[发明专利]一种利用监测CCD实时测定激光探头与被照射面间距离和角度的方法

说明书

本发明公开了一种利用监测CCD实时测定激光探头与被照射面间距离和角度的方法，包括A获取硬件固定参数和B实时测定激光探头与被照射面间距离和角度两个步骤；其中步骤A包括：确定CCD获取的图像中每个像素边长对应的实物边长δ与镜头到被照射平面间距离l的关系；获取激光出光口光束半径r₀和激光光源发散角θ，获取CCD图像中光斑边界与光斑中心亮度比η与光斑中心亮度的关系；步骤B包括：获取光斑所在区域的CCD图像，确定光斑区域R；获取R的点阵图像，计算光斑椭圆点阵的短半轴和长半轴；计算激光与被照射平面法线所夹锐角；计算激光探头中心与被照射平面间距离。该方法可以实时测定距离和角度参数，给荧光导航手术中信号可靠性判断提供依据。

技术领域

本发明属于软件算法设计用于医疗器械的技术领域范畴，特别涉及影像引导手术导航中测定激光探头与受照组织面间短距离内距离和角度变化的方法。

背景技术

目前精准医疗成为医学界的新热点，而以荧光导航手术(Fluorescence guidedsurgery)技术为特点的医疗设备正呈现初步阶段的爆发式增长，从1995年小于50台/年，到2005年100台/年，再到2015年将近500台/年，而且研发生产厂家也从NovadaqTechnologies仅一家发展至Hamamatsu Photonics、Fluoptics、Quest Medical Imaging、VisionSense等百花齐放。荧光导航手术技术主要利用一种名为吲哚菁绿(IndocyanineGreen,ICG)的近红外荧光染料，其在人体内受到805nm左右激发光激发后产生825nm左右的荧光，通过带滤光镜的近红外相机对其荧光图像进行实时拍摄，再通过软件将其处理成伪彩的形式与可见光图像融合，从而实现荧光导航手术技术。

国内荧光导航手术设备正处于研发中，一种由聂书明等人发明的带有手持笔式激光探头的设备以其对于ICG浓度检测的超高灵敏度而受到全世界该领域的广泛关注。可正是因为该手持式激光探头的超高灵敏度，一些问题也伴随而来，其中一点就是荧光光谱或近红外CCD(Charge Coupled Device，电荷耦合器件)信号会因为探头距离远近和激光入射角度的变化而发生明显变化，影响其判断依据的科学性和准确性。因为该手持式激光探头工作距离只有2-10厘米，传统的脉冲激光测距仪的精度取决于时间测量的精度，电子器件固有的对信号响应的延迟制约着时间测量的精度下限，因而其对于短距离激光测距只能在30-200厘米内结果可信。激光测距的最新技术多频干涉法(Multiple Self-MixingInterferometry，MSMI)可在2.2-23cm范围内测量误差不大于0.27cm，但此方法利用的是反射光干涉会引起激光器内腔中激光波长的漂移，只适用于理想的环境，对于荧光影像导航这样本身就可能产生其他波长光的环境，很可能效果不如预期。

发明内容

发明目的：针对现有技术中存在的问题，本发明公开了一种利用监测CCD实时测定激光探头与被照射面间距离和角度的方法，该方法利用激光光斑成像的大小和形状信息，结合预先测得的探头激光光源本身的发散角和出光口光束半径等硬件参数，计算出激光探头与被照射面间的距离和角度，实现实时提供距离和角度参数的作用，给荧光导航手术中信号可靠性判断提供依据。

技术方案：本发明采用如下技术方案：

一种利用监测CCD实时测定激光探头与被照射面间距离和角度的方法，包括如下步骤：

步骤A、获取硬件固定参数：

(A1)确定激光检测CCD获取的图像中每个像素边长对应的实物边长δ与镜头到被照射平面间距离l的关系δ＝f(l)；

(A2)获取激光出光口光束半径r₀和激光光源发散角θ，获取CCD图像中光斑边界与光斑中心亮度比η；

步骤B、实时测定激光探头与被照射面间距离和角度：

(B1)获取光斑所在区域的CCD图像，确定光斑区域R；