[发明专利]一种角膜移植手术机器人用自主立体视觉导航方法及系统

说明书

本发明公开了一种角膜移植手术机器人用自主立体视觉导航方法及系统，获取立体显微镜相机与世界坐标系Oxyz的配准数据以及立体显微镜相机的标定、矫正数据，根据立体显微镜相机采集两幅面部图像，分别作为参考图像R和目标图像T；将参考图像R和目标图像T输入卷积神经网络CNN进行特征提取，实时捕捉目标物体的三维信息以及手术工具的位姿信息并进行更新，通过深度学习方法获取参考图像R和目标图像T完成自主立体视觉导航的视觉传感信息；利用视觉传感信息，控制角膜移植手术机器人对角膜移植手术缝针刺入和缝线打结进行自主立体视觉导航。

技术领域

本发明属于医疗手术机器人技术领域，具体涉及一种角膜移植手术机器人用自主立体视觉导航方法及系统。

背景技术

角膜移植手术是用透明的角膜片置换浑浊或有病变部分的角膜，以达到增视、治疗某些角膜病和改善外观的目的。角膜缝合是角膜移植手术中难度最大的、耗时最长的手术环节，角膜缝合主要为将供体角膜植片用缝针和缝线缝合于植床。医生进行环钻和缝合时，手部生理细微抖动以及视觉微弱不易判断角膜刀和缝针的深度，会导致植片和植床的切割边缘不吻合、缝合大小和深度不一致、缝合张力不对称等问题，直接影响角膜移植术后的康复效果。

角膜移植手术过程中，缝合不均匀极易造成角膜起皱和变形导致散光，也会引起角膜损伤，严重时则会引起其他的并发症。正常角膜各径线的曲度是一致的，因此折光率相同，如果曲度不均匀，就会引起折光异常，即散光。一般的角膜移植钻切、缝合参数由医生经验进行估计，因此并非最佳值，所以有必要通过手术机器人的高精度操作控制手段将手术参数调整到最优，而对显微眼科手术机器人的视觉感知及其反馈控制是高精度手术操作的前提，也是改善患者术后康复的基础。

与传统的医生手术方法相比，角膜移植手术机器人基于视觉导航进行自主缝合更具有优势，主要表现在：

①能够更加全面、准确地呈现局部手术过程影像，实现医生对显微眼科手术过程中手术视野的清晰观察；

②能够稳定、高精度的控制手术器械完成手术操作，降低对眼组织的损伤程度，改善患者术后康复效果；

③解决医生长时间手术易疲劳的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种角膜移植手术机器人用自主立体视觉导航方法及系统，能够感知角膜移植手术过程中深度信息、实现无人辅助下的智能化角膜移植手术的优点。

本发明采用以下技术方案：

一种角膜移植手术机器人用自主立体视觉导航方法，包括以下步骤：

S1、获取立体显微镜相机与世界坐标系Oxyz的配准数据以及立体显微镜相机的标定、矫正数据，根据立体显微镜相机采集两幅面部图像，分别作为参考图像R和目标图像T；

S2、将步骤S1得到的参考图像R和目标图像T输入卷积神经网络CNN进行特征提取，实时捕捉目标物体的三维信息以及手术工具的位姿信息并进行更新，通过深度学习方法获取参考图像R和目标图像T完成自主立体视觉导航的视觉传感信息；

S3、利用步骤S2获取的视觉传感信息，控制角膜移植手术机器人对角膜移植手术缝针刺入和缝线打结进行自主立体视觉导航。

具体的，步骤S2具体为：

S201、将参考图像R和目标图像T输入卷积神经网络CNN进行特征提取，并用特征图金字塔网络FPN找出图像中的感兴趣区域RoIs，并生成RoIs的目标边框；

S202、通过关联算法将步骤S201参考图像R和目标图像T相对应的目标边框进行匹配生成视差图，计算相对应的目标边框内三维点云集合F(X，Y，Z)；

S203、通过全卷积神经网络FCN对每一个目标边框内的RoI预测实例所属分类生成实例分割掩码；