[发明专利]双目内窥镜手术视觉系统

说明书

【技术领域】：

本发明属于内窥镜立体视觉领域，特别涉及医疗机器人在腹腔微创领域的立体视觉系统，其原理为通过位移视差法双光路实时图像合成虚拟现实的立体视觉系统。

【背景技术】：

目前，医疗机器人技术的研究已经成为国际机器人领域的前沿研究热点之一，其中医疗外科机器人的研究最为突出。近年来，医务工作人员与科学工程技术人员紧密配合，研究开发了许多类型的医用外科手术机器人系统，有些已经很好的应用于临床实践。如美国Intuitive Surgical公司开发的daVinci外科手术机器人系统。而在da Vinci系统问世之前，Computer Motion公司于1996年，根据所研制的AESOP系列机器人，开发出功能强大的视觉系统，推出了ZEUS机器人系统。这个系统让外科医生首先突破了传统微创手术的界限，将微创手术精度和水平提高到新的高度，大大降低了病人的痛苦、手术创伤和手术费用，缩短了康复时间，同时也减轻了医生的疲劳强度。

腹腔镜手术环境下的立体显示系统要求具备：双路内窥镜视频流实时立体显示、易消毒、可靠性、高图像质量等要求。而传统的内窥镜都是单目，医生通过观察单路2D图像进行手术。2D图像不能给医生直观的立体感，从而使医生手术过程中强度变大，手术精度不高。为了解决由于2D图像缺乏立体视觉而给医生造成额外工作负担和工作效率受损的问题，腹腔镜手术立体视觉系统的研发就显得尤为重要。目前市场上有很多种类型的立体视觉显示设备，其中比较成熟的是双色眼镜、快门眼镜、立体显示器、被动式投影和头盔式立体显示设备。目前这些技术已经有成熟的产品，但是现有的每种解决方案都不能满足腹腔镜手术立体视觉显示的要求。

【发明内容】：

本发明目的是为了满足腹腔镜手术过程中医生对于3D立体视觉显示的需求，提供一种立体的双目内窥镜手术视觉系统。

临床手术研究发现，医生通过观察3D的手术场景比观察2D图像进行手术成功率更高、精确度高、手术效率高，因为3D视觉能给医生提供深度信息。

本发明提供的双目内窥镜手术视觉系统主要由双目内窥镜、图像服务器和内窥镜立体显示单元构成；其中，

双目内窥镜：所述的双目内窥镜包括双摄像机和双光路，分别是为获取两路有视差视频流和为摄像机提供双路照明，保证图像亮度，并且使得获取的图像光照均匀。其具体结构包括，双目内窥镜管身，管身内设置有两路相互独立的图像采集单元，该图像采集单元包括物镜，以及物镜后依次设置的转镜、转向棱镜和目镜，然后通过小镜头在CCD上成像，再经摄像机控制器通过S端子将图像信号输出至图像服务器中的PC机；双目内窥镜管身内还设有通过管身上设置的进光组件与外部光源连通的光纤。

图像服务器：使用一般的PC机，其主板安装双图像采集卡，图像采集卡具备S端子并和摄像机控制器相连，用于实时采集双目内窥镜输出的实时视频信号；同时PC机显卡要支持双屏幕显示；图像服务器用于完成对双目内窥镜视频流的实时采集，选择输出图像至内存，在内存中对内窥镜图像进行处理，基本的处理包括图像的平移、剪裁、去噪、白平衡、测光区域选取等。另外为了解决摄像机图像畸变问题，在图像服务器中进行摄像机标定，使用标定出的摄像机内参数对图像进行径向畸变校正，从而获得高质量立体效果。校正过的两路实时图像分别传送至立体显示单元的左右显示器的显示屏。

内窥镜立体显示单元：由图像服务器提供双显示器接口，为内窥镜立体显示单元提供双路视差场景视频流信号；内窥镜立体显示单元主要包括三部分：立体显示控制台；平面镜；显示器；

立体显示控制台两侧各活动安装有一个显示器，两个显示屏相对设置，显示器可以绕安装轴转动，支撑板中部安装有两个平面镜，两个平面镜间的夹角在45°-135°范围自由调整，以使立体显示控制台前方观察到的两个平面镜中的图像重合。

所述的平面镜为单面镀铝膜平面镜。由于普通的平面镜一般是要经过玻璃折射，再反射成像，这样会容易产生重影现象，影响立体视觉效果。

两个平面镜一侧共同安装在控制台中部的立轴上，两个平面镜的另一侧分别各与一个长拉杆的一端固定，长拉杆的另一端各铰接一个短拉杆，短拉杆上各开有一个调节槽，两个短拉杆用螺栓通过调节槽铰接固定在一起。

所述的显示器为液晶显示器。

立体显示单元工作原理，如图6所示：