專利名稱：吻合器漏針檢測(cè)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種吻合器漏針檢測(cè)系統(tǒng)，尤其是一種吻合器漏針在線自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
各種吻合器/縫合器的工作原理與訂書(shū)機(jī)相同，向組織內(nèi)擊發(fā)植入兩排互相交錯(cuò)的縫釘對(duì)組織進(jìn)行雙排交叉釘縫，縫合嚴(yán)密，防止?jié)B漏；根據(jù)不同手術(shù)部位的需要，分為不同的形狀和規(guī)格。吻合器大都采用兩排互相交錯(cuò)的縫釘，每個(gè)吻合器針的個(gè)數(shù)為十幾到三十幾不等，但是縫釘纖細(xì)(0.2～0.3mm)，數(shù)量多，易脫落。若漏針則可能造成釘合不全，發(fā)生吻合口出血、狹窄、腸瘺等并發(fā)癥，直接影響治療效果。所以在出廠前，對(duì)吻合器的針數(shù)檢查顯得尤為重要。
在對(duì)國(guó)內(nèi)的吻合器的生產(chǎn)企業(yè)進(jìn)行調(diào)查后發(fā)現(xiàn)，全部是用眼睛來(lái)查漏針與否，既費(fèi)精力又費(fèi)時(shí)間，且不能保證檢測(cè)效果，在檢測(cè)人員疲勞或精力不集中的情況下容易形成誤判。從文獻(xiàn)資料的查閱中得知，國(guó)外除用眼睛來(lái)查漏針以外，有一些生產(chǎn)企業(yè)采用X光來(lái)檢測(cè)吻合器漏針的情況，這種方法精確度很高，但可能存在輻射泄漏的危險(xiǎn)，對(duì)操作人員帶來(lái)潛在的威脅，同時(shí)，企業(yè)的生產(chǎn)成本也高，國(guó)內(nèi)的吻合器的生產(chǎn)企業(yè)都不愿意使用這種方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是要提供一種吻合器漏針檢測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠有效地識(shí)別漏針的元件，判斷漏針的個(gè)數(shù)，從準(zhǔn)確性和精確性兩方面能保證檢測(cè)的有效性，并且具有速度快、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔的特點(diǎn)。
本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的一種吻合器漏針檢測(cè)系統(tǒng)，包括計(jì)算機(jī)，攝像機(jī)、光源燈、吻合器定位裝置，攝像機(jī)由CMOS圖像傳感器和CMOS攝像頭組成；吻合器定位裝置包括底座，夾具座，夾具，鏡頭架，導(dǎo)軌，升降機(jī)構(gòu)，底座上面設(shè)有燕尾立柱導(dǎo)軌，與燕尾導(dǎo)軌相活配的燕尾槽活塊上面安裝有升降機(jī)構(gòu)，升降機(jī)構(gòu)上面設(shè)有鏡頭架，底座上面導(dǎo)軌前固定連接有夾具座，夾具座通過(guò)燕尾槽與夾具固定連接，夾具下面底座上放置毛玻璃，毛玻璃下面置有光源，固定在鏡頭架上的攝像機(jī)鏡頭中心、夾具中心、夾具內(nèi)的被測(cè)工件中心在同一垂直線上；攝像機(jī)與計(jì)算機(jī)通過(guò)USB2.0通用串行總線接口連接；計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)為WindowsXP+SP2，所用軟件為多種數(shù)字圖像處理方法和模糊識(shí)別軟件。
CMOS圖像傳感器的最高分辨率1600*1200，像素尺寸為4.2μm*4.2μm，光學(xué)尺寸為1/2inch，信噪比＞42dB，動(dòng)態(tài)范圍為60dB，敏感度為1.8V，550nm/lux/s。
CMOS攝像頭的光學(xué)鏡頭的焦距為12mm，圖像最大尺寸8.8mm*6.6mm，光圈F1.4-F16C，焦點(diǎn)0.15m-Inf，工作距離200mm，光學(xué)放大率0.06。光源燈為普通低功率的白熾燈。
夾具有帶包裝測(cè)量和不帶包裝測(cè)量的元件的圓形夾具，其圓形口上設(shè)有聚光罩。夾具為長(zhǎng)條形和矩形夾具。計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)輸出口接顯示器或打印機(jī)。
本發(fā)明系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)控制，CMOS攝像機(jī)由軟件驅(qū)動(dòng)控制，通過(guò)系統(tǒng)初始化及實(shí)時(shí)顯示模塊觀察吻合器的圖像；對(duì)圖像進(jìn)行去噪、二值化等處理；針對(duì)吻合針區(qū)域的特征，提取圖像中信息；特征參數(shù)采用合適的識(shí)別準(zhǔn)則檢測(cè)漏針情況，運(yùn)用數(shù)字圖像處理和模糊識(shí)別技術(shù)，檢測(cè)結(jié)果可通過(guò)顯示器直觀顯示，亦可方便地存儲(chǔ)并能通過(guò)打印機(jī)輸出報(bào)表。
在圖像分辨率為800*600，正常采集速度，選取最佳的曝光條件和增益系數(shù)，白平衡調(diào)節(jié)采用試驗(yàn)的經(jīng)驗(yàn)數(shù)值的條件下，對(duì)15種型號(hào)的90個(gè)吻合器進(jìn)行在線檢測(cè)，準(zhǔn)確率達(dá)92％，平均時(shí)間3688ms，效果良好。
該系統(tǒng)是一套快速、準(zhǔn)確的檢測(cè)系統(tǒng)，可以解決漏針檢測(cè)問(wèn)題，提高產(chǎn)品合格率和安全性，避免人為的誤判，提高檢測(cè)效率，保證產(chǎn)品的質(zhì)量。因此，具有準(zhǔn)確度高、速度快、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)潔的優(yōu)點(diǎn)，適合推廣使用。


圖1是系統(tǒng)的方案結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是系統(tǒng)的吻合器定位裝置結(jié)構(gòu)立體總裝示意圖；圖3是不帶包裝測(cè)量的元件的圓形夾具立體示意圖；圖4帶包裝測(cè)量的元件的圓形夾具立體示意圖；圖5是長(zhǎng)形夾具立體示意圖；圖6是矩形夾具立體示意圖；
圖7是系統(tǒng)的工作流程圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖與實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。
如圖1所示，吻合器漏針檢測(cè)系統(tǒng)，包括計(jì)算機(jī)1，攝像機(jī)2、光源燈5、吻合器定位裝置3。攝像機(jī)2由CMOS圖像傳感器和CMOS攝像頭組成。
如圖2所示，吻合器定位裝置3包括底座11，夾具座9，夾具10，鏡頭架9，導(dǎo)軌6，升降機(jī)構(gòu)7，底座11上面設(shè)有燕尾立柱導(dǎo)軌6，與燕尾導(dǎo)軌6相活配的燕尾槽活塊上面安裝有升降機(jī)構(gòu)7，升降機(jī)構(gòu)7上面設(shè)有鏡頭架8，底座11上面導(dǎo)軌6前固定連接有夾具座9，夾具座9通過(guò)燕尾槽與夾具10固定連接，夾具10下面底座上放置毛玻璃4，毛玻璃4下面置有光源燈5，固定在鏡頭架8上的攝像機(jī)2鏡頭中心、夾具10中心、夾具10內(nèi)的被測(cè)工件中心在同一垂直線上。攝像機(jī)2與計(jì)算機(jī)1通過(guò)USB2.0通用串行總線接口連接；計(jì)算機(jī)1操作系統(tǒng)為WindowsXP+SP2，所用軟件為多種數(shù)字圖像處理方法和模糊識(shí)別軟件。
本系統(tǒng)采用CMOS(互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體，ComplementaryMetal-Oxide Semiconductor)感光器件構(gòu)成的攝像機(jī)2采集圖像，自行設(shè)計(jì)了統(tǒng)一、簡(jiǎn)潔的光路和配合各類型的被測(cè)物的機(jī)械裝置，運(yùn)用多種數(shù)字圖像處理方法和模糊識(shí)別技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了吻合器漏針在線識(shí)別。
1.CMOS圖像傳感器與周邊電路的整合性高，體積較小，電源消耗量較低，傳輸速度可以較快。采用的高分辨率數(shù)字?jǐn)z像機(jī)2已經(jīng)完成了ADC、采集卡、控制芯片及電路的整合，體積小，重量輕，攜帶方便，并且和計(jì)算機(jī)1的接口采用USB2.0通用串行總線接口，傳輸速度高達(dá)480Mb/s，適合高速、實(shí)時(shí)的設(shè)計(jì)要求。
由于被檢元件有長(zhǎng)形、圓形的形狀大小區(qū)分，圓形最大直徑34mm，長(zhǎng)形最大長(zhǎng)度90mm，縫釘0.2～0.3mm；顏色有乳白色和不同深淺的彩色區(qū)別，并且結(jié)構(gòu)各具特點(diǎn)，決定了光學(xué)器件的參數(shù)。
表1所選光學(xué)元件的主要參數(shù)

2.鑒于CMOS圖像傳感器的光譜敏感區(qū)域在波長(zhǎng)550nm黃、綠光附近，而專業(yè)的LED照明光源紅光為主，其工作環(huán)境以暗室為主，不符合正常的人眼長(zhǎng)期適應(yīng)條件，考慮到實(shí)際檢查時(shí)在凈化室內(nèi)，是非暗室條件且照明強(qiáng)度穩(wěn)定，需要連續(xù)工作8小時(shí)，所以采用了普通低功率的白熾燈；輔助以毛玻璃，使光線漫反射，形成平行光，均勻光線，降低光強(qiáng)，增加對(duì)比度。光線從底部透射過(guò)不同的被測(cè)吻合器，在保證圖像效果的前提下實(shí)現(xiàn)了光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的統(tǒng)一性、簡(jiǎn)潔性。
3.系統(tǒng)機(jī)械裝置的設(shè)計(jì)目的主要為攝像頭和被測(cè)元件提供一個(gè)穩(wěn)定良好的工作環(huán)境，以便準(zhǔn)確定位和圖像的采集。如圖2所示，以毛玻璃4的中心為工作中心，保證鏡頭中心、夾具10中心、被測(cè)工件中心在同一垂直線上，工作平面選擇所有工件中最高被測(cè)點(diǎn)，即距工作中心的垂直距離50mm。利用升降機(jī)構(gòu)7實(shí)現(xiàn)了工作距離的調(diào)節(jié)。
不同形狀吻合器的夾具10拆裝方便，夾具座9、夾具10以燕尾槽和燕尾進(jìn)行拆裝，不僅約束面少，而且在位置公差方面只需一個(gè)垂直度誤差，保證被測(cè)工件的中心和被測(cè)面是整個(gè)機(jī)械裝置的工作中心和工作平面。圓形夾具10配合不同直徑的元件，聚光罩12能夠更好地采集光線而獲得更清晰的圖像。如圖3所示，為不帶包裝的元件的夾具10，圖4所示，則為對(duì)應(yīng)帶包裝測(cè)量的夾具10，圖5所示，為長(zhǎng)型夾具10，圖6所示，為矩形夾具10。
4.整個(gè)系統(tǒng)的工作流程(圖4)如下初始化設(shè)備；采集圖像至內(nèi)存(實(shí)時(shí)和單幀采集、停止、讀取、存儲(chǔ))；實(shí)時(shí)參數(shù)設(shè)置完成反饋；圖像處理和判別；檢測(cè)結(jié)果(存儲(chǔ)、打印)。
系統(tǒng)軟件的運(yùn)行環(huán)境是512MB內(nèi)存、120GB硬盤(pán)的P43.0G戴爾計(jì)算機(jī)，操作系統(tǒng)為WindowsXP+SP2中文版，采用Visual C++6.0編制軟件。該系統(tǒng)軟件能夠設(shè)置和實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)攝像頭的多個(gè)參數(shù)(分辨率、圖像窗口、曝光、增益、白平衡、Gamma校正等)，使圖像采集質(zhì)量達(dá)到最佳；從獲得的數(shù)字圖像中提取特征，以此為判據(jù)實(shí)現(xiàn)高正確率、高精度的漏針檢測(cè)，功能完善、運(yùn)行可靠、界面友好、使用方便。
5.系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)—數(shù)字圖像處理與模式識(shí)別技術(shù)本系統(tǒng)從計(jì)算機(jī)視覺(jué)的角度提出了一種基于圖像處理和模式識(shí)別技術(shù)的吻合器漏針自動(dòng)檢測(cè)的方法。具體的算法流程如下(1)截取出原始BMP灰度圖像中吻合釘區(qū)域邊緣上下左右的有效區(qū)域，可以減少處理的工作量和耗費(fèi)時(shí)間，滿足在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的需要；(2)針對(duì)噪聲來(lái)源(環(huán)境噪聲等)采取中值濾波消除噪聲；(3)二值化(黑白)處理是解析圖像的基礎(chǔ)和基準(zhǔn)，采用了Pun基于分布假定的方法，完成自動(dòng)閾值分割，得到不同圖像的較精準(zhǔn)的二值圖；最常用的方法是選擇一個(gè)閾值，圖像中所有低于這一閾值的像素值將被重新賦值為黑色(0)，而高于這一閾值的像素值賦值為白色(1)。因此，二值化的問(wèn)題轉(zhuǎn)化為閾值的選取問(wèn)題。這里采用了Pun基于分布假定提出的方法，簡(jiǎn)稱P氏熵方法。
設(shè)有閾值t將圖像分割為目標(biāo)與背景兩類，則關(guān)于黑色和白色像素的熵分別為Hb=-Σi=0tpiln(pi)]]>Hw=-Σi=t+1l-1piln(pi)]]>這里要求得使H＝Hb+Hw最大的閾值t，亦即使得f(t)最大的t值將是使目標(biāo)與背景分開(kāi)的最佳閾值。
f(t)=HtHTlnptln(max{p0,p1,···,pt})+[1-HtHT]ln(1-pt)ln(max{pt+1,pt+2,···,pt-1})]]>其中，Ht=-Σi=0tpiln(pi)]]>是圖像被閾值t分割后的黑色像素的熵；Ht=-Σi=0255piln(pi)]]>是圖像總的熵；pt=Σi=0tpi]]>是一給定像素的灰度值小于或等于閾值t的概率。
(4)采用形態(tài)學(xué)處理中腐蝕的算法，分割有縫針的針孔圖像中的粘連部分，使漏針和無(wú)漏針圖像面積與周長(zhǎng)特征更加顯著，并且可以消除部分噪聲；(5)圖像特征提取是軟件系統(tǒng)的核心，采用最有效的特征參數(shù)(漏針針孔的面積、其面積與周長(zhǎng)之比)，建立了基于模糊理論的分類器，實(shí)現(xiàn)了準(zhǔn)確率較高的在線識(shí)別。
采用模糊最近鄰算法。
設(shè)樣本x的特征向量是Fx＝[f1，f2，…，fj]，j＝1，2；各個(gè)類別空間中心為Ci＝[ci1，ci2，…，cij]，j＝1，2；i∈{I，II|漏針；有針}。
樣本x的第j維特征分量隸屬于各個(gè)類別中心第j分量的隸屬度為μij(x)=exp(-(fj-fij)22var),(cij-3cijSTD)≤fj≤cij+3cijSTD);0,others]]>上述公式中是類別Ci空間中心第j分量的標(biāo)準(zhǔn)差。樣本x隸屬于類別Ci的隸屬度為μi(x)=minj=12(μij);]]>如果隸屬度接近1，則將樣本x歸于類別Ci。
國(guó)外企業(yè)采用X光檢測(cè)吻合器漏針的情況，盡管精確度很高，但可能存在輻射泄漏的危險(xiǎn)，對(duì)操作人員帶來(lái)潛在的威脅，而國(guó)內(nèi)企業(yè)生產(chǎn)吻合器的過(guò)程中則一直延用人工眼睛觀查漏針與否，既費(fèi)精力又費(fèi)時(shí)間，且不能保證檢測(cè)效果。
根據(jù)實(shí)際工作環(huán)境，圖像分辨率為800*600，正常采集速度，選取最佳的曝光條件和增益系數(shù)，白平衡調(diào)節(jié)采用試驗(yàn)的經(jīng)驗(yàn)數(shù)值的條件下，對(duì)15種型號(hào)的90個(gè)吻合器進(jìn)行在線檢測(cè)，準(zhǔn)確率達(dá)92％，平均時(shí)間3688ms，效果良好。
該系統(tǒng)能夠有效地識(shí)別漏針的元件，且可以判斷漏針的個(gè)數(shù)，從準(zhǔn)確性和精確性兩方面能保證了檢測(cè)的有效性。該方法是一種相對(duì)于X線檢測(cè)的無(wú)輻射傷害檢查，提高生產(chǎn)實(shí)踐效率，發(fā)展了數(shù)字圖像處理技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域，具有準(zhǔn)確度高、速度快、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)潔的優(yōu)點(diǎn)，適合推廣使用。
權(quán)利要求
1.一種吻合器漏針檢測(cè)裝置，包括計(jì)算機(jī)(1)，其特征在于，還包括攝像機(jī)(2)、光源燈(5)、吻合器定位裝置(3)，所述攝像機(jī)(2)由CMOS圖像傳感器和CMOS攝像頭組成；所述吻合器定位裝置(3)包括底座(11)，夾具座(9)，夾具(10)，鏡頭架(8)，導(dǎo)軌(6)，升降機(jī)構(gòu)(7)，底座(11)上面設(shè)有立柱導(dǎo)軌(6)，導(dǎo)軌(6)上面安裝有升降機(jī)構(gòu)(7)，升降機(jī)構(gòu)(7)上面設(shè)有鏡頭架(8)，底座(11)上面導(dǎo)軌(6)前固定連接有夾具座(9)，夾具座(9)通過(guò)燕尾槽與夾具(10)固定連接，夾具(10)下面底座(11)上放置毛玻璃(4)，毛玻璃(4)下面置有光源燈(5)，固定在鏡頭架(8)上的攝像機(jī)(2)鏡頭中心、夾具(10)中心、夾具內(nèi)的被測(cè)工件中心在同一垂直線上；所述攝像機(jī)(2)與計(jì)算機(jī)(1)通過(guò)USB2.0通用串行總線接口連接；所述計(jì)算機(jī)(1)操作系統(tǒng)為WindowsXP+SP2，所用軟件為多種數(shù)字圖像處理方法和模糊識(shí)別軟件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的吻合器漏針檢測(cè)裝置，其特征在于，所述CMOS圖像傳感器的最高分辨率1600*1200，像素尺寸為4.2μm*4.2μm，光學(xué)尺寸為1/2inch，信噪比＞42dB，動(dòng)態(tài)范圍為60dB，敏感度為1.8V，550nm/lux/s。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的吻合器漏針檢測(cè)裝置，其特征在于，所述CMOS攝像頭的光學(xué)鏡頭的焦距為12mm，圖像最大尺寸8.8mm*6.6mm，光圈F1.4-F16C，焦點(diǎn)0.15m-Inf，工作距離200mm，光學(xué)放大率0.06。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的吻合器漏針檢測(cè)裝置，其特征在于，所述光源燈(5)為普通低功率的白熾燈。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的吻合器漏針檢測(cè)裝置，其特征在于，所述夾具(10)是帶包裝測(cè)量和不帶包裝測(cè)量的元件的圓形夾具，其圓形口上設(shè)有聚光罩(12)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的吻合器漏針檢測(cè)裝置，其特征在于，所述夾具(10)為長(zhǎng)條形和矩形夾具。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的吻合器漏針檢測(cè)裝置，其特征在于，所述計(jì)算機(jī)(1)數(shù)據(jù)輸出口接顯示器或打印機(jī)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種吻合器漏針檢測(cè)系統(tǒng)，包括計(jì)算機(jī)、攝像機(jī)、光源燈、吻合器定位裝置，攝像機(jī)由CMOS圖像傳感器和CMOS攝像頭組成；吻合器定位裝置包括底座，夾具座，夾具，鏡頭架，導(dǎo)軌，升降機(jī)構(gòu)，底座上面設(shè)有燕尾立柱導(dǎo)軌，與燕尾導(dǎo)軌相活配的燕尾槽活塊上面安裝有升降機(jī)構(gòu)，升降機(jī)構(gòu)上面設(shè)有鏡頭架，底座上面導(dǎo)軌前固定連接有夾具座，夾具座通過(guò)燕尾槽與夾具固定連接，夾具下面底座上放置毛玻璃，毛玻璃下面置有光源，固定在鏡頭架上的攝像機(jī)鏡頭中心、夾具中心、夾具內(nèi)的被測(cè)工件中心在同一垂直線上。該系統(tǒng)能夠有效地識(shí)別漏針的元件，判斷漏針的個(gè)數(shù)，從準(zhǔn)確性和精確性兩方面能保證檢測(cè)的有效性，并且具有速度快、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔的特點(diǎn)。
文檔編號(hào)A61B17/115GK1789914SQ20051011156
公開(kāi)日2006年6月21日 申請(qǐng)日期2005年12月15日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月15日
發(fā)明者謝海明, 葛斌, 王殊軼, 周穎, 張敏燕 申請(qǐng)人:上海理工大學(xué)