遥控手柄进行镜头控制，而且手术台上多出一只金属材质的“大手(重量25-40kg)”，占据较大空间和妨碍操作。

发明内容