[发明专利]用于被动式光学手术导航的器械识别方法

摘要

本发明是一种用于被动式光学手术导航的器械识别方法，属于信息技术在医学临床中应用的领域。首先各个待识别器械上标志点的位置分布为：每个器械上所固结的标志点形状完全相同，但同一手术器械上各标志点间的距离不相同，不同器械上的标志点间的距离也有显著差别。检测时，首先利用双目视觉原理，检测三维空间中的标志点。然后按已知的器械上标志点的距离对各个标志点间的几何关系进行匹配检测，若能够找到这样的组合，则完成了匹配，认为选中的标志点组成了该器械。本发明的优点是只使用一种规格的标志点就可以对手术中使用的多种手术器械进行被动的跟踪定位，提高了易损的标志点更换的互换性，降低了更换标志点的成本。

主权项

1、用于被动式光学手术导航的器械识别方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤1：初始化系统：根据待识别的手术器械个数与各器械的唯一编号，读取预先存储在计算机中的待识别器械的参数文件，从参数文件中获得各个待识别器械上标志点的位置分布方案，并组成对应于该器械的距离数组即各标志点间距离从小到大排列组成的数组，以及器械质心或尖端、器械方向及各标志点之间的坐标位置关系；所述的各个待识别器械上标志点的位置分布方案为：每个器械上都固结有三个或四个共面的标志点，所有标志点的形状完全相同；但同一手术器械上各标志点间的距离不相同，标志点联线组成的多边形是不对称的；同时，不同器械上的标志点间的距离形成的距离数组中至少有两个对应距离是不相同的；步骤2：利用红外光学三维定位系统的摄像机拍摄包含器械的图像对，并用双目视觉原理对摄像机视场中的各个标志点的三维空间位置进行解算；步骤3：任意选取一个待识别的器械，按照上述步骤1所获得的对应该器械的标志点距离数组，选取其中的一个已知距离，作为进一步搜索的条件；步骤4：从步骤2中所识别出的任意一个标志点出发，该出发点即为起始点，逐次计算起始点到其它标志点的距离，如果能够得到一个与步骤3中所述的已知距离匹配的标志点，即匹配点，则记录下该起始点和匹配点的编号和位置；步骤5：在器械对应的距离数组中选取另外一对标志点间的已知距离，分别从步骤4的起始点和匹配点所对应位置出发，计算其他标志点到该点的距离，若找到与该距离匹配的标志点，则将步骤4的起始点和匹配点及刚刚搜索到的第二个标志点编号和位置记录下来；如果在标志点中无法找到进一步的匹配点，则另外选取一个起始点，再重复步骤4和步骤5的试算；直到找到两个匹配点；步骤6：通过上述步骤得到的起始点和两个匹配点建立一个平面，然后对除去起始点和匹配点的其他标志点，用共面关系做进一步筛选，排除所有与该平面距不共面的标志点；如果在所识别的标志点中无法找到等于或多于待识别器械上标志点个数的共面标志点，则重复步骤4、步骤5，重新选择另一个起始点进行这样的匹配搜索；步骤7：考察步骤6所得到的各个共面的标志点之间的距离是否与步骤3中的待识别的手术器械的距离数组相匹配，具体为：将所识别的各个共面标志点间的距离进行从小到大的排序，并与待识别手术器械上的距离数组进行匹配；若满足匹配关系便认为识别到了步骤3中选定的待识别器械，记录下该器械所对应的标志点的编号和位置，并在剩余的标志点中寻找新的器械，即重复步骤3～步骤7，直至待识别的器械全部找到；若在共面的标志点组中找到多于一个的匹配距离组，则先记录下所有匹配点的位置和编号，并在步骤8中作进一步的区分；步骤8：当某一器械识别中找到多于一个的匹配距离组时，在得到所有器械的匹配情况下，通过考察所记录的所有标志点组，找到多个器械共用一个标志点的情况，将该共用标志点划归于只匹配到一次的那个器械，从而使多于一次匹配的器械的匹配标志点减少，最终得到所有要识别的器械；步骤9：对匹配得到的属于同一器械的各个标志点，根据各标志点联线所组成的不对称图形，与事先存储的器械标志点布局进行比较，确定该组内各标志点的顺序，从而计算得到器械的空间方向和尖端位置信息。