基于棱鏡的醫(yī)用內(nèi)窺鏡輔助診斷系統(tǒng)研究.pdf

1、現(xiàn)今，醫(yī)用內(nèi)窺鏡已經(jīng)作為一種直觀的醫(yī)療設(shè)備，被廣泛應(yīng)用于病情診斷和手術(shù)治療過程。然而，對于傳統(tǒng)的使用單相機(jī)的內(nèi)窺鏡系統(tǒng)，醫(yī)生通過顯示器只能觀察到二維圖像，依靠經(jīng)驗(yàn)判斷病灶的尺寸，選擇手術(shù)器械，很容易因?yàn)榕袛嗍д`導(dǎo)致手術(shù)時(shí)間過長甚至醫(yī)療事故。針對以上問題，本文提出并實(shí)現(xiàn)了基于棱鏡的立體內(nèi)窺鏡系統(tǒng)。該系統(tǒng)利用棱鏡折射的分光作用，在不增加內(nèi)窺鏡直徑的前提下，通過立體視覺的整套算法流程，可以精確地測量出人體內(nèi)部組織器官和病灶的大小，以輔助診斷的

2、方式指導(dǎo)醫(yī)生進(jìn)行高效精確的手術(shù)。本文完成的主要工作有:
　　第一，針對基于棱鏡的立體視覺系統(tǒng)，定義“有效區(qū)間”和“最優(yōu)距離”的概念。通過分析相機(jī)參數(shù)和棱鏡參數(shù)對系統(tǒng)捕獲圖像質(zhì)量的影響，給出了選擇相機(jī)和棱鏡的方法和標(biāo)準(zhǔn)。
　　第二，提出一種可以表示棱鏡折射過程的幾何光學(xué)模型。將棱鏡看成一個由許多平面組成的光學(xué)系統(tǒng)，根據(jù)幾何光學(xué)的基本原理，通過分析推導(dǎo)出可以表示棱鏡折射過程的數(shù)學(xué)模型，該模型以矩陣的形式表示出棱鏡折射前后物點(diǎn)和像

3、點(diǎn)的關(guān)系，可以用于任意位置、任意視角棱鏡成像的計(jì)算。
　　第三，提出棱鏡位置計(jì)算方法。根據(jù)第二部分的理論，針對現(xiàn)有的棱鏡單目立體視覺算法中理論體系不夠完善，誤差較大的缺點(diǎn)，提出了一種棱鏡位置的計(jì)算方法。該方法將表示棱鏡位置的參數(shù)簡化為7個，通過推導(dǎo)出棱鏡立體視覺系統(tǒng)的透視投影變換模型，利用差分進(jìn)化算法解出這7個參數(shù)，從而得到精確的棱鏡位置。
　　第四，提出基于棱鏡立體視覺系統(tǒng)的極線幾何關(guān)系和三維重建方法。利用光線追跡結(jié)合棱鏡

4、成像，給出了棱鏡立體視覺系統(tǒng)的極線幾何關(guān)系。根據(jù)局部匹配算法找到對應(yīng)點(diǎn)，通過求解兩直線公垂線交點(diǎn)的方法進(jìn)行空間點(diǎn)的三維重建。整套算法流程建立在精確的數(shù)學(xué)模型基礎(chǔ)之上，可以應(yīng)用于任何棱鏡立體視覺系統(tǒng)。
　　第五，根據(jù)以上的理論基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了醫(yī)用內(nèi)窺鏡輔助診斷系統(tǒng)。整個系統(tǒng)由硬件部分和軟件部分組成，分別完成圖像獲取和圖像處理的任務(wù)。與現(xiàn)有的醫(yī)用內(nèi)窺鏡系統(tǒng)相比，本文設(shè)計(jì)的系統(tǒng)，通過人機(jī)交互的方式，在顯示圖像的同時(shí)，可以計(jì)算出用戶感興