CN114569201B - 一种图像导航穿刺进针点检测方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种图像导航穿刺进针点检测方法及装置，属于医用器械领域。包括穿刺针，相机，测距传感器以及机架；所述穿刺针与机架连接，相机位于穿刺针正下方与机架连接，测距传感器与机架相连。以相机底面作为基准面，获得相机与穿刺目标平面之间的距离L，以及相机和穿刺针各自轴线的中心距P；通过距离L和中心距P计算目标点偏移角度；并计算目标点偏移角度a占相机视角N的比例，从而获得相机图像视角下虚拟进针点的偏移量；本发明可以实现对穿刺手术导航术中穿刺进针点测量，提高术中穿刺进针精度。

Description

一种图像导航穿刺进针点检测方法及装置
技术领域
本发明属于医疗器械技术领域，具体为一种图像导航穿刺进针点检测方法及装置。
背景技术
穿刺手术是目前临床应用中最为常用的诊疗手段，随着机器人技术的进一步发展，机器人远程辅助穿刺手术的需求日渐增加。在机器人远程辅助穿刺手术状态下，需要医生通过视觉实时观察当前穿刺针的进针位置以及进针状态。
然而由于穿刺设备的空间结构以及相机成像原理的制约，相机与穿刺针之间存在一定偏移量，由此导致穿刺针的进针点并非位于相机图像的几何中心，同时随着穿刺针与患者皮肤表面的距离不同而实时偏移。由此会导致医生难以准确判断穿刺的目标位置，以致降低穿刺精度甚至产生严重的医疗事故。
发明内容
本发明提出一种图像导航穿刺进针点检测方法及装置用于医疗器械领域。解决了目前穿刺设备导航中存在的图像空间下穿刺进针点难以准确判断的问题。通过对穿刺针与穿刺目标间距离检测的方式，结合相机视角成像原理，实现了在相机空间下的穿刺导航目标点的准确检测，可有效提高穿刺导航术中的穿刺进针点精度，与激光指示方法相比风险较低，同时结构简洁，对现有医疗穿刺设备构型影响较小，具有良好的通用性。
本发明采用如下方案：
一种图像导航穿刺进针点检测方法及装置，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1：以相机(2)底面作为基准面，获得相机(2)与穿刺目标平面(5)之间的距离L，以及相机(2)和穿刺针(1)各自轴线的中心距P；
步骤2：通过距离L和中心距P计算目标点偏移角度：
根据公式：a_offset=arctan(P/L)获得目标点偏移角度a；
步骤3：计算目标点偏移角度a占相机视角N的比例：
根据公式：F_ratio= a_offset/(N/2)
步骤4：计算相机图像视角下虚拟进针点的偏移量：
在相机图像中进针点(62)位置的偏移像素k可根据公式：
k=h* F_ratio=h* a_offset/(N/2)获得；
其中，h为相机图像空间中针体(61)轴线方向像素总数量的二分之一。
作为优选，包括穿刺针(1)，相机(2)，测距传感器(3)以及机架(4)；所述穿刺针(1)与机架(4)连接，相机(2)位于穿刺针(1)正下方与机架(4)连接，测距传感器(3) 与机架(4)相连。
本发明的有益效果在于：
1. 本发明可以实现对穿刺手术导航术中穿刺进针点测量，提高术中穿刺进针精度；
2. 本发明采用了在导航相机图像空间下的穿刺进针点显示，避免了在物理空间下通过激光标定等方式对安全以及操控空间的干扰；
3. 在进针点检测的同时可以获得穿刺针针尖与待穿刺皮肤表面间的距离，在不增加额外传感装置的情况下可进一步提高医生对进针状态的判断，提升穿刺手术的安全性。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为本发明检测原理示意图；
图3 为相机图像空间下进针点偏移原理示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面通过附图中示出的具体实施例来描述本发明。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
以下结合附图进一步说明本发明的具体结构及实施方式。
本发明的结构组成如图1、图2、图3
本发明采用如下方案：
实施例1：
一种图像导航穿刺进针点检测方法及装置，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1：以相机(2)底面作为基准面，获得相机(2)与穿刺目标平面(5)之间的距离L，以及相机(2)和穿刺针(1)各自轴线的中心距P；
步骤2：通过距离L和中心距P计算目标点偏移角度：
根据公式：a_offset=arctan(P/L)获得目标点偏移角度a；
步骤3：计算目标点偏移角度a占相机视角N的比例：
根据公式：F_ratio= a_offset/(N/2)
步骤4：计算相机图像视角下虚拟进针点的偏移量：
在相机图像中进针点(62)位置的偏移像素k可根据公式：
k=h* F_ratio=h* a_offset/(N/2)获得；
其中，h为相机图像空间中针体(61)轴线方向像素总数量的二分之一。
实施例2：
一种图像导航穿刺进针点检测方法及装置，其特征在于包括穿刺针(1)，相机(2)，测距传感器(3)以及机架(4)；所述穿刺针(1)与机架(4)连接，相机(2)位于穿刺针(1)正下方与机架(4)连接，测距传感器(3) 与机架(4)相连。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定 。

Claims (1)

1.一种图像导航穿刺进针点检测方法，其特征在于包括穿刺针(1)，相机(2)，测距传感器(3)以及机架(4)；所述穿刺针(1)与机架(4)连接，相机(2)位于穿刺针(1)正下方与机架(4)连接，测距传感器(3)与机架(4)相连，穿刺进针点检测方法步骤如下：
步骤1：以相机(2)底面作为基准面，获得相机(2)与穿刺目标平面(5)之间的距离L，以及相机(2)和穿刺针(1)各自轴线的中心距P；
步骤2：通过距离L和中心距P计算目标点偏移角度：
根据公式：a_offset＝arctan(P/L)获得目标点偏移角度a；
步骤3：计算目标点偏移角度a占相机视角N的比例：
根据公式：F_ratio＝a_offset/(N/2)
步骤4：计算相机图像视角下虚拟进针点的偏移量：
在相机图像中进针点(62)位置的偏移像素k可根据公式：
k＝h*F_ratio＝h*a_offset/(N/2)获得；
其中，h为相机图像空间中针体(61)轴线方向像素总数量的二分之一。
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