手术导航中高精度大视场光学定位技术研究

近红外光学定位系统在满足大视场的情况下普遍采用广角镜头而使得定位精度降低。并且在手术过程中医生需要调整近红外光学定位系统的位置来满足最佳有效视场也使得手术过程带来诸多不便。针对这些不足，本研究采用两套近红外双目视觉系统来完成高精度大视场的手术器械跟踪定位，并使定位精度达到0.1mm。对此，本研究还提出了基于贴片近红外发光二极管标定板的近红外摄像机标定方法，并采用两个近红外摄像机辅助精确标定了菱形标记物相对于定位系统的位置。在跟踪定位过程中根据手术器械上的标记点对系统进行标定。所以摄像机内外部参数全部通过光学测量方法获取，精度高。根据理论推导和实验分析，用此标定结果计算手术器械的三维空间位置可以保证0.1mm的定位精度。

定位技术是决定手术导航系统质量的重要因素，而目前近红外光学定位系统为满足大视场的需要而普遍采用广角镜头使得定位精度降低，并且在手术过程中医生需要调整近红外光学定位系统的位置来满足最佳有效视场，这为手术过程带来了诸多不便。本项目针对这些不足，对光学定位系统进行了深入研究，主要完成了以下内容：1、设计了一套双目视觉定位系统来同步获取手术图像；2、完成了近红外摄像机的标定，精确获取了近红外摄像机的内外部参数；3、完成了手术器械的注册算法和跟踪定位算法的研究，实现了对手术器械的高精度实时定位；4、完成了大视场获取方法的研究，扩大了光学定位系统的有效视场；5、完成了相关的图像处理算法研究，为本项目将来能应用于各种外科手术打下了基础。总之，本项目研究的光学定位技术，具有视场大，定位精度高，使用灵活等特点，为手术导航技术的进一步普及打下了良好的基础。本项目的成果主要有已发表相关的SCI收录论文3篇，EI收录论文5篇，中文核心期刊论文8篇，发明专利7项（其中授权3项），实用新型专利1项（已授权），共培养博士1人（在读），硕士生14人（其中9人已毕业，5人在读），本科生9人（均已毕业，其中5人留在本项目组中读研）。