【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及眼内注射，尤其涉及一种全自动进针的定位系统及方法。
技术介绍
1、眼底手术是指针对眼底(视网膜及其下层组织)的手术操作，其主要目的是治疗或改善眼底疾病，这些疾病可能影响视力或者导致失明。眼内注射是眼底手术的一种常见手术类型，该技术通过直接将药物注射到眼内，能够有效处理多种眼底病变。
2、在眼内注射治疗中，精确定位是其需要注意的重点之一。具体为，眼内注射需要确保药物注射到准确的位置，以免产生药物效果减弱或导致注射无效。更有甚者，针刺位置不准确可能会导致眼部出现其他损伤，因此眼内注射对注射位置的定位需要有很高的精确度。对此，全自动进针技术是指利用自动化器械(如手术机器人)，进行针头插入和药物注射，与之互补的是可以提高注射位置定位准确性的器械导航技术，比如影像导航和光学跟踪系统等；相较于人手操作而言，全自动进针技术与器械导航技术互补能提高眼内注射位置定位的准确度。但是，目前器械导航技术应用中，由于受到成像系统的局限性，无法获取眼内部结构的三维图像，会影响在全自动进针过程中注射器械对注射位置进行定位的精确度，进而导致注射器械定位注射的准确度下降。
3、因此，眼内注射治疗的全自动进针过程中，需要提高注射器械进行定位注射的精确度。
技术实现思路
1、本专利技术提供一种全自动进针的定位注射系统及方法，通过三维超声成像系统对眼球内部进行实时三维成像，为器械注射的定位导航提供实时反馈，能够有效提高注射器械进行定位注射的精确度。
2、为了解决上述技术问
3、成像模块，用于获取眼球内部结构的基准三维图像；
4、注射点位选取模块，用于基于基准三维图像选取注射点位，确定基准注射位置；
5、运动模块，基于基准注射位置驱动器械针尖进行进针操作；
6、成像模块，还用于响应于进针操作，采集实时三维图像；
7、三维图像配准模块，用于基于实时三维图像与基准三维图像进行算法配准，获取配准三维图像；
8、器械针尖点检测模块，用于基于配准三维图像获取器械针尖点位置；
9、路径规划模块，用于基于基准注射位置与器械针尖点位置进行路径规划，获取目标路径；
10、运动模块，还用于基于目标路径引导器械针尖到达基准注射位置进行注射。
11、上述方案中，本专利技术提供了一种全自动进针的定位注射系统，通过获得眼球内部的三维图像，并以此基准确定注射位置，实施进针操作。在进针时，通过获得注射过程的实时三维图像，并根据基准三维图像进行配准，进而可计算获得路径规划，以驱动注射器械到确定的注射位置进行进针注射。本系统通过实时成像，为注射器械的导航定位提供实时反馈，并实时监测眼球结构和注射器械的动态变化，实现进针注射的精确定位，提高了在全自动进针过程中注射器械对注射位置进行定位注射的精确度。
12、优选地，成像模块的具体成像过程均通过三维超声成像系统实现。
13、上述方案中，通过采用三维超声成像系统，突破双目相机系统的局限性，对眼球内部进行实时三维成像，能够为注射器械的定位导航提供即时反馈；在注射过程中能够动态成像，实时监测眼球结构和注射器械的动态变化，可以有效提高在全自动进针过程中注射器械对注射位置进行定位注射的精确度。
14、优选地，三维图像配准模块，用于基于实时三维图像与基准三维图像进行算法配准，获取配准三维图像，具体为：
15、基于实时三维图像与基准三维图像获取源点集合与目标点集合；
16、基于源点集合与目标点集合获取最佳变换矩阵；
17、基于源点集合与目标点集合获取实时三维图像质心与基准三维图像质心；
18、基于实时三维图像质心、基准三维图像质心以及最佳变换矩阵进行计算，获取最佳旋转矩阵；
19、基于实时三维图像质心、基准三维图像质心以及最佳旋转矩阵进行计算，获取平移向量；
20、基于平移向量与最佳变换矩阵，对源点集合中的每个点进行应用变换，获取配准三维图像。
21、上述方案中，基于实时三维图像与基准三维图像进行算法配准，获取配准图像的过程中所使用的算法是icp算法，通过icp算法进行配准，可以使实时三维图像与基准三维图像在同个坐标系下准确对应，便于后续的识别。
22、进一步地，在三维图像配准模块中，基于实时三维图像质心、基准三维图像质心以及最佳变换矩阵进行计算，获取最佳旋转矩阵，具体为：
23、基于实时三维图像质心与基准三维图像质心，分别对源点集合与目标点集合中的每个点进行去质心，获取去质心源点集合与去质心目标点集合；
24、基于去质心源点集合、去质心目标点集合以及最佳变换矩阵获取协方差矩阵；
25、基于最佳变换矩阵与协方差矩阵获取最佳旋转矩阵。
26、进一步地，在三维图像配准模块中，基于实时三维图像质心与基准三维图像质心，分别对源点集合与目标点集合中的每个点进行去质心，获取去质心源点集合与去质心目标点集合，具体为：
27、将源点集合中的每个点分别与实时三维图像质心进行作差计算，获取去质心源点集合；
28、将目标点集合中的每个点分别与基准三维图像质心进行作差计算，获取去质心目标点集合。
29、进一步地，在三维图像配准模块中，基于最佳变换矩阵与协方差矩阵获取最佳旋转矩阵，具体为：
30、基于协方差矩阵进行奇异值分解，获取对应正交矩阵；
31、基于对应正交矩阵与最佳变换矩阵进行计算，获取最佳旋转矩阵。
32、优选地，在器械针尖点检测模块中，基于配准三维图像获取器械针尖点位置，具体为：
33、基于配准三维图像进行采集，获取不同分辨率下的特征图像；
34、基于特征图像，利用预设卷积层检测出器械针尖点对应的关键点特征；
35、基于关键点特征进行特征融合，获取融合特征图；
36、基于融合特征图利用预设卷积层进行处理，获取器械针尖点位置。
37、上述方案中，基于配准三维图像对注射器械针尖点进行检测的方法是以深度学习的关键点检测算法hrnet为基础，通过训练好的神经网络模型，可以实现自动识别和定位三维图像中的注射器械针尖点。该配准方法的算法整体结构是残差结构，具体是通过并行多分辨率子网对获得的配准三维图像进行采集，获取在不同分辨率下包含注射器械的特征图像，在处理后得到器械针尖点对应的关键点特征；对于获取的关键点特征进行特征融合获取融合特征图，最后对融合特征利用预设卷积层进行处理，最终得到器械针尖点位置。
38、优选地，路径规划模块，用于基于基准注射位置与器械针尖点位置的进行路径规划，获取目标路径，具体为：
39、基于器械针尖点位置与基准注射位置获取针尖位置坐标点与基本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种全自动进针的定位注射系统，其特征在于，包括成像模块、注射点位选取模块、三维图像配准模块、器械针尖点检测模块、路径规划模块和运动模块，具体为：
2.如权利要求1所述的一种全自动进针的定位注射系统，其特征在于，所述成像模块的具体成像过程均通过三维超声成像系统实现。
3.如权利要求1所述的一种全自动进针的定位注射系统，其特征在于，所述三维图像配准模块，用于基于所述实时三维图像与所述基准三维图像进行算法配准，获取配准三维图像，具体为：
4.如权利要求3所述的一种全自动进针的定位注射系统，其特征在于，在所述三维图像配准模块中，所述基于所述实时三维图像质心、所述基准三维图像质心以及所述最佳变换矩阵进行计算，获取最佳旋转矩阵，具体为：
5.如权利要求4所述的一种全自动进针的定位注射系统，其特征在于，在所述三维图像配准模块中，所述基于所述实时三维图像质心与所述基准三维图像质心，分别对所述源点集合与所述目标点集合中的每个点进行去质心，获取去质心源点集合与去质心目标点集合，具体为：
6.如权利要求4所述的一种全自动进针的定位注射系统
7.如权利要求1所述的一种全自动进针的定位注射系统，其特征在于，在所述器械针尖点检测模块中，所述基于所述配准三维图像获取器械针尖点位置，具体为：
8.如权利要求1所述的一种全自动进针的定位注射系统，其特征在于，所述路径规划模块，用于基于所述基准注射位置与所述器械针尖点位置的进行路径规划，获取目标路径，具体为：
9.如权利要求8所述的一种全自动进针的定位注射系统，其特征在于，在所述路径规划模块中，所述基于所述总步数和预设步长并结合所述针尖位置坐标点和所述基准位置坐标点生成路径点，具体为：
10.一种全自动进针的定位注射方法，其特征在于所述定位方法采用如权利要求1-9任一项所述的定位注射系统，包括如下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种全自动进针的定位注射系统，其特征在于，包括成像模块、注射点位选取模块、三维图像配准模块、器械针尖点检测模块、路径规划模块和运动模块，具体为：
2.如权利要求1所述的一种全自动进针的定位注射系统，其特征在于，所述成像模块的具体成像过程均通过三维超声成像系统实现。
3.如权利要求1所述的一种全自动进针的定位注射系统，其特征在于，所述三维图像配准模块，用于基于所述实时三维图像与所述基准三维图像进行算法配准，获取配准三维图像，具体为：
4.如权利要求3所述的一种全自动进针的定位注射系统，其特征在于，在所述三维图像配准模块中，所述基于所述实时三维图像质心、所述基准三维图像质心以及所述最佳变换矩阵进行计算，获取最佳旋转矩阵，具体为：
5.如权利要求4所述的一种全自动进针的定位注射系统，其特征在于，在所述三维图像配准模块中，所述基于所述实时三维图像质心与所述基准三维图像质心，分别对所述源点集合与所述目标点集合中的每个点进行去质...
【专利技术属性】
技术研发人员：晏丕松，林生智，
申请(专利权)人：广州市微眸医疗器械有限公司，
类型：发明
国别省市：
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