CN113079314B - 手术视频采集系统视觉引导靶标 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种手术视频采集系统视觉引导靶标，具有手持握柄，顶部安装有红外LED，由视频采集系统识别；内部安装激光指示器，激光指示器沿靶标轴向经靶标底端开孔发射激光照射术区。通过靶标识别相机识别红外LED，得到靶标的空间位置及姿态信息，根据该信息控制水平机械臂各关节转动，使视频采集系统中的视频采集设备达到指定位姿，实现使视频采集相机拍摄期间始终朝向手术部位。本发明有效解决现有手术视频采集系统拍摄角度调节效率低，调节结果难以满足术者要求的问题。

Description

手术视频采集系统视觉引导靶标

技术领域

本发明涉及一种视觉引导靶标，具体是一种用于手术环境，尤其是无影灯照射区域的手术视频采集系统视觉引导靶标。

背景技术

随着信息化进程的发展，社会方方面面的进步及需求，医疗对各种影像及视频方面的技术需求越来越高，应用范围也越来越广。手术视频方面，医疗界需要对手术中的视频资料进行实时采集、传输和保存，以实现远程实时会诊与示教，以及后期的教学观摩、案例研究、医疗纠纷取证等多方面的应用，对一线医师梯队培养、远程医疗合作、医院工作管理、医患纠纷调查等极具现实意义。而目前现有的影像采集方式都存在各自的问题。

传统的手术影像采集通常是由摄像师穿戴好专业的手术室装束进入手术室进行长时间现场手持或肩扛拍摄，工作强度大，且由于无菌和人员流动要求，为了不干扰主刀医师，还需要经常变换拍摄角度，即使如此也往往无法获得很好的拍摄视野和角度。

部分医院手术室通过在无影灯内安装摄像头的方式(CN 202443229 U实现自动拍摄，但该装置无法在不同手术室之间移动，安装部署困难，功能有限且成本高。另外，如果要改变拍摄角度，就需要将无影灯同样调整到相应的角度，影响手术的正常进行。虽然也可以在无影灯上安装可调节轨道从而避免拍摄视角调节对无影灯照射角度的影响(CN209805936 U)，但拍摄视角的调节范围依然较小，灵活度不足。

另外还有头戴式的手术视频采集设备(CN 104796669 B)，包括智能眼镜、头箍等类型，但这种方式给主刀医生，带来了额外的负担，尤其不适合本身就需要佩戴眼镜的医生，不方便长时间使用，且受限于摄像器材的尺寸和重量，视频分辨率不足，画面晃动严重，拍摄质量欠佳，且角度固定为主刀医生视角，无法随意调节。

除此之外，还有一些使用可调节支座(CN 205007048 U，CN 204180166 U，CN210644079 U)甚至可移动平台(CN 201831960 U，CN201912230 U，)的拍摄方案，摄像头的视角可调范围较大，调整到位后摄像头位置稳定，拍摄质量较高。但摄像头的位置和转向调节依然依靠人手把持的方式来实现，即使将支座的调节改为电机驱动，也仍然需要操作者通过按钮、操纵杆等设备控制摄像头的位置和角度。由于会违反无菌规则，手术过程中主刀医生是无法自己调节拍摄位置的，只能通过指挥护士等调节。调节效率很低，拍摄角度无法和主刀医生的手术思路相一致，无法突出手术的重点。

发明内容

针对上述问题，本发明提出一种手术视频采集系统视觉引导靶标，利用三维视觉识别技术的，自带电池供电，可以与手术室内其他设备无线通信的手持式视觉识别靶标，术者可以通过该靶标将自己所期望的拍摄位置和拍摄角度直接传递至手术视频采集系统，解决现有手术视频采集系统拍摄角度调节效率低，调节结果难以满足术者要求的问题。

本发明手术视频采集系统视觉引导靶标，其特征在于：具有顶部外壳与下部握柄，两者同轴相接。下部握柄内安装激光指示器，激光指示器沿手持握柄轴向发射激光，发射端朝向握柄底端设计的透光孔。手持靶标顶面沿握柄轴线周向等角度间隔安装有红外LED。

由此通过视频采集系统中的视觉识别系统实时获取红外LED的位置，进一步通过视频采集系统处理获得靶标的空间位置及姿态；靶标的空间位置及姿态确定后，即可获得当前时刻靶标轴线的空间位置及方向，进而根据靶标轴线的空间位置及方向控制视频采集系统控制视频采集设备的位姿调节，实现视频采集设备实时采集期望的拍摄位置的视频信息。

下部握柄内还安装有控制模块、无线通信模块；外壁上安装有控制按键，包括电源开关按钮、画面放大按钮、画面缩小按钮、位姿调节按钮；通过控制模块中的单片机控制逻辑。其中，电源开关按钮通过控制模块上的单片机接收其触发信号，再由单片机控制整个标靶的开关机。画面放大按钮和画面缩小按钮用于向控制模块发送放大指令与缩小指令，由单片机接收触发信号并将控制指令发送到无线通信模块，再由无线通信模块传输给视频采集系统，由视频采集系统控制图像采集设备画面的缩放。位姿调节按钮用于控制激光指示器；且设定位姿调节按钮短按与长按功能不同，控制模块中的单片机根据位姿调节按钮按下的时间长短进行相应控制；短按位姿调节按钮时，通过单片机控制激光指示器开关；长按位姿调节按钮时，通过单片机向无线通信模块发送位姿调节指令，再由无线通信模块将指令发送给视频采集系统，由视频采集系统进行其上摄像机的位姿调节。

本发明的优点在于：

1、本发明手术视频采集系统视觉引导靶标，激光指示位置和顶面朝向就代表了希望视频采集系统的拍摄位置和拍摄角度，操作非常直观；

2、本发明手术视频采集系统视觉引导靶标使用时，术者可直接通过该靶标上的位姿调节按钮控制视频采集设备何时调整拍摄角度，并通过靶标的摆放位姿控制拍摄位置和拍摄角度，无需通过语言沟通交流指导他人操作，对术者意图的领会更加准确，调节效率更高；

3、本发明手术视频采集系统视觉引导靶标使用时，术者可通过靶标上的画面缩放按钮直接控制拍摄画面的缩放；

4、本发明手术视频采集系统视觉引导靶标上的各个按钮可以通过单击、双击、长按、多按钮组合按等方式，实现更多的其他功能；

5、本发明手术视频采集系统视觉引导靶标使用时，术者无需和视频采集设备发生接触，符合无菌操作规定；

6、本发明手术视频采集系统视觉引导靶标，视觉识别的特征为5个红外LED灯，由靶标内部电池供电，由内部控制电路控制灯的亮灭，通过灯的主动频闪，结合红外3D相机，可以滤除无影灯等环境光照的影响，视觉识别成功率高，环境适应性强；

7、本发明手术视频采集系统视觉引导靶标使用时，自带电源和无线通信模块，无需任何外接线缆，使用方便。

附图说明

图1为本发明手术视频采集系统视觉引导靶标整体结构图。

图2为本发明手术视频采集系统视觉引导靶标电源及指示灯安装位置示意图。

图3为本发明手术视频采集系统视觉引导靶标整体结构爆炸视图。

图中：

1-顶部外壳、 2-下部握柄 3-红外LED

4-控制模块 5-通信模块 6-激光指示器

7-支架 8-电源开关按钮 9-画面放大按钮

10-画面缩小按钮 11-位姿调节按钮 12-LED电源指示灯

101-连接圆筒 201-透光片 701-支架上段

702-支架下段 703-电池仓 704-矩形槽

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

本发明手术视频采集系统视觉引导靶标，包括顶部外壳1、下部握柄2、红外LED3、控制模块4、通信模块5、激光指示器6与控制按键，如图1、图2、图3所示。

所述顶部外壳1、下部握柄2均为薄壳结构，其中，顶部外壳1设计为偏平装五边形结构壳体，上表面周向各夹角位置分别开孔安装五个红外LED3，使五个红外LED3在顶部外壳1轴线周向均布，开孔底面设计有红外LED3的走线孔。顶部外壳1底面中心位置设计有与顶部外壳1内部相通且同轴的连接圆筒，连接圆筒101底部设计为插接段，外径小于连接圆筒101整体外径，用于连接下部握柄2。

所述下部握柄2为圆筒状结构，与连接圆筒101同轴设置；下部握柄2顶端与连接圆筒101间螺纹连接，通过连接圆筒101下部周向的环形台肩实现下部握柄2的轴向定位，且在连接圆筒101的插接段上套接密封圈，使下部握柄2顶端与连接圆筒101旋紧后压紧密封圈，保证两者旋紧后的密封。下部握柄2底端端部开设有透光孔，透光孔处安装有玻璃透光片201，将透光孔密封，达到防水效果。

所述控制模块4、无线通信模块5设置于下部握柄2内，激光指示器6设置于握柄底罩内，均由下部握柄2内设置的支架7进行支撑固定。支架7为由支架上段701与支架下段702构成的一体结构。其中，支架上段701置于下部握柄2内，一侧为圆弧面，弧度与下部握柄2内壁弧度相同，由此将支架上段701置于下部握柄2内部时，由支架上段701的圆弧面与下部握柄2内壁配合，实现支架7在下部握柄2内的径向定位；同时通过螺钉将支架7与在下部握柄2间固定，实现支架在下部握柄内的轴向定位。支架上段701内部为电池仓703，用于安装电池，支架上段701顶面与底面内侧壁采用铆钉固定安装有由镀锡铜制成的导电片，分别与电池仓内电池正负极接触导电，将电池的正极和负极导出。支架下,701位于握柄底罩3设计有凹槽，凹槽形状与激光指示器6匹配，凹槽内部安装激光指示器6，且激光指示器7的发射端朝向前述握柄底罩底端的透光片201，使激光指示器7可从透光片201处发射出激光点，用于辅助术者判断靶标是否正确指向手术部位。上述支架上段701顶面上设计有具有矩形槽704的安装架，在矩形槽704内设置控制模块4及无线通信模块5的电路板配合，实现控制模块4及无线通信模块5在支架7上的定位，且两者通过硅橡胶粘接的方式与支架7连接。

所述控制按键安装在顶部外壳1的连接圆筒外壁周向上的按键槽位内，包括电源开关按钮8、画面放大按钮9、画面缩小按钮10、位姿调节按钮11以及LED电源指示灯12。其中，电源开关按钮8、画面放大按钮9、画面缩小按钮10及位姿调节按钮11均为微动开关，且外表面使用PVC进行覆盖，以实现防水功能。LED电源指示灯12安装于电源开关按钮9下方，且通过在连接圆筒101内壁上使用硅橡胶密封固定。

上述所有电器设备包括均通过细导线与控制模块4相连，控制模块作为核心模块，通过控制模块中的单片机控制逻辑。其中，电源开关按钮8通过控制模块4上的单片机接收其触发信号，再由单片机控制整个标靶的开关机。画面放大按钮9和画面缩小按钮10用于向控制模块4发送放大指令与缩小指令，由单片机接收触发信号并将控制指令发送到无线通信模块5，再由无线通信模块5传输给视频采集系统，由视频采集系统控制其自身摄像机画面的缩放。位姿调节按钮11用于控制激光指示器6的开关，且设定位姿调节按钮11短按与长按功能不同，控制模块4中的单片机根据位姿调节按钮11按下的时间长短进行相应控制；其中，短按位姿调节按钮11时，通过单片机控制激光指示器6开关；长按位姿调节按钮11时，通过单片机向无线通信模块5发送位姿调节指令，再由无线通信模块5将指令发送给视频采集系统，由视频采集系统进行其上摄像机的位姿调节。LED电源指示灯12用于显示靶标的开关机状态；在按下电源开关按钮8后，由控制模块5控制LED电源指示灯12开启，且单片机根据电源开关按钮8按下时长，对LED电源指示灯12进行不同方式的发光控制；当短按电源开关按钮8时，LED电源指示灯12亮起并闪烁；当长按电源开关按钮8时，LED电源指示灯12仅亮起不闪烁。

本发明在应用时，首先长按电源开关按钮8两秒，启动靶标。此时LED电源指示灯12闪烁3次，提示开机成功，同时顶部外壳1上的5个红外LED3亮起。之后以火炬式握法手握靶标，短按位姿调节按钮11开启激光指示器6，根据激光指示器6所射出的亮点调整靶标位置，将亮点调整至所期望的拍摄位置，靶标轴线为所期望的拍摄角度。

随后长按位姿调节按钮11两秒，此时通过视频采集系统中的视觉识别系统实时获取5个LED4的位置，进一步通过视频采集系统中过双目视觉图像处理，获得靶标的空间位置及姿态。靶标的空间位置及姿态确定后，即可获得当前时刻靶标轴线的空间位置及方向，进而根据靶标轴线的空间位置及方向控制视频采集系统控制其自身摄像机的的位姿调节，实现摄像机实时采集期望的拍摄位置的视频信息。在视频采集过程中，可通过使用画面放大按钮9及画面缩小按钮10对所采集视频画面进行放大及缩小。在完成视频采集后，长按电源开关按钮8，LED电源指示灯12亮起2秒，待LED电源指示灯12熄灭后靶标关机完成，整个使用流程结束，等到视频采集系统发出蜂鸣器提示音即完成一次识别。

Claims (4)

1.手术视频采集系统视觉引导靶标，其特征在于：具有顶部外壳与下部握柄，两者同轴相接；下部握柄内安装激光指示器，激光指示器沿手持握柄轴向发射激光，发射端朝向握柄底端设计的透光孔；根据激光指示器所射出的亮点调整靶标位置，将亮点调整至所期望的拍摄位置，靶标轴线为所期望的拍摄角度；手持靶标顶面沿握柄轴线周向等角度间隔安装有红外LED；通过视频采集系统中的视觉识别系统实时获取红外LED的位置，进一步通过视频采集系统处理获得靶标的空间位置及姿态；靶标的空间位置及姿态确定后，即可获得当前时刻靶标轴线的空间位置及方向，进而根据靶标轴线的空间位置及方向控制视频采集系统控制视频采集设备的位姿调节，实现视频采集设备实时采集期望的拍摄位置的视频信息。

2.如权利要求1所述手术视频采集系统视觉引导靶标，其特征在于：下部握柄内安装有控制模块、无线通信模块；外壁上安装有控制按键，包括电源开关按钮、画面放大按钮、画面缩小按钮、位姿调节按钮；通过控制模块中的单片机控制逻辑；其中，电源开关按钮通过控制模块上的单片机接收其触发信号，再由单片机控制整个标靶的开关机；画面放大按钮和画面缩小按钮用于向控制模块发送放大指令与缩小指令，由单片机接收触发信号并将控制指令发送到无线通信模块，再由无线通信模块传输给视频采集系统，由视频采集系统控制图像采集设备画面的缩放；位姿调节按钮用于控制激光指示器；且设定位姿调节按钮短按与长按功能不同，控制模块中的单片机根据位姿调节按钮按下的时间长短进行相应控制；短按位姿调节按钮时，通过单片机控制激光指示器开关；长按位姿调节按钮时，通过单片机向无线通信模块发送位姿调节指令，再由无线通信模块将指令发送给视频采集系统，由视频采集系统进行其上摄像机的位姿调节。

3.如权利要求1所述手术视频采集系统视觉引导靶标，其特征在于：下部握柄外壁上还安装有LED电源指示灯，LED电源指示灯用于显示靶标的开关机状态；在按下电源开关按钮后，由控制模块控制LED电源指示灯开启，且根据电源开关按钮按下时长，对LED电源指示灯进行不同方式的发光控制；当短按电源开关按钮时，LED电源指示灯亮起并闪烁；当长按电源开关按钮时，LED电源指示灯仅亮起不闪烁。

4.如权利要求2所述手术视频采集系统视觉引导靶标，其特征在于：下部握柄内设置支架，支架具有支架上段与支架下段；其中，支架上段内部为电池仓安装电池；支架上段顶面上设计有具有矩形槽的安装架，在矩形槽内设置控制模块及无线通信模块的电路板配合，实现控制模块及无线通信模块在支架上的定位；支架下段设计有凹槽，凹槽形状与激光指示器匹配，凹槽内部安装激光指示器。

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