[发明专利]基于机器视觉的电极植入方法及系统

说明书

本公开涉及一种基于机器视觉的电极植入方法和系统。该方法包括：由第一相机针对脑表面捕获第一图像，并由第二相机针对脑表面捕获第二图像；对第一图像和第二图像进行运算处理，其中，基于血管分割算法获得脑表面血管区域掩码，以确定脑表面图像中的可植入区域；在可植入区域中选择至少一个植入位置，根据已知的电极位置计算该至少一个植入位置与电极位置的距离，从而确定电极的植入顺序；匹配第一相机和第二相机的成像以获得变换矩阵，将第一相机的成像中植入位置所在的第一直线投影到第二相机的成像中，将第一直线与第二相机的成像中该植入位置所在的第二直线之间的交点确定为植入装置的预测落点；以及根据预测落点实时控制植入装置，直至植入点与预测落点重合。

技术领域

本公开涉及生命科学技术领域，并且具体地及一种基于机器视觉的电极植入方法及系统。

背景技术

在神经外科手术机器人领域，涉及到一种柔性电极向脑表面的植入。在植入的过程中，植入设备先穿过电极，随后带着电极植入到脑表面。而脑表面术区多为毫米级的小窗，依靠机械臂或者外部步进电机初步移至小窗上方，分析避开血管的可植入位点，控制植入工具进行植入。为了在植入电极时减少或降低出血，需要自动识别出可植入区域。由于动物脑表面血管分布复杂，有较多毛细血管；且图像质量对成像条件较为苛刻，光照的变化会大幅影响血管识别的效果。因此，需要稳定的光学系统来保证图像质量，以及稳定能识别出脑血管并提供植入区域的算法。

进一步地，在电极的植入中，要求明确植入脑区与电极通道的对应关系，需要对植入位置进行编号。在植入电极过程中，往往有多个位点需要植入，然而电极长度有限，要考虑电极不被拉扯以及与其他电极的排布关系，对电极的植入位置顺序提出要求。此外，由于植入工具不一定完全竖直，并且脑表面存在起伏，要求植入精确严格控制植入工具与表面的植入角度和位置，准确判断植入工具空间位置。因此，还需要设计相应的立体显微成像系统，实时监测植入工具的位置，预判其在脑表面的落点。

发明内容

本申请提出了一种基于机器视觉的电极植入方法和系统。

根据本公开的实施例的第一方面，提供了一种基于机器视觉的电极植入方法，包括：由第一相机针对脑表面捕获第一图像，并由第二相机针对脑表面捕获第二图像；对第一图像和第二图像进行运算处理，其中，基于血管分割算法获得脑表面血管区域掩码，以确定脑表面图像中的可植入区域；在可植入区域中选择至少一个植入位置，根据已知的电极位置计算该至少一个植入位置与电极位置的距离，从而确定电极的植入顺序；匹配第一相机和第二相机的成像以获得变换矩阵，将第一相机的成像中植入位置所在的第一直线投影到第二相机的成像中，将第一直线与第二相机的成像中该植入位置所在的第二直线之间的交点确定为植入装置的预测落点；以及根据预测落点实时控制植入装置，直至植入点与预测落点重合。

根据本公开的实施例的第二方面，提供了一种基于机器视觉的电极植入系统，包括：第一相机，被配置为针对脑表面捕获第一图像；第二相机，被配置为针对脑表面捕获第二图像；血管分割运算单元，被配置为对第一图像和第二图像进行运算处理，其中，基于血管分割算法获得脑表面血管区域掩码，以确定脑表面图像中的可植入区域；植入顺序确定单元，被配置为在可植入区域中选择至少一个植入位置，根据已知的电极位置计算该至少一个植入位置与电极位置的距离，从而确定电极的植入顺序；植入落点预测单元，被配置为匹配第一相机和第二相机的成像以获得变换矩阵，将第一相机的成像中植入位置所在的第一直线投影到第二相机的成像中，将第一直线与第二相机的成像中该植入位置所在的第二直线之间的交点确定为植入装置的预测落点；以及植入装置控制单元，被配置为根据预测落点实时控制植入装置，直至植入点与预测落点重合。

根据本公开的实施例的优点在于适用于多种不同的成像模式，所使用的算法具有比较好的普适性，并且能够实现较好的边界分割，得到稳定的成像识别结果。

根据本公开的实施例的另一优点在于能够提供自动化的血管分割算法，易于调整算法参数，并且能够降低分割算法的计算量。