无校准的基于结构光的3D扫描系统在腹腔镜中用于机器人手术

科学领域:

• 医疗机器人 医疗机器人
• 计算机视觉 计算机视觉
• 手术技术 手术技术

背景情况:

• 精确的3D形状测量对于机器人手术系统至关重要,特别是在手术支持和对齐方面.
• 腹腔镜中的立体相机在低纹理环境中面临精度限制,这阻碍了精确的3D重建.
• 现有的立体匹配深度学习方法需要广泛的深度注释数据集,这在腹腔镜应用中很少.

研究的目的:

• 为腹腔镜手术开发一种有效的3D形状重建方法,克服无纹理环境的局限性.
• 为了实现准确的深度重建,而不依赖于大型的注释数据集.

主要方法:

• 提出了一种3D形状重建方法,使用与腹腔镜手臂集成的超小型图案投影仪.
• 采用具有格子状图案的结构光用于位置编码.
• 通过差分染实现了投影机-摄像机相对姿势的自动校准,并在投影机运动中捕获了多张图像.

主要成果:

• 成功地使用手术机器人获得的图像进行了3D重建.
• 通过将重建的形状与X射线CT扫描的基准真实数据进行比较,评估了该方法的准确性.
• 在具有挑战性的腹腔镜场景中证明了活跃立体技术用于3D重建的可行性.

结论:

• 拟议的图案投影仪方法为腹腔镜中精确的3D形状测量提供了可行的解决方案,特别是在缺乏纹理的条件下.
• 这种方法解决了在没有大量注释数据集的情况下进行深度重建的需求,为改进机器人手术支持铺平了道路.
• 使用结构光的活跃立体技术显示出在微创手术中推进3D重建的重大前景.