【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及醫療器械，尤其涉及一種手術器械在內窺鏡視野內位置估計方法。
技術介紹
1、目前，手術機器人具有多關節、特征模塊化固有特點。如圖1所示，手術機器人通常包括：基座1、中心柱2、吊桿3、持鏡臂4、持械臂5等結構，其中持鏡臂4上攜帶的器械為內窺鏡，持械臂5上攜帶的器械為手術器械。
2、隨著對手術機器人的要求越來越高，例如期望手術機器人實現高精度、高安全性的手術規范要求，首先需要完善手術機器人一些輔助手術功能，如對手術機器人關鍵位置的標定，以及通過內窺鏡視野的觀察，精準的、快速的、安全的判斷出手術器械的末端是否在內窺鏡視野內運動。因為在實際手術過程中，由于內窺鏡視野的局限性，操作者在控制手術機器人的主手進而移動手術器械過程中，手術器械會有超出內窺鏡視野的風險。如果看不到手術器械，將對手術的安全性和效率造成一定的影響。
技術實現思路
1、為了解決現有技術中存在的問題，本申請提出了一種手術器械在內窺鏡視野內位置估計方法。
2、為了實現上述目的，本申請提出了一種手術器械在內窺鏡視野內位置估計方法，包括以下步驟：
3、步驟1、計算手術器械坐標系與內窺鏡坐標系之間的變換矩陣；
4、步驟2、選取手術器械上的特征點，之后利用手術器械坐標系和內窺鏡坐標系之間的變換矩陣構建手術器械上的特征點在內窺鏡坐標系下的位置矩陣；
5、步驟3、計算手術器械上特征點在內窺鏡視野下的位置；
6、步驟4、判斷手術器械是否在內窺鏡視野內。>
7、在一些實施例中，所述步驟1的具體過程如下：
8、步驟101、根據內窺鏡各關節的dh參數計算得到內窺鏡坐標系相對于手術機器人基坐標系的變換矩陣；
9、步驟102、根據手術器械的dh參數計算得到手術器械坐標系相對于手術機器人基坐標系的齊次變換矩陣；
10、步驟103、通過齊次坐標變換原理，計算得到手術器械坐標系相對于內窺鏡坐標系的齊次變換矩陣。
11、在一些實施例中，在所述步驟2中，手術器械上的特征點在內窺鏡坐標系下的位置矩陣表示為tt1＝[pxt1?pyt1?pzt1?1]t，其中，pxt1，pyt1?，pzt1為手術器械上特征點pt1在內窺鏡坐標系下的坐標。
12、在一些實施例中，所述特征點pt1為手術器械末端點。
13、在一些實施例中，在所述步驟3中，定義內窺鏡參數如下：焦距flen、像素尺寸lenx和leny、中心像素位置(lcenx，lceny)，其中，lenx和leny分別表示內窺鏡視野在x和y方向上的像素尺寸；計算得到內窺鏡映射矩陣jlen，
14、
15、其中，內窺鏡映射矩陣jlen表示：將某個點相對于內窺鏡的笛卡爾空間位置變換到內窺鏡視野下空間坐標的變換矩陣；
16、聯合式(1)和tt1＝[pxt1?pyt1?pzt1?1]t，計算出手術器械上的特征點在內窺鏡視野下的位置矩陣：qlen＝jlen·tt1＝[qlx1，qly1，qlz1]t，將該位置矩陣映射到成像平面，得到手術器械上的特征點在成像平面的像素位置坐標：
17、在一些實施例中，在所述步驟4中，還包括以下步驟：
18、步驟401、判斷手術器械上的特征點在內窺鏡視野下的位置是否符合內窺鏡的景深范圍，判斷標準為：手術器械上的特征點在內窺鏡視野下的位置是否滿足式(2)，若滿足，則判定手術器械上的特征點在內窺鏡視野下的位置符合內窺鏡的景深范圍，之后跳轉至步驟402；若不滿足，則判定手術器械上的特征點在內窺鏡視野下的位置不符合內窺鏡的景深范圍，進行警告處理；
19、deplmin＜qlz1＜deplmax???(2)
20、其中，[deplmin?deplmax]為內窺鏡的景深范圍；
21、步驟402、判斷手術器械上的特征點在成像平面上的像素位置坐標是否滿足式(3)，若滿足，則判定手術器械上的特征點在內窺鏡視野分辨率范圍內，說明手術器械在內窺鏡視野內；若不滿足，則判定手術器械上的特征點不在內窺鏡視野分辨率范圍內，進行警告處理；
22、
23、其中，[reslx?resly]為內窺鏡參數中的分辨率。
24、本申請的該方案的有益效果在于上述手術器械在內窺鏡視野內位置估計方法具有如下優點：
25、1)計算效率高：本申請直接利用內窺鏡參數計算投影位置，判斷手術器械是否超出視野范圍，效率更高；
26、2)通用性強：采用相機通用的成像原理，具有更強的通用性。
27、本申請所涉及的手術器械在內窺鏡視野內位置估計方法，能夠保持對手術器械末端定位的高精度控制，以便保證攜帶手術器械的手術中有足夠安全和舒適的體驗；該方法可被廣泛應用于工業機器人、醫療機器人、空間機器人等高新
【技術保護點】
1.一種手術器械在內窺鏡視野內位置估計方法，其特征在于：包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的手術器械在內窺鏡視野內位置估計方法，其特征在于：所述步驟1的具體過程如下：
3.根據權利要求1所述的手術器械在內窺鏡視野內位置估計方法，其特征在于：在所述步驟2中，手術器械上的特征點在內窺鏡坐標系下的位置矩陣表示為Tt1＝[pxt1?pyt1?pzt1?1]T，其中，pxt1，pyt1，pzt1為手術器械上特征點Pt1在內窺鏡坐標系下的坐標。
4.根據權利要求3所述的手術器械在內窺鏡視野內位置估計方法，其特征在于：所述特征點Pt1為手術器械末端點。
5.根據權利要求3所述的手術器械在內窺鏡視野內位置估計方法，其特征在于：在所述步驟3中，定義內窺鏡參數如下：焦距flen、像素尺寸lenx和leny、中心像素位置(lcenx，lceny)，其中，lenx和leny分別表示內窺鏡視野在x和y方向上的像素尺寸；計算得到內窺鏡映射矩陣Jlen，
6.根據權利要求5所述的手術器械在內窺鏡視野內位置估計方法，其特征在于：在所述步驟4中，還包
...【技術特征摘要】
1.一種手術器械在內窺鏡視野內位置估計方法，其特征在于：包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的手術器械在內窺鏡視野內位置估計方法，其特征在于：所述步驟1的具體過程如下：
3.根據權利要求1所述的手術器械在內窺鏡視野內位置估計方法，其特征在于：在所述步驟2中，手術器械上的特征點在內窺鏡坐標系下的位置矩陣表示為tt1＝[pxt1?pyt1?pzt1?1]t，其中，pxt1，pyt1，pzt1為手術器械上特征點pt1在內窺鏡坐標系下的坐標。
4.根據權利要求3所述的手...
【專利技術屬性】
技術研發人員：徐啟敏，王炳強，郭勇，孫峰，尹姍姍，
申請(專利權)人：山東威高手術機器人有限公司，
類型：發明
國別省市：
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