在医疗成像系统所提供的图像中自动检测手术器具技术方案

本发明专利技术涉及一种在图像中检测手术器具的设备，所述手术器具通过在患者皮肤（１４）或者其一个器官内形成的切口。该设备包括：用于存储手术器具的形状参数的装置（２８）；确定切口在图像平面上投影位置的装置（２８）；和基于形状参数和切口投影的位置确定手术器具在图像上投影的点和／或直线特征的装置（２８）。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种计算机辅助外科手术，其中医师借助医疗成像系统所 提供的图像进行手术。本专利技术更特别是涉及一种在医疗成像系统所提供的 图像中自动检测手术器具。
技术介绍
在腹腔镜检查外科手术中，使用二氧化碳对患者的腹腔充气。在腹腔壁上进行小切口 ，并将套管针(trocart)置入每个切口 。切口数取决于设 想手术的类型并且通常为2个至5个。每个套管针对应其中手术器具可能 滑动的紧密中空管。内窥镜和手术器具通过套管针^^皮置入腹腔。内窥^:所 提供的图像由照相机接收并显示在显示屏上。在外科手术期间，助手才艮据 医师给出的指令移动内窥镜。通过连接至内窥镜的照相机所提供的视频图 像，医师根据待进行的手术在腹腔中操作手术器具。腹腔镜检查外科手术的优点在于因为所进行的切口较小所以对患者 仅仅有非常小的创伤。但是，医师不能直接看到位于腹腔中的手术器具的 端部，而是仅仅具有被连至内窥镜的照相机所提供的视频图像以进行手 术。因此腹腔镜检查外科手术要求医师非常有经验。可采用定位系统而非助手来移动内窺镜。该系统的实例为Computer Motion Company以商才示Aesop出售的定位工具或者Armstrong Healthcare Comapany以商标EndoAssist出售的定位系统。可由医师通过人/机界面例 如踏板、声音控制系统、或者基于对医师头部动作的检测的控制系统控制 该定位系统。例如，遵循声音命令例如"左"、"右"、"上，，、"下"， 定位系统可将腹腔壁中的内窥镜的端部移至左边、右边、上方或者下方。该定位系统的缺点在于通常仅仅可获得对应于内窥镜简单移动的基 本控制。医师在操作手术器具的同时然后必须向内窥镜定位系统提供频繁 的移动命令例如跟随专用手术器具的移动，这一点是一个主要的约束。将期望能够以更复杂的指令控制内窺镜定位系统的移动。例如有利的是，医 师能够指定专业的手术器具，这一点将使得内窥镜向指定器具自动移动。 然后医师将不再必须为内窥镜定位系统频繁提供新的移动命令并且可自 由地完全投入到手术中。为执行这样的移动命令， 一种可能是自动确定手 术器具在被连至内窥镜的照相机所提供的视频图像上的位置。然后可基于 手术器具被确定的位置以及例如基于医师所给出的初始指令自动控制内 窺镜定位系统。Wei等人在正EE Engineering in Medicine and Biology第40-45页，1997 上的标题为 "Real-Time Visual Servoing for Laparoscopic Surgery. Controlling Robot with Color Image Segmentation"的出片反物描述了 一种基于 手术器具在其中器具带有示踪燃料的视频图像中的确定位置控制内窥镜 定位系统位移的方法。示踪燃料的检测允许确定器具在视频图像上的位这一点明显增加了成本。另外， 一旦相关的示踪燃料在视频图像上看不到 则不可能进行器具检测。
技术实现思路
本专利技术旨在克服全部或者部分上述缺点。更特别是，本专利技术旨在提供一种用于在医疗成像系统所提供的图像上 检测手术器具的方法和设备，该系统不需要更改在外科手术中通常使用的手术器具。根据本专利技术的另 一个目标，手术器具被实时检测。 为实现这些目标，本专利技术提供了一种在图像中检测手术器具的设备， 所述手术器具通过在患者皮肤或者其一个器官内形成的切口 ，该设备包括用于存储手术器具的形状参数的装置；确定切口在图像平面上投影位置的 装置；和基于形状参数和切口投影的位置确定手术器具在图像上投影的点 和/或直线特征的装置。根据本专利技术的实施例，该设备包括采集切口第 一和第二图像的装置； 确定切口在第一图像上投影点的第一位置以及所述点在第二图像上的第 二位置的装置；和从第一和第二位置确定所述点相对于患者的位置的装 置。根据本专利技术的实施例，手术器具具有细长形状，以及器具在图像平面 中对应直线的投影的横向边沿，用于确定特征点和/或直线的装置能够确定 图像的一组像素从而对该组像素中的每个像素取决于像素颜色的函^:梯 度大于阈值；并且能够选择每个跨过该像素并且垂直于该梯度的直线处于 图像平面中切口投影的高度的像素。根据本专利技术的实施例，用于确定特征点和/或直线的装置能够从所选择 的像素确定手术器具在图像上投影的对称轴；确定图像上属于器具投影的 对称轴的像素；以及确定对应器具末端的对称轴的像素。根据本专利技术的实施例，确定特征点和/或直线的装置能够从所选择的像 素确定该组像素从而对该组像素中的每对像素，该对的垂直二等分线处于 图像平面中切口的投影高度；将垂直二等分线划分为相邻的垂直二等分线 组；以及从包括最大数量垂直二等分线的垂直二等分线组确定对称轴。根据本专利技术的实施例，确定特征点和/或直线的装置能够将颜色等级从 第一或第二颜色等级分配至对称轴的每个像素；选^^包括最大数量第一颜 色等级相邻像素的第一组相邻像素和包括最大数量第二颜色等级相邻像 素的第二组相邻像素；和从第 一或者第二组像素选择最接近图像平面中切 口投影的像素组。本专利技术还提供一种控制采集患者图像的装置的定位系统的设备，在该 患者体内至少形成一个允许器具通过的切口 ，该控制设备包括提供用户所发出指令的装置；例如前面所描述的检测设备；和基于检测设备所提供的手术器具的点和/或直线特征以及由提供指令的装置所提供的指令而向定 位系统提供控制信号的装置。根据本专利技术的实施例，图像采集装置包括内窥^:和照相机。本专利技术还提供一种检测图像中手术器具的方法，所述器具经过在患者皮肤或者其一个器官中所形成的切口，该方法包括如下步骤存储手术器 具的形状参数；确定切口投影在图像平面中的位置；基于形状参数和切口 投影的位置确定图像上手术器具投影的点和/或直线特征。根据本专利技术的实施例，手术器具具有细长形状，以及器具在图像平面 中对应直线的投影的横向边沿，该方法还包括如下步骤确定图像的一组 像素从而对该组像素中的每个像素取决于像素颜色的函数梯度大于阈值； 和选择每个跨过该像素并且垂直于该梯度的直线处于图像平面中切口投 影的高度的像素。附图说明将在下面对特别实例的非限制性描述中结合附图详细讨论本专利技术的前 述和其它目标、特征和优点，其中窺镜定位系统的系统的实例；图2示意性示出了图1定位系统的实施例；图3描述了空间点的位置和该点在照相机图^^平面上投影之间的关系；图4示出了根据本专利技术用于检测手术器具的方法步骤的实例；以及 图5示意性示出了根据本专利技术的手术器具检测方法的概念。具体实施例方式为筒便起见，在不同的附图中相同的元件以相同的附图标记指代。 本专利技术基于如下事实对某些外科手术而言，例如腹腔镜检查，将手术材料置于脊推骨高度等等，手术器具通过小切口置入患者体内。因此本 专利技术提供了在医疗成像系统所提供的图像上对该手术器具的检测，同时考 虑到该器具必要地经过可在先前确定位置的切口以及已知器具的形状。这 一点使得图像上的器具检测放松从而可自动且实时地进行检测。图1示出了用于控制定位内窺镜12、实施根据本专利技术的手术器具检测 方法的系统10的设备5的实施例。对于内窥镜检查，定位系统10被置于腹腔已经被充入气体的患者的腹部14。定位系统10支撑容纳内窥镜12并 经切口 16本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在图像（１０６）中检测手术器具（９４，９５）的设备，所述手术器具通过在患者皮肤（１４）或者其一个器官内形成的切口（９２，９３），该设备包括：　用于存储手术器具的形状参数的装置（２８）；　确定切口在图像平面（ＰＩ）上投影（Ｏ↓［１］、Ｏ↓［２］）位置的装置（２８）；和　基于形状参数和切口投影的位置，确定手术器具在图像上投影的点和／或直线（Ｄ↓［１］、Ｄ↓［１］′、Ｄ↓［２］、Ｄ↓［２］′、Ｍ↓［１］、Ｍ↓［２］、Ｓ↓［１］、Ｓ↓［２］）特征的装置（２８）。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：菲利浦桑甘，桑德琳佛伦斯，
申请(专利权)人：约瑟夫傅里叶大学，
类型：发明
国别省市：FR[法国]