[发明专利]一种基于棱镜的具有测量功能的医用内窥镜系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种医用内窥镜，具体涉及一种基于棱镜的具有测量功能的医用内窥镜系统及方法。

背景技术

近几年来，微创手术(Minimally Invasive Surgery)已经逐渐深入到外科手术的各个领域。外科医生只需要在患者身体开一个小孔，通过内窥镜就可以看到内部器官，以直接观察的形式进行人体内部手术。与传统手术相比，不仅可以降低患者的痛苦，而且可以使患者的康复时间大大缩短，同时也提高了手术的效率，节约了手术的成本。

医疗内窥镜对现代医学的进步起到了重要的作用。但现有的医疗内窥镜检查和微创手术使用的都是只能显示平面图像的二维内窥镜，这一点并不符合人类双眼观察物体的习惯。因为人眼除了可以观察物体的基本特征外，还能够产生远近的感觉，即物体的深度信息。医生在使用二维内窥镜进行诊断和手术的过程中，只能依靠经验来判断病灶的形状和大小，利用内窥镜与人体器官或者组织的相对位置来进行手术治疗。对于一些特殊的情况或者没有经验的医生，这无疑也会增加医疗事故发生的概率。

因为这一重要原因，立体内窥镜随之产生和发展。根据计算机显示技术和人眼双目视差的基本原理，将两个并列放置的内窥镜采集到的图像分时交替的显示出来，医生可以通过配戴眼镜或者直接观察的方式，看到人体内部的三维图像。这种立体内窥镜可以逼真的重现三维空间的效果，给医生提供更为直观的信息，增加了手术的可行性和准确性。

医用立体内窥镜具有可以显示三维空间信息的优点。但前提条件是需要两个视频捕获单元，这同时又不可避免的增加了整个视频采集系统的体积和复杂性。使其应用范围受到了很大的限制。此外，即使可以直观的看到病人体内病灶和组织的立体图像，医生也只能依靠经验和感觉来判断其具体的大小情况，从而选择使用合适型号的手术工具进行切除或者缝合等治疗，但这也很难避免由于判断失误所造成的不良后果。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种基于棱镜的具有测量功能的医用内窥镜系统及方法，利用棱镜对光线的折射作用，使单个的摄像机可以同时采集到具有一定视差左右两部分图像，然后经过相关算法处理，可以在不增加现有内窥镜成本和外径的前提下，将普通只能观察二维平面信息的内窥镜升级为具有三维测量功能的内窥镜。

本发明的技术方案是这样实现的：一种基于棱镜的具有测量功能的医用内窥镜系统，包括内窥镜装置和计算机，其中，内窥镜装置包括内窥镜镜身、手持部位、微型摄像头、直流稳压电源、冷光源、图像采集卡、导光光纤和标定板，所述的内窥镜装置还进一步包括棱镜和棱镜固定装置，所述的棱镜固定装置设置在内窥镜镜身内部前端，该装置开有一个长方形孔，且该长方形孔的轴线与内窥镜轴线重合，该长方形孔尾端设有卡槽，所述棱镜置于该长方形孔内且由该卡槽固定。

所述的棱镜的一种优选方式为三棱镜。

位于内窥镜镜身前端的棱镜与位于内窥镜镜身尾部的微型摄像头之间的距离应满足：

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式中，t_b为从相机的图像传感器到棱镜的后平面所允许的最大距离，d_p为棱镜的宽度，f_c为微型摄像头的焦距，d_c为微型摄像头的图像传感器的长度。

采用基于棱镜的具有测量功能的医用内窥镜系统，对图像进行测量的方法，包括以下步骤：

步骤1：采集标定板图像，确定微型摄像头的内外参数及棱镜的外参数，具体过程如下：

步骤1.1：首先在未放置棱镜且微型摄像头位置固定不变的情况下，拍摄标定板在不同位置及不同角度的图像；

步骤1.2：一帧一帧读取步骤1.1所拍摄的图像；

步骤1.3：利用张正友标定法对步骤1.2截取的图像进行标定，确定微型摄像头的内外参数矩阵；所述的微型摄像头的内参数矩阵用于表示微型摄像头的焦距和光学中心的位置，外部参数矩阵用于表示世界坐标系与摄像机坐标系之间的关系，即旋转矩阵和平移向量。