一种用于辅助腔镜手术穿刺的方法、系统和存储介质.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115024805A(43)申请公布日2022.09.09(21)申请号202210741669.0(22)申请日2022.06.27(71)申请人四川美术学院地址400053重庆市九龙坡区黄桷坪正街108号(72)发明人蔡伯鸿(74)专利代理机构重庆市前沿专利事务所(普通合伙)50211专利代理师张青龙肖秉城(51)Int.Cl.A61B17/34(2006.01)A61B34/10(2016.01)A61B34/20(2016.01)G06F17/16(2006.01)权利要求书2页说明书5页附图2页(54)发明名称一种用于辅助腔镜手术穿刺的方法、系统和存储介质(57)摘要本发明公开一种用于辅助腔镜手术穿刺的方法、系统和存储介质，包括S1:分别在腔镜B和穿刺针A的标记位置贴上第一标记物和第二标记物，再将腔镜B的下端插入目标物内部，穿刺针A放置在目标物表层；S2：使用摄像装置对场景进行拍摄得到第一目标物图像并传输到上位机，上位机进对第一目标物图像进行分析，得到腔镜B下端的坐标PendB和穿刺针A的下端的坐标PendA；S3：上位机根据PendB和PendA计算穿刺针A插入的距离和角度，从而实时模拟穿刺针A的穿刺路径。S4：根据S3中的穿刺路径完成穿刺针A的插入。CN115024805ACN115024805A权利要求书1/2页1.一种用于辅助腔镜手术穿刺的方法，其特征在于，具体包括以下步骤：S1：分别在腔镜B和穿刺针A的标记位置贴上第一标记物和第二标记物，再将腔镜B的下端插入目标物内部，穿刺针A放置在目标物表层；S2：使用摄像装置对场景进行拍摄得到第一目标物图像并传输到上位机，上位机进对第一目标物图像进行分析，得到腔镜B下端的坐标PendB和穿刺针A的下端的坐标PendA；S3：上位机根据PendB和PendA计算穿刺针A插入的距离和角度，从而实时模拟穿刺针A的穿刺路径。S4：根据S3中的穿刺路径完成穿刺针A的插入。2.如权利要求1所述的一种用于辅助腔镜手术穿刺的方法，其特征在于，所述S1中，腔镜B和穿刺针A的标记位置均为30mm*30mm的正方体结构，有四个面，每个面均贴有标记物。3.如权利要求2所述的一种用于辅助腔镜手术穿刺的方法，其特征在于，所述标记物为Apriltag标记，用于识别腔镜B和穿刺针A的位置以及角度。4.如权利要求1所述的一种用于辅助腔镜手术穿刺的方法，其特征在于，所述S2包括：S2‑1：摄像装置对目标物进行连续拍摄得到第一目标物图像，第一目标物图像包括已插入切口位置的腔镜B、已位于目标物表层的穿刺针A和目标物；S2‑2：上位机使用基于python的apriltags工具库识别第一目标物图像中第一标记物四个顶点的像素坐标以及这四个顶点对应的单应矩阵H；S2‑3：上位机再使用opencv工具库对单应矩阵H进行分解，得到建立在第一标记物上的坐标系到相机坐标系的旋转矩阵R和平移矩阵T；S2‑4：通过scipy工具库将旋转矩阵R进行分解，得到第一标记物中各个标记在相机坐标系的欧拉角，将最小欧拉角对应的标记作为识别标记；S2‑5：根据识别标记的旋转矩阵R和平移矩阵T，实时得到腔镜B上端在相机坐标系的坐标PtopB和腔镜B的下端在相机坐标系下的坐标为PendB；同理可得到穿刺针A上端在相机坐标系的坐标PtopA和穿刺针A的下端在相机坐标系下的坐标为PendA。5.如权利要求4所述的一种用于辅助腔镜手术穿刺的方法，其特征在于，所述S2‑5中，腔镜B上端在世界坐标系下点的坐标为(Xw,Yw,Zw)，由apriltags工具库直接识别得到，则世界坐标系到相机坐标系下的变换公式为：公式(1)中，Xw,Yw,Zw为腔镜B上端在世界坐标系下的坐标，Xc,Yc,Zc为腔镜B上端在相机坐标系下点的坐标。6.如权利要求4所述的一种用于辅助腔镜手术穿刺的方法，其特征在于，所述S2‑5中，腔镜B的下端在相机坐标系下的坐标为PendB：PendB＝PtopB+m×i(2)公式(2)中，m表示腔镜B上端到下端的距离；i表示识别标记对应欧拉角的单位向量。7.如权利要求1所述的一种用于辅助腔镜手术穿刺的方法，其特征在于，所述穿刺针A插入的距离计算公式为：2CN115024805A权利要求书2/2页公式(3)中，D表示穿刺针A插入的距离，(X1,Y1,Z1)表示腔镜B的下端在相机坐标系下的坐标，(X2,Y2,Z2)表示穿刺针A的下端在相机坐标系下的坐标。8.如权利要求1所述的一种用于辅助腔镜手术穿刺的方法，其特征在于，所述穿刺针A插入的角度为：公式(4)中，β表示穿刺针A插入的角度，d表示腔镜B的下端与目标物表层的垂直距离，D表示穿刺针A插入的距离。9.基于权利要求1‑8任一所述方法的