[发明专利]一种用于插管机器人的立体气道环境构建方法

说明书

本发明涉及一种用于插管机器人的立体气道环境构建方法，包括以下步骤：1)获取初始图像和关键帧图像；2)对初始图像和关键帧图像分别进行预处理，消除畸变、噪点及反光的影响；3)进行仿射变换增强处理用以增加待匹配的特征点，获取仿射变换后的图像组及对应的仿射变换矩阵；4)对仿射变换后的图像组提取特征点，并对初始图像和关键帧图像进行特征点的重新映射展示；5)根据重新映射展示后的初始图像和关键帧图像进行特征点的稀疏重建；6)对稀疏重建后的稀疏点云进行稠密重建得到最终的稠密点云，即立体气道环境的3D模型。与现有技术相比，本发明具有三维重建精度高、鲁棒性强、适用于气道插管手术等优点。

技术领域

本发明涉及医疗图像处理领域，尤其是涉及一种用于插管机器人的立体气道环境构建方法。

背景技术

三维重建是指对三维物体建立适合计算机表示和处理的数学模型，是在计算机环境下对其进行处理、操作和分析其性质的基础，也是在计算机中建立表达客观世界的虚拟现实的关键技术。

在现有的三维重建技术中，被重建的三维物体被假设为刚体模型，通过提取图像中满足几何约束的特征点，可以恢复出视野与相机中的关系，进一步通过特征点完成稀疏点云的构建，而所谓特征点，即图像中“能够在其他含有相同场景或目标的相似图像中以一种相同的或至少非常相似的不变形式表示图像或目标”的点。

气管插管术是急救工作中常用的重要抢救技术，对抢救患者生命、降低病死率起到至关重要的作用，大多数病人通过气管插管建立人工气道，目前常见的气管插管工具是纤维内镜，纤维内镜在使用过程中，可以获得关于患者上呼吸道的图像信息。

纤维内镜技术与三维重建技术的结合，能够构建出关于气道内部的立体模型，提升医生对于插管环境的感知，解决纯内镜环境下视野不足的问题，有效提升插管效率。

然而，对于气道插管而言，人体的内环境并非严格分刚体模型，心跳、呼吸均有可能导致解剖结构形状的改变，且上呼吸道内表面较为光滑，有较多的反光存在，不易准确找到特征点，这就为特征点检测与立体气道环境构建带来了挑战。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种用于插管机器人的立体气道环境构建方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种用于插管机器人的立体气道环境构建方法，包括以下步骤：

1)通过控制插管机器人对内镜视频进行采集，获取初始图像和关键帧图像；

2)对初始图像和关键帧图像分别进行预处理，消除畸变、噪点及反光的影响；

3)对预处理后的初始图像和关键帧图像分别进行仿射变换增强处理用以增加待匹配的特征点，获取仿射变换后的图像组及对应的仿射变换矩阵；

4)对仿射变换后的图像组提取特征点，并对初始图像和关键帧图像进行特征点的重新映射展示；

5)根据重新映射展示后的初始图像和关键帧图像进行特征点的稀疏重建；

6)对稀疏重建后的稀疏点云进行稠密重建得到最终的稠密点云，即立体气道环境的3D模型。

所述的步骤1)具体包括以下步骤：

11)当插管机器人在前进过程中出现视野不清无法判断当前视野内的解剖标志物类型时，停止推进；

12)采集当前位姿下的解剖标志物周边的视频帧作为初始图像；

13)保持插管机器人的深度不变，在每个方向上调整插管机器人前端的角度，并采集角度调整过程中的多幅新视频帧；