[实用新型]医用内窥镜本体三维定位系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种医用内窥镜本体三维定位系统，尤其涉及一种基于计算机双目视觉的医用内窥镜本体三维定位系统。

背景技术

微创及无创外科技术是当代临床医学最主要的发展趋势之一，它可大大提高手术质量，减轻病人痛苦，缩短康复时间，成为国际上的一个研究热点。传统的内窥镜诊疗术是微创外科的重要手段，其典型器材是医用内窥镜，它对病灶的诊断和治疗有极其重要的作用。

由于工作环境的复杂性和自身形状不可视等不足，传统内窥镜导管在介入过程中会发生导管缠绕、非预期结襻等情况，给病人带来痛苦和危险。基于迫切的临床需求和良好的市场前景，用智能传感器技术、自动化技术及可视化技术对传统内窥镜系统进行改进和创新研究已经在世界范围内展开。其中，新型的内窥镜镜体形状感知系统是该领域的一个研究热点。

如果能够显示内窥镜镜体在人体内的形状，可以有效地防止肠镜缠绕的发生。目前国内外内窥镜镜体形状重建研究主要有以下几种方式：内窥镜镜体磁场空间定位系统、超声定位系统、光纤光栅三维定位系统等。

内窥镜镜体磁场空间定位系统最早是英国的Bladen等人在1993年最早提出，系统以法拉第电磁感应定理为基础，在内窥镜外安装电磁发生设备以产生已知结构的空间磁场，通过埋入内窥镜镜体中的磁场传感器获得的磁场强度信号，并根据已知的发射磁场空间分布规律，计算出该点的空间坐标位置和姿态角。在内窥镜导管内部埋入若干个离散的磁传感器，传感器的实时采样数据反映连续磁场的变化，经计算可得到每个传感器的空间位置，然后将这些离散点拟合成连续的曲线，就可以在计算机上进行三维显示，实现内窥镜镜体的空间形状感知。该技术经过十余年的研究发展相对比较成熟，OLYMPUS公司已经生产出用于内窥镜导管临床检查的磁场形状感知系统。国内福州大学在该方面也进行了一定的研究探讨。

磁场定位方法是一种安全、无放射且实时性能较好的内窥镜镜体形状感知方法，但仍存在以下不足：由于原理限制，传感系统需要几个低频的磁场发生器用来产生磁场，系统需要的相关的外部设备比较多；为了防止电磁干扰，非金属的操作台和检查床也是必须的；为了获得内窥镜镜体上更多离散点的位置信息，必须在多个位置埋入传感线圈，势必引入更多的导线，对镜体的结构性能产生一定的影响；该技术对内窥镜导管内部结构进行改造，与现有使用中的内窥镜系统不能配套使用，而且一旦线圈或导线出现问题，维护较为困难。

日本大阪大学医学院基于现有的超声内窥镜及体外光学定位系统开发了一种人体内超声探头定位系统，用来直接测量和显示超声内窥镜探头的空间位置和运动轨迹。在人体表面放置一个发射超声波脉冲的标志超声传感器。在检查过程中，超声内窥镜探头发出用于扫描图像的超声波，并接收回波。通过标志传感器发射与扫描超声信号同步的超声波，被探头接收后叠加到扫描超声波的回波上。观察标志传感器在扫描图像中的位置，就可以得到探头相对标志传感器的方向和距离。通过基于双目视觉的光学定位系统获得体外的标志传感器的空间位置，然后根据体外标志传感器与体内超声探头的位置关系求得超声内窥镜的探头的位置。

该定位方法只需在现有的超声内窥镜的基础上，增加体外标志传感器就可以实现。经研究分析，系统存在以下的不足之处：基于该系统，只能确定单个超声内窥镜探头的位置，不能提供实时的内窥镜镜体整体形状；该定位系统以超声内窥镜为基础，不能与医院中广泛应用的光导纤维内窥镜及电子内窥镜配合使用。

上海大学医疗机器人与计算机辅助外科研究小组从智能内窥镜检查的需要出发，制作了可以实时检测内窥镜导管空间形状的基于多点光纤光栅的内窥镜镜体形状感知系统，主要是利用细小空间圆柱体的曲率变化与表面光栅的反射波中心波长成正比的基本原理。利用多根等距离的刻有若干光栅的光纤，将光纤以一定角度粘贴在基材上，建立一个传感网络。利用这个传感网络来采集各个点的曲率数据，然后根据一定的算法拟合重建出整个内窥镜镜体的空间形状，重建效果较好，可以实现空间曲线的实时重建与显示。但是由于利用光纤光栅的取得的曲率信息是基于内窥镜本体的定位块的相对量，因此重建的内窥镜镜体三维形状是内窥镜镜体基于定位块的空间形状，而无法得到内窥镜镜体的实际空间姿态。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种医用内窥镜本体三维定位系统，利用计算机双目视觉的方法，通过在内窥镜本体的附近设置标志点，求得内窥镜本体的空间姿态。则可应用于结合通过光纤光栅传感器重建的内窥镜导管三维形状，求出内窥镜镜体实际的空间姿态。

为了达到上述实用新型目的，本实用新型的构思是：