【技术实现步骤摘要】
胃部消化道下手术器械追踪和实时预警的方法和系统
[0001]本专利技术涉及医疗器械
，尤其涉及一种胃部消化道下手术器械追踪和实时预警的方法和系统。
技术介绍
[0002]为了解决单器械内镜切割手术操作空间小的难题，人们开始研发多器械辅助的内镜微创手术机器人方法，通过辅助器械的应用，让手术刀获得更大的操作空间，同时保证手术的安全性。其中，最重要的辅助器械便是手术钳。在手术中，手术钳通过对消化道粘膜的夹取、提拉等操作，充分暴露粘膜下层，为内镜手术提供了极大的可操作空间。
[0003]然而，辅助器械的引入，也给内镜微创手术带来了额外的安全隐患。内镜手术严重依赖医生精细操作，但由于手术过程中缺乏操作力的反馈，触感信息缺失，医生难以合理评估辅助器械夹持，拉拽等操作的安全性，容易误操作导致软组织撕裂，引发组织大出血，危及病人生命安全。所以，传统内镜微创手术中，医生不仅要保证手术的顺利进行，还要分心去保证器械与软组织交互的安全，这极大增加了医生的负担，降低了内镜手术的安全性，阻碍了内镜微创手术的进一步发展。针对这些问题，目前...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.胃部消化道下手术器械追踪和实时预警的方法，其特征在于：其包括：步骤S1，对获取的单目内窥镜术中实时影像进行图像预处理，获得可直接处理的核心视频图像信息；步骤S2，手术器械识别与分割，采用HSV颜色空间变换和阈值识别、最大轮廓提取与器械分割，获得器械末端位置点；步骤S3，手术器械追踪预警，包括：通过标尺变换，把二维图像特征转换到三维位移和形变上，得到每像素点所占长度，以此作为单位计算末端位置点在不同帧下所移动的距离，从而得到器械末端位置点的位移大小；通过角点检测确定软组织上的指定个数特征点；借助光流追踪这些特征点，实时获取器械和软组织相较开始时刻的位移以及形变；并设定安全阈值以对拉扯状态进行判断：当器械末端位置点和软组织整体形变同时大于设定的阈值时，判断为状态不安全，并发出预警信号。2.根据权利要求1所述的胃部消化道下手术器械追踪和实时预警方法，其特征在于：步骤S1图像预处理包括：将图像从内窥镜采集格式变换到图像后期处理所需格式，再借助现有的鱼眼内窥镜的内参和外参进行标定实验，完成单目鱼眼内窥镜摄像头的畸变校正，最后进行图像裁剪，保留图像中手术器械夹持软组织的区域，获得可直接处理的核心视频图像信息。3.根据权利要求2所述的胃部消化道下手术器械追踪和实时预警方法，其特征在于：步骤S2包括：利用HSV颜色空间变换，确定器械在实验环境下所适用的色调H、饱和度S和明度V的阈值范围，得到器械的粗略轮廓；借助最大轮廓提取，分割和绘制出器械的轮廓以及外接最小矩形，同时借助器械末端始终出现在图像中心点附近的先验信息确定器械末端对应矩形的短边中点，以该点的位置代表器械末端位置点。4.根据权利要求3所述的胃部消化道下手术器械追踪和实时预警方法，其特征在于：所述器械末端采用如下步骤进行确定：在输入为手术器械最小外接矩形四个端点(p0,p1,p2,p3)时，取任意邻边的欧拉距离进行比较，若ED(p0,p3)<ED(p0,p1)，则确定最小外接矩形短边为(p0,p3)和(p1,p2)；如果有ED(mid(p0,p3),O
c
)<ED(mid(p1,p2),O
c
)，则确定器械末端短边为中点为(p0,p3)，对应器械末端点为短边中点mid(p0,p3)；反之，其他三种情况可以同理推得器械末端位置。5.根据权利要求4所述的胃部消化道下手术器械追踪和实时预警方法，其特征在于：所述安全阈值通过动物离体实验中得到的拉力和位移形变的关系函数设定；所述动物离体实验中，首先将单目摄像头连接电脑以记录影像，调节光源亮度和摄像头焦距以获得清晰成像，然后用手术钳夹持拉拽软组织凸起，模拟手术器械与生物软组织的交互过程，最后记录并存档整个手术过程，从而得到模拟手术视频集；其中，所述模拟手术视频集包括多段有效器械拉拽视频，同时借助多次实验采集得到的位移和拉力关系，对多组实验数据的散点图进行拟合，得到拉力和位移形变的关系函数，从而确定安全阈值。6.根据权利要求5所述的胃部消化道下手术器械追踪和实时预警方法，其特征在于：所述光流追踪中包括软组织形变安全性识别算法，所述软组织形变安全性识别算法的开始判断基于特征点的整体位移大小，当...
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