一种器械、内窥镜系统、医疗系统及其定位控制方法与流程

1.本发明属于医疗数据识别技术领域，涉及一种器械、内窥镜系统、医疗系统及其定位控制方法。


背景技术：

2.本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
3.内窥镜是集中了传统光学、人体工程学、精密机械、现代电子、数学、软件等于一体的检测仪器。内窥镜可以由微小孔道进入体内，对于微创手术具有重要的意义。
4.目前的内窥镜一般有四种应用方式。一种是手持式内窥镜，即再手术过程中，需要一名专业的扶镜工作者，需工作者手持内窥镜握柄，根据医生操作需要，人工调整内窥镜的位置和姿态，劳动强度大，医护人力成本投入大。另一种是利用手术机器人的一个机械臂来控制内窥镜，改变镜头方向和位置，但是这种方式需要操作者在手术过程中不断切换机械臂的作业，以进行内窥镜位置调整或手术，流程复杂，容易出错。
5.还有两种是扶镜机器人和自推进式内窥镜系统，可以利用遥控控制或者声音控制、眼球随动控制，这种方式在一定程度上解决了前两种方式的问题，但该方式仍需要操作者在器械操作外做额外的动作进行内窥镜单独操作，增加了操作强度，虽然有部分机器人或内窥镜系统做到自动跟踪高光斑来跟随器械运动，但由于体内环境多有亮斑，器械大多做过消光处理，实际应用效果并不理想。
6.另外，在实际应用时还需要根据器械的定位来控制内窥镜，器械本身或定位器也会影响内窥镜的控制效果和准确度。以骨科关节微创手术为例进行说明，一般会开两个小切口，一个用于关节镜，另一个用于在关节腔内使用的器械，对于器械定位大多采用定位器的方式，定位器占用一定的空间，影响手术操作，在较狭小的操作空间内两种器械同时使用时，距离较近或定位器交叉时会造成互相干扰，限制了使用条件；且定位器多与器械拆分，使用时组合，极易造成混乱，手术的安全存有隐患。


技术实现要素：

7.本发明为了解决上述问题，提出了一种器械、内窥镜系统、医疗系统及其定位控制方法，本发明能够实现低成本的对器械的准确定位，以及对内窥镜的定位控制。
8.根据一些实施例，本发明采用如下技术方案：
9.本发明的第一方面，提供一种器械，包括器械本体，所述器械本体前部的至少一部分，周向设置有标识码，所述标识码内存储有与所述器械相对应的器械模型信息。
10.因为器械前端一般就是执行机构，所以在执行机构或者执行机构的连接件上，即器械前端某段部分，设置标识码，能够保证器械执行部分始终在内窥镜的视场中间或中间附近位置。
11.作为可选择的实施方式，所述标识码的起始端或/和结束端设置有用于表明器械
方向的标志。
12.通过所述标志能够很快的确定器械的前端和后端。
13.作为可选择的实施方式，所述标识码为条形码，所述条形码包括多个依次间隔设置的黑白条纹，且所述条纹围绕器械前部至少一段整圈环绕布设。
14.作为进一步的限定，所述条形码的起始端或结束端为黑色条纹，且该黑色条纹的宽度异于其他黑色条纹的宽度。
15.作为可选择的实施方式，所述条形码的起始端或结束端为黑色条纹，且该黑色条纹的边缘设置有若干凸起部或缺口。
16.作为可选择的实施方式，所述器械在条形码的起始端和结束端的直径长度不同。
17.本发明的第二方面，提供一种内窥镜系统，包括自推进式内窥镜、处理器和显示设备，其中：
18.所述自推进式内窥镜与所述处理器电连接，所述处理器与所述显示设备通信连接；
19.所述自推进式内窥镜的镜头可相对所述自推进式内窥镜本体转动，以获取图像/影像信息；
20.所述显示设备用于显示所述镜头所拍摄的空间图像/影像信息；
21.所述处理器用于根据镜头获取到的图像/影像信息，确定第一方面提供的器械上设置的标识码位于内窥镜视场中的位置，计算所述器械的姿态和位置，对比计算结果和所述器械模型信息，根据对比结果生成调整指令，控制自推进式内窥镜的运动，以使得所述自推进式内窥镜始终跟随器械运动，且保证器械前端始终位于视场的设定位置范围内。
22.本发明的第三方面，提供一种医疗系统，包括：
23.内窥镜，用于获取图像/影像信息；
24.机器人，用于控制内窥镜的位置和运动方向；
25.器械，器械前部的至少一部分周向设置有标识码，所述标识码内存储有与所述器械相对应的器械模型信息；
26.处理器，与内窥镜和机器人通信，用于根据内窥镜采集到的图像/影像信息，确定所述标识码位于内窥镜视场中的位置，计算所述器械的姿态和位置，对比计算结果和所述器械模型信息，根据对比结果生成调整指令，发送给所述机器人，以依照调整指令控制所述内窥镜运动，以使得所述内窥镜始终跟随所述器械运动，且保证器械前端始终位于视场的设定位置范围内。
27.上述医疗系统的设计，使器械前部(如手术钳的杆部)至少一部分/一段，圆周设置有标识码，标识码整圈环绕，保证在内窥镜视角下任意角度都能有效读取标识码，根据标识码位于内窥镜视场中的位置，并计算标识码的偏摆角度、直径角度，系统内部进行识别码读出的器械模型尺寸与视场计算的模型尺寸进行比较计算，进而调整内窥镜姿态，使器械钳端的标识码始终保持在视场中央并且保持一定深度距离，准确定位器械的空间位置。
28.以下实施方式，是作为第二方面的内窥镜系统以及第三方面的手术系统均可以选择的实施方式。
29.所述处理器包括：
30.识别模块，被配置为识别内窥镜获取的视场内的标识码，读取标识码内存储的器
械模型信息；
31.定位模块，被配置为锁定所述标识码位置，确定标识码在视场中的位置信息；
32.计算模块，被配置为结合所述器械模型信息和位置信息，计算标识码相对所述视场中间位置的偏移方向和偏移量信息；
33.指令生成模块，被配置为根据所述偏移方向和偏移量，生成运动信号，以使标识码位于视场中间。
34.进一步的，所述处理器还包括通信模块，被配置为和机器人进行通信，发送所述运动信号。
35.作为进一步限定的实施方式，所述计算模块，包括：
36.第一存储模块，被配置为存有内窥镜和器械标识码之间的预设位置信息；
37.第一确定模块，被配置为根据器械模型信息内存储的参数和所述预设位置信息，计算器械上标识码长度在视场中的应有的目标值；
38.第一比较模块，被配置为比较所述目标值和实际值，所述实际值从标识码在视场中的位置信息中得到；
39.第一生成模块，被配置为若所述目标值和实际值的差值在设定范围外，根据所述差值，生成所述内窥镜的视场深度调整信息。
40.作为进一步限定的实施方式，所述计算模块，还包括：
41.第二存储模块，被配置为存有所述器械标识码和水平线之间的预设角度信息；
42.第二确定模块，被配置为根据器械标识码的识别结果，确定器械方向，以及和水平线之间的实际角度；
43.第二比较模块，被配置为比较所述预设角度信息和实际角度；
44.第二生成模块，被配置为若所述预设角度信息和实际角度的差值在设定范围外，根据所述差值，生成所述内窥镜的视场角度调整信息。
45.作为进一步限定的实施方式，所述识别模块，包括：
46.读取模块，被配置为根据图像中的标识码，读取标识码内存储的器械模型信息；
47.判断模块，被配置为判断所述标识码在本次手术前是否被读取过，如果是则生成错误信息，调用告警模块，否则调用定位模块；
48.所述告警模块，被配置为提示器械使用过，需要更换器械的信息。
49.作为进一步限定的实施方式，所述识别模块，包括：
50.读取模块，被配置为获取视场内每个标识码，读取标识码的相关信息；
51.输入模块，被配置为选取需要视角跟随的器械所持有的标识码；
52.对比模块，被配置为通过标识码重复识别对比，如果是选定的需要视角跟随的器械所持有的标识码，对位置信息进行处理，如果不是，则需要切换跟随器械，发送信号给读取模块，重新获取视场内每个条形码，读取条形码的相关信息。
53.本发明的第四方面，提供一种基于上述内窥镜系统的定位控制方法，包括：
54.镜头获取图像/影像信息；
55.处理器根据镜头获取到的图像/影像信息，确定第一方面提供的器械上设置的标识码位于自推进式内窥镜的视场中的位置，计算所述器械的姿态和位置，对比计算结果和所述器械模型信息，根据对比结果生成调整指令，控制自推进式内窥镜的运动，以使得所述
自推进式内窥镜始终跟随器械运动，且保证器械前端始终位于视场的设定位置范围内。
56.本发明的第五方面，提供一种基于上述医疗系统的定位控制方法，包括：
57.内窥镜获取图像/影像信息；
58.处理器根据内窥镜采集到的图像/影像信息，确定器械前端设置的、存储有与所述器械相对应的器械模型信息的标识码位于内窥镜视场中的位置，计算所述器械的姿态和位置，对比计算结果和所述器械模型信息，根据对比结果生成调整指令，发送给所述机器人，以依照调整指令控制所述内窥镜运动，使所述内窥镜始终跟随所述器械运动，且保证器械前端始终位于视场的设定位置范围内；
59.机器人根据调整指令控制内窥镜的位置和运动方向。
60.与现有技术相比，本发明的有益效果为：
61.本发明通过在器械前端设置标识码，结合处理器的图像处理和计算，能够得到器械与内窥镜的相对位置、姿态信息，进而生成调整指令，以保证器械执行部分始终在内窥镜的视场中间或中间附近位置，保证内窥镜始终跟随器械运动而运动，保证器械的执行部分始终在镜头拍摄的图像/影像内，有助于提高视角跟随的稳定性和实时性。
62.本发明对于器械本体并不进行大幅结构改进，成本投入小，且能够保证器械在本次手术前没有使用过，提高了手术的安全性。
63.本发明能够自动根据内窥镜采集的图像/影像进行视觉定位跟踪，不需要扶镜人员，也解决了高光斑不易跟踪，定位器容易干扰器械、占用手术空间等问题，降低了操作者劳动强度。
附图说明
64.构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
65.图1是本发明的一实施例提供的医疗系统示意图；
66.图2是本发明的一实施例提供的医疗系统中扶镜机器人和内窥镜示意图；
67.图3是本发明的一实施例提供的手术器械示意图；
68.图4是图3中手术器械前端放大图；
69.图5(a)、图5(b)分别是本发明的一实施例提供的手术器械的器械模型信息和实际获取图像对比图；
70.图6是本发明的一实施例提供的医疗系统的方位调整控制过程图；
71.图7是本发明的一实施例提供的医疗系统的视场深度距离调整控制过程图；
72.图8是本发明的一实施例提供的切换跟随器械过程示意图。
73.其中：1、内窥镜，2、手术钳，3、扶镜机器人，4、条形码。
具体实施方式
74.下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
75.应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
76.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
77.相关技术中，内窥镜手术中对于内窥镜的运动控制存在额外的操作人员，或者操作者在器械操作外做额外的动作，增加了操作强度，且操作效果不佳。
78.为解决上述问题，本发明提供了一种器械、内窥镜系统、医疗系统及其定位控制方法；通过在器械前端设置标识码，结合处理器的图像处理和计算，能够得到器械与内窥镜的相对位置、姿态信息，进而生成调整指令，调整内窥镜的位置和姿态，以保证器械执行部分始终在内窥镜的视场中间或中间附近位置，保证内窥镜始终跟随器械运动而运动，保证器械的执行部分始终在镜头拍摄的图像/影像内，有助于提高视角跟随的稳定性和实时性。本发明能够实现低成本的对器械的准确定位，以及对内窥镜的定位控制，且减少了操作人员，或简化了操作过程，降低了操作劳动强度。
79.下面就典型实施例进行具体说明。需要强调的是，下面仅为典型实施例，并不代表本发明提供的器械、内窥镜系统、医疗系统及其定位控制方法只能有以下几种实施例所提供方案。
80.实施例一
81.参照图3和图4，给出了本发明的器械。图中提供的是一种手术钳，手术钳可以包括但不限于抓取钳、持针钳、弯剪、直剪、单极钩、双极钳、剥离钳等以上的多种钳头。
82.在其他实施例中，器械包括但不限于手术钳、单极剪刀、单极电钩、双极镊和高频电刀等多种可以用于内窥镜手术的器械。
83.如图4所示，在手术钳整体的前端，执行机构(即钳头)后方，执行机构和钳体主体之间设置的连接件的位置，设置有标识码，本实施例的标识码为条形码形式。
84.在其他实施例中，标识码包括但不限于条形码、二维码、电子标签等多种形式的电子码。
85.在本实施例中，条形码包括多个依次间隔设置的黑白条纹，且所述条纹围绕器械前部至少一段整圈环绕布设。
86.条形码整圈环绕，保证在内窥镜视角下任意角度都能有效识别读取条形码，并且条形码保存有器械模型信息，可通过内窥镜识别读取，提高读取的效率和准确度，进而提高视角跟随的实时性。
87.条形码的起始端或结束端为黑色条纹，且该黑色条纹的宽度异于其他黑色条纹的宽度。
88.作为可选择的实施方式，所述条形码的起始端或结束端为黑色条纹，以明确表示条形码的开始或结束。
89.进一步的，在部分实施例中，位于边缘的黑色条纹的还可以设置有若干标识，如凸起部或缺口，或者黑色条纹的外沿是波浪型，以进行显著标识。当然，这需要保证设置后，条形码还能够读取出结果。
90.在本实施例中，器械在条形码的起始端和结束端的直径长度不同，且结束端为黑色条纹，且该处黑色条纹明显粗于其他条纹。
91.如图5(a)所示，器械模型数据中，a为器械设置条形码位置的前端宽度尺寸、b为器械设置条形码位置的后端宽度尺寸、c为条形码的长度尺寸、d为视场平面角度时，条形码和水平方向的夹角。
92.a为前端，b为后端。
93.实际操作时，器械姿态发生变化。如图5(b)所示，某图像获取时间时，器械动作，发生位置和姿态的变化，a1为该时间获取到的器械设置条形码位置的前端宽度尺寸、b1为该时间获取到的器械设置条形码位置的后端宽度尺寸、c1为该时间获取到的条形码长度尺寸、d1为该时间获取到的条形码和水平方向的夹角。
94.根据获取的手术钳的实时图像/影像，和条形码存储的手术钳模型信息，结合图6和图7，可以对内窥镜进行方位和位置调整。
95.实施例二
96.一种内窥镜系统，包括自推进式内窥镜、处理器和显示设备，其中：
97.所述自推进式内窥镜与所述处理器电连接，所述处理器与所述显示设备通信连接；
98.所述自推进式内窥镜的镜头可相对所述自推进式内窥镜本体转动，以获取图像/影像信息；
99.所述显示设备用于显示所述镜头所拍摄的空间图像/影像信息；
100.所述处理器用于根据镜头获取到的图像/影像信息，确定第一方面提供的器械上设置的标识码位于内窥镜视场中的位置，计算所述器械的姿态和位置，对比计算结果和所述器械模型信息，根据对比结果生成调整指令，控制自推进式内窥镜的运动，以使得所述自推进式内窥镜始终跟随器械运动，且保证器械前端始终位于视场的设定位置范围内。
101.处理器的调整过程具体为：
102.首先如图5和图6所示，调整方位。
103.内窥镜在某一时刻获取的手术钳图像/影像的条形码如图5右侧所示，该手术钳的模型信息如图5左侧所示。锁定此时条形码的位置，获取条形码在视场内的位置信息。
104.根据a(a1)、b(b1)的值，可以确定出手术钳的前后端。这是因为可以根据手术器械类型，确定条形码的前端直径和后端直径的大小，例如，手术钳一般是后端直径大于前端，所以，根据a(a1)、b(b1)的值，就可以直接确定手术钳的前后端。
105.当然，也可以根据特定的设置条形码头尾黑条的宽度，通过图像识别哪是器械前端哪是后端。
106.确定前、后端后，确定d1的角度，计算d1和模型存储的d的差距，就可计算出手术钳的角度偏移，如图5所示，该时间点，手术钳的实际姿态和器械模型信息的角度偏移量为d-d1。
107.因此，可以确定内窥镜的角度调整量应该顺时针旋转d-d1度。
108.如图7所示，在确定内窥镜的深度方向的调整量，可以根据a1、b1的值，对比a1和a，b1和b，如果a1和a的差值、b1和b的差值均超过设定值，且a1小于a，b1小于b，则内窥镜应该向前(即向着手术钳的方向)移动，减少内窥镜和手术钳的距离，使改变后的a1和a的差值小于设定值，改变后的b1和b的差值小于设定值。
109.同样的，如果a1和a的差值、b1和b的差值均超过设定值，且a1大于a，b1大于b，则内
窥镜应该向后(即远离手术钳的方向)移动，增加内窥镜和手术钳的距离。
110.在本实施例中，处理器用于执行上述调整过程。
111.处理器具体包括：
112.识别模块，被配置为识别内窥镜获取的视场内的标识码，读取标识码内存储的器械模型信息；
113.定位模块，被配置为锁定所述标识码位置，确定标识码在视场中的位置信息；
114.计算模块，被配置为结合所述器械模型信息和位置信息，计算标识码相对所述视场中间位置的偏移方向和偏移量信息；
115.指令生成模块，被配置为根据所述偏移方向和偏移量，生成运动信号，以使标识码位于视场中间。
116.进一步的，所述计算模块，包括：
117.第一存储模块，被配置为存有内窥镜和器械标识码之间的预设位置信息；
118.第一确定模块，被配置为根据器械模型信息内存储的参数和所述预设位置信息，计算器械上标识码长度在视场中的应有的目标值；
119.第一比较模块，被配置为比较所述目标值和实际值，所述实际值从标识码在视场中的位置信息中得到；
120.第一生成模块，被配置为若所述目标值和实际值的差值在设定范围外，根据所述差值，生成所述内窥镜的视场深度调整信息。
121.进一步的，所述计算模块，还包括：
122.第二存储模块，被配置为存有所述器械标识码和水平线之间的预设角度信息；
123.第二确定模块，被配置为根据器械标识码的识别结果，确定器械方向，以及和水平线之间的实际角度；
124.第二比较模块，被配置为比较所述预设角度信息和实际角度；
125.第二生成模块，被配置为若所述预设角度信息和实际角度的差值在设定范围外，根据所述差值，生成所述内窥镜的视场角度调整信息。
126.在部分实施例中，利用条形码还能够保证手术钳是否重复利用。
127.根据图像中的标识码，读取标识码内存储的器械模型信息；判断所述标识码在本次手术前是否被读取过，如果是则生成错误信息，进行告警，如果不是，则开始手术。
128.上述过程可以由识别模块实现。
129.在本实施例中，自推进式内窥镜可以采用现有的自推进式内窥镜。本发明仅给出一种示例，包括内窥镜本体具有可弯的机械活动关节，内窥镜本体设置有用于驱使机械活动关节发生形变的电控机械结构；电控机械结构与处理器的输出端通信连接，用于响应于驱动控制信号，输出用于使机械活动关节发生形变，以带动镜头按照偏移距离和偏移方向转动的力矩。
130.由于减少了定位器等设备，手术空间可以充分利用，如果需要使用多个器械，则可以进行器械的跟随切换。
131.如图8所示，获取视场内每个条形码，读取条形码的相关信息；
132.在人机交互设备上选取视角跟随的条形码；
133.通过条形码重复识别对比，对选定的条形码位置信息进行处理，如果发现识别的
条形码不是选定的条形码，则切换跟随器械，重新获取视场内每个条形码，读取条形码的相关信息并选择。
134.上述过程可以由识别模块实现。
135.实施例三
136.如图1和图2所示，一种手术系统，用于腹部手术，包括：
137.内窥镜1，用于收集图像信息；
138.扶镜机器人3，用于控制内窥镜方向位置，本实施例中，机器人固定在手术床旁，内窥镜安装在扶镜机器人控制支臂上，内窥镜末端与支臂末端连接，内窥镜前端镜头通过戳卡进入人体，支臂具有三个控制自由度，可以控制内窥镜以戳卡为圆点进行全向摆动及沿内窥镜入腹管轴向位移。
139.器械2，器械钳头带有条形码4，条形码4整圈环绕，保证在内窥镜1视角下任意角度都能有效识别读取条形码4，并且条形码4保存有器械模型信息，可通过内窥镜1的处理器或者单独的处理器识别读取。
140.处理器，用于当内窥镜1视场中出现器械并被识别条形码4后，识别条形码4位于内窥镜1视场中的相对位置，并计算条形码4的偏摆角度、直径角度，根据读出的器械模型尺寸与视场计算的模型尺寸进行比较计算，计算结果反馈给扶镜机器人3，调整内窥镜1的姿态，使器械钳端的条形码始终保持在视场中央并且保持一定深度距离。
141.本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
142.本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
143.这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
144.这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
145.以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
146.上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

技术特征：
1.一种器械，包括器械本体，其特征是，所述器械本体前部的至少一部分，周向设置有标识码，所述标识码内存储有与所述器械相对应的器械模型信息。2.如权利要求1所述的一种器械，其特征是，所述标识码的起始端或/和结束端设置有用于表明器械方向的标志。3.如权利要求1或2所述的一种器械，其特征是，所述标识码为条形码，所述条形码包括多个依次间隔设置的黑白条纹，且所述条纹围绕器械前部至少一段整圈环绕布设。4.如权利要求3所述的一种器械，其特征是，所述条形码的起始端或结束端为黑色条纹，且该黑色条纹的宽度异于其他黑色条纹的宽度。5.如权利要求4所述的一种器械，其特征是，所述条形码的起始端或结束端为黑色条纹，且该黑色条纹的边缘设置有若干凸起部或缺口。6.如权利要求3所述的一种器械，其特征是，所述器械在条形码的起始端和结束端的直径长度不同。7.一种内窥镜系统，其特征是，包括自推进式内窥镜、处理器和显示设备，其中：所述自推进式内窥镜与所述处理器电连接，所述处理器与所述显示设备通信连接；所述自推进式内窥镜的镜头可相对所述自推进式内窥镜本体转动，以获取图像/影像信息；所述显示设备用于显示所述镜头所拍摄的空间图像/影像信息；所述处理器用于根据镜头获取到的图像/影像信息，确定器械上设置的标识码位于内窥镜视场中的位置，计算所述器械的姿态和位置，对比计算结果和所述器械模型信息，根据对比结果生成调整指令，控制自推进式内窥镜的运动，以使得所述自推进式内窥镜始终跟随器械运动，且保证器械前端始终位于视场的设定位置范围内。8.如权利要求7所述的一种内窥镜系统，其特征是，所述处理器包括：识别模块，被配置为识别内窥镜获取的视场内的标识码，读取标识码内存储的器械模型信息；定位模块，被配置为锁定所述标识码位置，确定标识码在视场中的位置信息；计算模块，被配置为结合所述器械模型信息和位置信息，计算标识码相对所述视场中间位置的偏移方向和偏移量信息；指令生成模块，被配置为根据所述偏移方向和偏移量，生成运动信号，以使标识码位于视场中间。9.如权利要求8所述的一种内窥镜系统，其特征是，所述计算模块，包括：第一存储模块，被配置为存有内窥镜和器械标识码之间的预设位置信息；第一确定模块，被配置为根据器械模型信息内存储的参数和所述预设位置信息，计算器械上标识码长度在视场中的应有的目标值；第一比较模块，被配置为比较所述目标值和实际值，所述实际值从标识码在视场中的位置信息中得到；第一生成模块，被配置为若所述目标值和实际值的差值在设定范围外，根据所述差值，生成所述内窥镜的视场深度调整信息。10.如权利要求8或9所述的一种内窥镜系统，其特征是，所述计算模块，还包括：第二存储模块，被配置为存有所述器械标识码和水平线之间的预设角度信息；
第二确定模块，被配置为根据器械标识码的识别结果，确定器械方向，以及和水平线之间的实际角度；第二比较模块，被配置为比较所述预设角度信息和实际角度；第二生成模块，被配置为若所述预设角度信息和实际角度的差值在设定范围外，根据所述差值，生成所述内窥镜的视场角度调整信息。11.如权利要求7所述的一种内窥镜系统，其特征是，所述识别模块，包括：读取模块，被配置为根据图像中的标识码，读取标识码内存储的器械模型信息；判断模块，被配置为判断所述标识码在本次手术前是否被读取过，如果是则生成错误信息，调用告警模块，否则调用定位模块；所述告警模块，被配置为提示器械使用过，需要更换器械的信息。12.如权利要求11所述的一种内窥镜系统，其特征是，所述识别模块，包括：读取模块，被配置为获取视场内每个标识码，读取标识码的相关信息；输入模块，被配置为选取需要视角跟随的器械所持有的标识码；对比模块，被配置为通过标识码重复识别对比，如果是选定的需要视角跟随的器械所持有的标识码，对位置信息进行处理，如果不是，则需要切换跟随器械，发送信号给读取模块，重新获取视场内每个条形码，读取条形码的相关信息。13.一种医疗系统，其特征是，包括：内窥镜，用于获取图像/影像信息；机器人，用于控制内窥镜的位置和运动方向；器械，器械前部的至少一部分周向设置有标识码，所述标识码内存储有与所述器械相对应的器械模型信息；处理器，与内窥镜和机器人通信，用于根据内窥镜采集到的图像/影像信息，确定所述标识码位于内窥镜视场中的位置，计算所述器械的姿态和位置，对比计算结果和所述器械模型信息，根据对比结果生成调整指令，发送给所述机器人，以依照调整指令控制所述内窥镜运动，以使得所述内窥镜始终跟随所述器械运动，且保证器械前端始终位于视场的设定位置范围内。14.如权利要求13所述的一种医疗系统，其特征是，所述处理器包括：识别模块，被配置为识别内窥镜获取的视场内的标识码，读取标识码内存储的器械模型信息；定位模块，被配置为锁定所述标识码位置，确定标识码在视场中的位置信息；计算模块，被配置为结合所述器械模型信息和位置信息，计算标识码相对所述视场中间位置的偏移方向和偏移量信息；指令生成模块，被配置为根据所述偏移方向和偏移量，生成运动信号，以使标识码位于视场中间；通信模块，被配置为和机器人进行通信，发送所述运动信号。15.如权利要求13或14所述的一种医疗系统，其特征是，所述计算模块，包括：第一存储模块，被配置为存有内窥镜和器械标识码之间的预设位置信息；第一确定模块，被配置为根据器械模型信息内存储的参数和所述预设位置信息，计算器械上标识码长度在视场中的应有的目标值；
第一比较模块，被配置为比较所述目标值和实际值，所述实际值从标识码在视场中的位置信息中得到；第一生成模块，被配置为若所述目标值和实际值的差值在设定范围外，根据所述差值，生成所述内窥镜的视场深度调整信息。16.如权利要求15所述的一种医疗系统，其特征是，所述计算模块，还包括：第二存储模块，被配置为存有所述器械标识码和水平线之间的预设角度信息；第二确定模块，被配置为根据器械标识码的识别结果，确定器械方向，以及和水平线之间的实际角度；第二比较模块，被配置为比较所述预设角度信息和实际角度；第二生成模块，被配置为若所述预设角度信息和实际角度的差值在设定范围外，根据所述差值，生成所述内窥镜的视场角度调整信息。17.如权利要求15或16所述的一种医疗系统，其特征是，所述识别模块，包括：读取模块，被配置为根据图像中的标识码，读取标识码内存储的器械模型信息；判断模块，被配置为判断所述标识码在本次手术前是否被读取过，如果是则生成错误信息，调用告警模块，否则调用定位模块；所述告警模块，被配置为提示器械使用过，需要更换器械的信息。18.如权利要求15或16所述的一种医疗系统，其特征是，所述识别模块，包括：读取模块，被配置为获取视场内每个标识码，读取标识码的相关信息；输入模块，被配置为选取需要视角跟随的器械所持有的标识码；对比模块，被配置为通过标识码重复识别对比，如果是选定的需要视角跟随的器械所持有的标识码，对位置信息进行处理，如果不是，则需要切换跟随器械，发送信号给读取模块，重新获取视场内每个条形码，读取条形码的相关信息。19.基于权利要求7-12中任一项所述的内窥镜系统的定位控制方法，其特征是，包括：镜头获取图像/影像信息；处理器根据镜头获取到的图像/影像信息，确定第一方面提供的器械上设置的标识码位于自推进式内窥镜的视场中的位置，计算所述器械的姿态和位置，对比计算结果和所述器械模型信息，根据对比结果生成调整指令，控制自推进式内窥镜的运动，以使得所述自推进式内窥镜始终跟随器械运动，且保证器械前端始终位于视场的设定位置范围内。20.一种基于权利要求13-18中任一项所述的医疗系统的定位控制方法，其特征是，包括：内窥镜获取图像/影像信息；处理器根据内窥镜采集到的图像/影像信息，确定器械前端设置的、存储有与所述器械相对应的器械模型信息的标识码位于内窥镜视场中的位置，计算所述器械的姿态和位置，对比计算结果和所述器械模型信息，根据对比结果生成调整指令，发送给所述机器人，以依照调整指令控制所述内窥镜运动，使所述内窥镜始终跟随所述器械运动，且保证器械前端始终位于视场的设定位置范围内；机器人根据调整指令控制内窥镜的位置和运动方向。

技术总结
本发明属于高端医疗装备技术领域，提供了一种器械、内窥镜系统、医疗系统及其定位控制方法，通过在器械前端设置标识码，结合处理器的图像处理和计算，能够得到器械与内窥镜的相对位置、姿态信息，进而生成调整指令，以保证器械执行部分始终在内窥镜的视场中间或中间附近位置，保证内窥镜始终跟随器械运动而运动，保证器械的执行部分始终在镜头拍摄的图像/影像内，有助于提高视角跟随的稳定性和实时性。本发明能够实现低成本的对器械的准确定位，以及对内窥镜的定位控制。及对内窥镜的定位控制。及对内窥镜的定位控制。


技术研发人员：王迎智 徐高峰
受保护的技术使用者：极限人工智能有限公司
技术研发日：2023.03.08
技术公布日：2023/7/22