一种智能针刀治疗系统技术方案

本发明专利技术公开的智能针刀治疗系统，包括工作台和设于工作台上的机器人手臂、针刀盒、医学摄像仪和控制模块，机器人手臂用于实施针刀手术；针刀盒用于储存和输出各种型号的针刀；医学摄像仪用于摄制和采集病症部位所需的图像数据；控制模块，基于医学摄像仪所采集的图像数据来控制机器人手臂的针刀操作；所述的控制模块包括三维模型构建单元和显示确认单元，三维模型构建单元基于采集的病症部位的图像数据融合得到病症三维模型，对比人体对应的标准三维模型后，获取针刀的针刺位置和针刺深度数据信息，模拟针刀在三维模型中的导航结果来确定机器人手臂的针刀手术路径。本发明专利技术可以实现精准治疗，提高了针刀治疗的安全性和有效性。

An Intelligent Acupotomy Treatment System

The invention discloses an intelligent needle-knife treatment system, which includes a worktable and a robot arm, a needle-knife box, a medical camera and a control module on the worktable. The robot arm is used for needle-knife surgery; the needle-knife box is used for storing and outputting various types of needle-knives; the medical camera is used for shooting and collecting image data needed for the disease parts; and the control module is based on medical camera. The image data collected by the instrument controls the manipulation of the needle and knife of the robot arm. The control module includes three-dimensional model building unit and display confirmation unit. The three-dimensional model building unit obtains the three-dimensional model of the disease based on the image data fusion of the collected disease parts. After comparing the corresponding standard three-dimensional model of the human body, the needle and knife position and needle depth data information are obtained. The navigation result of the needle-like knife in the three-dimensional model determines the needle-like knife surgical path of the robot arm. The invention can realize precise treatment and improve the safety and effectiveness of needle-knife treatment.

【技术实现步骤摘要】
一种智能针刀治疗系统
本专利技术涉及一种机器视觉的智能化针刀治疗

技术介绍
小针刀疗法是一种介于手术方法和非手术疗法之间的闭合性松解术。是在切开性手术方法的基础上结合针刺方法形成的。小针刀疗法操作的特点是在治疗部位刺入深部到病变处进行轻松的切割，剥离有害的组织，以达到止痛祛病的目的。其适应症主要是软组织损伤性病变和骨关节病变。小针刀疗法的优点是治疗过程操作简单，不受任何环境和条件的限制。治疗时切口小，不用缝合，对人体组织的损伤也小，且不易引起感染，无不良反应，病人也无明显痛苦和恐惧感，术后无需休息，治疗时间短，疗程短，患者易于接受。然而，现有针刀治疗过程中建立的患者病症部位的三维模型精度低，影响观察治疗；同时，现有针刀手术安全性和有效程度取决于术者对疾病的主观认识和施术部位解剖位置的掌握程度。因此针刀疗法在推广应用的过程中，由于操作者水平的参差不齐，产生副作用和并发症的机率比较大，有时还会产生一些不可逆的损伤。
技术实现思路
本专利技术的目的就在于提供一种机器视觉的针刀治疗系统，以解决现有技术中的上述问题。为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种智能针刀治疗系统，包括工作台和设于工作台上的机器人手臂、针刀盒、医学摄像仪和控制模块，所述的机器人手臂用于实施针刀手术；所述的针刀盒用于储存和输出各种型号的针刀；所述的医学摄像仪用于摄制和采集病症部位所需的图像数据；所述的控制模块，基于医学摄像仪所采集的图像数据来控制机器人手臂的针刀操作；所述的控制模块包括三维模型构建单元和显示确认单元，所述的三维模型构建单元基于采集的病症部位的图像数据融合得到病症三维模型，对比人体对应的标准三维模型后，获取针刀的针刺位置和针刺深度数据信息，模拟针刀在三维模型中的导航结果来确定机器人手臂的针刀手术路径。进一步，所述的三维模型构建单元，其病症三维模型建模方法包括：(1)通过医学摄像仪获取包含患者病症部位各个局部的深度图像；(2)将步骤(1)得到的各个局部的深度图像进行动态融合，获得各个局部的三维网格；(3)利用标准模型匹配各个局部的三维网格，求取形态参数和关节变换矩阵；(4)根据形态参数和关节变换矩阵，获取三维模型。进一步，上述的步骤(2)包括：a.建立参考TSDF体，将第一幅深度图像融合到TSDF体中，得到初始三维网格；b.对于后续获取的每一幅深度图像，获取已有三维网格到深度图像之间的匹配点对；根据匹配点对求取网格的非刚性运动场；c.根据非刚性运动场，将深度图像融合到TSDF体中，得到新的三维网格；d.重复上步，直至所有深度图像全部融合到TSDF体中，得到最终的三维网格。进一步，上述的步骤(3)包括：a.将SMPL人体模型进行形态变化和姿态变化，匹配各个局部的三维网格；建立能量函数，求取各个三维网格下的初始形态参数和初始关节变换矩阵；b.将所述各个三维网格下的初始形态参数进行平均，获得最终的形态参数；c.根据所述初始关节变换矩阵以及SMPL人体模型与三维网格的匹配结果，将各个局部的三维网格反变换至标准姿态三维网格；依据标准姿态三维网格，对初始关节变换矩阵进行优化，获得最终的关节变换矩阵。进一步，所述的三维模型构建单元，还包括导航模拟单元，其根据最终确立的三维模型和预设的针刀选择标准，确定出模拟针刀在所述三维模型中的模拟导航结果，最后将所述模拟导航结果进行三维渲染显示。进一步，所述的显示确认单元输出显示三维模型构建单元的三维模拟导航结果，获得人工操作确认后反馈到控制模块，控制模块依据三维模拟导航结果控制针刀盒内的针刀型号输出和机器人手臂拿取针刀后的手术操作。进一步，所述的智能针刀治疗系统，还包括红外温度传感器，为控制模块提供病症部位温度数据以判断是否发热和炎症。进一步，所述的医学摄像仪获取患者病症部位深度图像是指X光学图像数据或MR光学图像数据。进一步，所述的针刀盒内设有紫外灭菌管。本专利技术的有益效果：本专利技术通过三维模型构建单元利用标准模型，求取所获取病症部位深度图像中的形态参数和关节变换矩阵；通过所获取的形态参数和关节变换矩阵，可使最终获得的三维模型精确度高、鲁棒性好，便于针刀治疗时三维模型清晰观察；同时，通过导航模拟单元根据预设的针刀导航要求预先三维渲染显示模拟针刀在三维模型中的模拟导航结果，以使术者提前了解针刀的针刺位置和针刺深度等情况，提高针刀治疗的安全性和有效性，避免临床不良事件的发生。本专利技术通过实时磁定位及追踪确定所述数据点集中的目标数据点集，使用5x5的BoxFilter对输入图像I进行平滑滤波，得到Is；以Is为最底层构造图像金字塔k∈{1，2，...，v}，v是金字塔层数，即将每一级图像的长宽缩小为原来的0.5，分别得到v幅图像；其中是最底层的原图，是最顶层；在图像金字塔的顶层上以网格分布为规律生成均匀分布的种子点后，得到目标数据点集分割信息，再进行图像空间及物理空间的配准，得到所述模拟针刀在所述三维模型中的模拟导航结果。综上，本专利技术提供的机器视觉的智能针刀治疗系统可以实现精准治疗，提高了针刀治疗的安全性和有效性。同时，这种智能化治疗系统也缓解了医疗资源的短缺，提高了医疗效率。附图说明图1为本专利技术智能针刀治疗系统优化的模块之一示意图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例及附图，对本专利技术的技术方案进行实例性地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。如图1所示，本专利技术提供一种智能针刀治疗系统，包括工作台(图1中未示出)和设于工作台上的机器人手臂1、针刀盒2、医学摄像仪3、红外温度传感器4和控制模块5，所述的机器人1手臂用于实施针刀手术；所述的针刀盒2用于储存和输出各种型号的针刀；所述的医学摄像仪3用于摄制和采集病症部位所需的图像数据；所述的控制模块5，基于医学摄像仪所采集的图像数据来控制机器人手臂的针刀操作；所述的控制模块包括三维模型构建单元501和显示确认单元502，所述的三维模型构建单元501基于采集的病症部位的图像数据融合得到病症三维模型，对比人体对应的标准三维模型后，获取针刀的针刺位置和针刺深度数据信息，模拟针刀在三维模型中的导航结果来确定机器人手臂的针刀手术路径。作为优选的方式之一，所述的三维模型构建单元，其病症三维模型建模方法包括：(1)通过医学摄像仪获取包含患者病症部位各个局部的深度图像；(2)将步骤(1)得到的各个局部的深度图像进行动态融合，获得各个局部的三维网格；(3)利用标准模型匹配各个局部的三维网格，求取形态参数和关节变换矩阵；(4)根据形态参数和关节变换矩阵，获取三维模型。进一步作为优选的方式之一，上述的步骤(2)包括：a.建立参考TSDF体，将第一幅深度图像融合到TSDF体中，得到初始三维网格；b.对于后续获取的每一幅深度图像，获取已有三维网格到深度图像之间的匹配点对；根据匹配点对求取网格的非刚性运动场；c.根据非刚性运动场，将深度图像融合到TSDF体中，得到新的三维网格；d.重复上步，直至所有深度图像全部融合到TSDF体中，得到最终的三维网格。进一步作为优选的方式之二，上述的步骤(3)包括：a.将SMPL人体模型进行形态变化和姿态变本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种智能针刀治疗系统，包括工作台和设于工作台上的机器人手臂、针刀盒、医学摄像仪和控制模块，所述的机器人手臂用于实施针刀手术；所述的针刀盒用于储存和输出各种型号的针刀；所述的医学摄像仪用于摄制和采集病症部位所需的图像数据；所述的控制模块，基于医学摄像仪所采集的图像数据来控制机器人手臂的针刀操作；所述的控制模块包括三维模型构建单元和显示确认单元，所述的三维模型构建单元基于采集的病症部位的图像数据融合得到病症三维模型，对比人体对应的标准三维模型后，获取针刀的针刺位置和针刺深度数据信息，模拟针刀在三维模型中的导航结果来确定机器人手臂的针刀手术路径。

【技术特征摘要】
1.一种智能针刀治疗系统，包括工作台和设于工作台上的机器人手臂、针刀盒、医学摄像仪和控制模块，所述的机器人手臂用于实施针刀手术；所述的针刀盒用于储存和输出各种型号的针刀；所述的医学摄像仪用于摄制和采集病症部位所需的图像数据；所述的控制模块，基于医学摄像仪所采集的图像数据来控制机器人手臂的针刀操作；所述的控制模块包括三维模型构建单元和显示确认单元，所述的三维模型构建单元基于采集的病症部位的图像数据融合得到病症三维模型，对比人体对应的标准三维模型后，获取针刀的针刺位置和针刺深度数据信息，模拟针刀在三维模型中的导航结果来确定机器人手臂的针刀手术路径。2.如权利要求1所述的智能针刀治疗系统，其特征在于：所述的三维模型构建单元，其病症三维模型建模方法包括：(1)通过医学摄像仪获取包含患者病症部位各个局部的深度图像；(2)将步骤(1)得到的各个局部的深度图像进行动态融合，获得各个局部的三维网格；(3)利用标准模型匹配各个局部的三维网格，求取形态参数和关节变换矩阵；(4)根据形态参数和关节变换矩阵，获取三维模型。3.如权利要求2所述的智能针刀治疗系统，其特征在于：所述的步骤(2)包括：a.建立参考TSDF体，将第一幅深度图像融合到TSDF体中，得到初始三维网格；b.对于后续获取的每一幅深度图像，获取已有三维网格到深度图像之间的匹配点对；根据匹配点对求取网格的非刚性运动场；c.根据非刚性运动场，将深度图像融合到TSDF体中，得到新的三维网格；d.重复上步，直至所有深度图像全部融合到TSDF体中，得到最终的三维网格。4.如权利要求2所述的智能针刀治疗系统，其特征在于：所述的步骤(3)包括：a.将SMPL人体模型进行形态变化和姿态变化，匹配各个局部的三维网格；建立能量函数，求取各个三维网格下的初始形态参数和初始关节变换矩阵；b.将所述各个三维网格下的初始形态参数进行平均，获得最终的形态参数；c.根据所述初始关节变换矩阵以及SMPL人体模型与三维网格的匹配结果，将各个局部的三维网格反变换至标准姿态三维网格；依据标准姿态三维网格，对初始关节变换矩阵进行优化，获得最终的关节变换矩阵。5.如权利要求1所述的智能针刀治疗系统，其特征在于：所述的三维模型构建单元，还包括导航模拟单元，其根据最终确立的三维模型和预设的针刀选择标准，确定出模拟针刀在所述三维模型中的模...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘芳，
申请(专利权)人：杭州市红十字会医院，
类型：发明
国别省市：浙江,33