[发明专利]一种微创手术器械定位方法和系统

说明书

本发明公开了一种微创手术器械定位方法和系统。该方法：将包含手术器械的图像输入至预训练的神经网络模型，分割出手术器械；检测所分割出的手术器械特征点，并从检测出的特征点剔除错误匹配的特征点，进而确定显著特征点；根据左目图像和右目图像的视差数据计算所述显著特征点的三维点云坐标；以最小化配准误差函数为目标，将所计算的三维点云数据与手术器械标准点云模型在立体视野中配准，获得手术器械的定位信息。利用本发明能够对手术器械进行精准识别和定位。

技术领域

本发明涉及医学图像处理技术领域，更具体地，涉及一种微创手术器械定位方法和系统。

背景技术

由于传统腹腔镜手术中医生可观察的视野范围有限，绝大多数外科手术需要凭借医生的经验确定手术过程，而且其中有些病发部分是不可预见的，影响了手术效果。随着立体双目视觉技术在医疗领域的应用，基于立体视觉的微创手术器械定位可以用于手术导航，辅助医生分析手术器械与病发部分的位置与方向，这对于减少手术创伤和提高手术质量有重大意义，并对手术机器人技术的应用有重要价值。

作为一门新发展的微创方法，腹腔镜手术因为其术后瘢痕小、疼痛轻、恢复快、住院时间短等优势，深受患者青睐，成为越来越多患者的最佳选择，但是由于腹腔镜手术中存在视野局限性、医生对术中环境感知差，也造成了术中出血、病灶边界定位不准、健康组织切除过多、并发症风险高等诸多问题。计算机视觉技术可以进行微创手术器械定位，为医生提供更丰富的交互信息，辅助医生完成手术操作，提高手术质量。

手术器械定位的最终目的是进行器械尖端的定位，在手术过程中，手术器械的尖端与病发位置相接触，导致难以直接识别和标记手术器械尖端，所以需要在器械中通过视觉技术检测手术器械的特征，通过确定特征的三维坐标对手术器械尖端进行定位，以达到确定尖端位置的作用。

在现有技术中，通常在手术器械上附加标识，例如在手术器械上安装主动式LED标识物，通过识别视野中的标识物位置去确定手术器械的位置。这种附加标识需要对手术器械进行改造，增加了手术器械的制造成本并降低了技术的通用性。

发明内容

本发明的目的是克服上述现有技术的缺陷，提供一种基于立体视觉的微创手术器械定位方法和系统，解决了传统微创手术中存在的视野局限性和缺乏触觉感知的问题。

根据本发明的第一方面，提供一种微创手术器械定位方法。该方法包括以下步骤：

将包含手术器械的图像输入至预训练的神经网络模型，分割出手术器械；

检测所分割出的手术器械特征点，并从检测出的特征点剔除错误匹配的特征点，进而确定显著特征点；

根据左目图像和右目图像的视差数据计算所述显著特征点的三维点云坐标；

以最小化配准误差函数为目标，将所计算的三维点云数据与手术器械标准点云模型在立体视野中配准，获得手术器械的定位信息。

根据本发明的第二方面，提供一种微创手术器械定位系统。该系统包括：

手术器械分割单元：用于将包含手术器械的图像输入至预训练的神经网络模型，分割出手术器械；

特征点检测与匹配单元：用于检测所分割出的手术器械特征点，并从检测出的特征点剔除错误匹配的特征点，进而确定显著特征点；

三维坐标计算单元：用于根据左目图像和右目图像的视差数据计算所述显著特征点的三维点云坐标；

定位单元：用于以最小化配准误差函数为目标，将所计算的三维点云数据与手术器械标准点云模型在立体视野中配准，获得手术器械的定位信息。