[发明专利]一种内窥镜视野自主控制方法、系统及介质

说明书

本发明公开了一种内窥镜视野自主控制方法、系统及介质，方法包括：获取内窥镜摄像头的视觉反馈和绳驱机械臂的真实绳长；一方面，基于视觉反馈计算图像清晰度，对手术器械尖端进行分割和定位；另一方面，基于真实绳长建立绳索‑末端运动学模型和位置级RCM约束方程；根据上述获得的信息建立手术视野调整的优化模型；利用基于多目标优化的手术视野智能调整方法计算内窥镜摄像头的期望速度；建立速度级RCM约束方程和末端‑绳索逆运动学模型，解算得到绳索长度，进而实现持镜机器人的运动控制。通过使用本发明，能够实现器械尖端快速、准确及有效的跟踪，降低手眼不协调，提高图像清晰度以及智能视野调整的安全性和稳定性。

技术领域

本发明涉及手术辅助控制技术领域，尤其涉及一种内窥镜视野自主控制方法、系统及介质。

背景技术

随着微创手术的普及和机器人技术应用的推广，针对腔镜手术机器人的研究变得很活跃。不同于主从控制式系统，辅助持镜机器人与主刀医生的协同操作具有更高的可靠性，而且辅助持镜机器人的研发成本远小于主从控制式系统。在腹腔镜手术中，智能辅助持镜机器人具有响应快、稳定性强及精度高等优势，能够辅助外科医生进行手术视野的智能调整。智能辅助持镜机器人通过视觉反馈实现手术器械尖端的快速定位，进而自主地调整手术视野，辅助外科医生完成手术操作，具有重要的研究意义和巨大的市场需求。然而，传统的伺服控制方法大多基于主从式腔镜机器人，不仅优化目标单一，而且缺少内窥镜姿态的控制和视觉反馈质量的评估及优化。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种内窥镜视野自主控制方法、系统及介质，能够实现器械尖端快速、准确及有效的跟踪，降低手眼不协调，提高图像清晰度以及智能视野调整的安全性和稳定性。

为实现上述目的，本发明提供了一种内窥镜视野自主控制方法，包括：

获取内窥镜摄像头的视觉反馈和绳驱机械臂的真实绳长；

基于视觉反馈计算图像清晰度，对手术器械尖端进行分割和定位；基于真实绳长建立绳索-末端运动学模型和位置级RCM约束方程；

建立手术视野调整的优化模型；

利用基于多目标优化的手术视野智能调整方法计算内窥镜摄像头的期望速度；

建立速度级RCM约束方程和末端-绳索逆运动学模型，解算得到绳索长度，对持镜机器人进行运动控制。

进一步的，所述对手术器械尖端进行分割和定位包括：

(1)提取ROI图像；

(2)将ROI图像转换为器械尖端的灰度图像；

(3)对灰度图像进行中值滤波，进而得到滤波后的图像；

(4)将滤波后的图像转换为器械尖端的二值图像；

(5)提取二值图像中器械尖端的的轮廓；

(6)筛选二值图像中器械尖端的的轮廓；

(7)计算器械尖端的重心；

(8)计算系统跟踪点。

进一步的，所述建立手术视野调整的优化模型包括：器械尖端图像特征的跟踪模型、方向误差的手眼协调模型、图像清晰度的优化模型、位置级和速度级的安全约束模型。

进一步的，所述器械尖端图像特征的跟踪模型具体为：

式中，