基于視線追蹤控制的醫(yī)用內(nèi)窺鏡操控系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種基于視線追蹤控制的醫(yī)用內(nèi)窺鏡操控系統(tǒng)，包括相互建立無線通信連接的頭戴式視線追蹤控制器和醫(yī)用內(nèi)窺鏡，其頭戴式視線追蹤控制器能夠佩戴于人體頭部上，能夠通過眼動作和視線進行追蹤識別而對顯示畫面上的操作指針加以控制，還能夠通過語音和操作鍵等方式，實現(xiàn)人機交互，進而觸發(fā)相應(yīng)的內(nèi)窺鏡控制指令來控制醫(yī)用內(nèi)窺鏡執(zhí)行相應(yīng)操作，并通過頭戴式視線追蹤控制器上的顯示畫面呈現(xiàn)醫(yī)用內(nèi)窺鏡的探頭前方拍攝到的數(shù)字圖像，在視覺上達到了數(shù)字圖像畫面與現(xiàn)實場景相疊加的效果，從而能夠在操控過程中減少、甚至避免視線和手動操作的頻繁切換，幫助減少醫(yī)用內(nèi)窺鏡操控系統(tǒng)的使用對于手術(shù)操作和手術(shù)質(zhì)量的影響，具有廣闊的應(yīng)用前景。
【專利說明】基于視線追蹤控制的醫(yī)用內(nèi)窺鏡操控系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及醫(yī)療器械【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種基于視線追蹤控制的醫(yī)用內(nèi)窺鏡操 控系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著科學技術(shù)的發(fā)展進步，人們生活水平的不斷提高，廣大人民群眾對手術(shù)的個 方面要求也在不斷提高，"微創(chuàng)"這一概念已深入到外科手術(shù)的各種領(lǐng)域，世界衛(wèi)生組織提 出：二十一世紀的醫(yī)學外科將是微創(chuàng)和無創(chuàng)的外科。外科手術(shù)由皮膚切開手術(shù)向更加隱蔽 的內(nèi)窺鏡手術(shù)發(fā)展，這種手術(shù)創(chuàng)傷較小，恢復較快，痛苦較小，受到廣大患者的歡迎，人們把 這種手術(shù)稱為"鑰匙眼手術(shù)"。
[0003] 最初的醫(yī)用內(nèi)窺鏡和監(jiān)控設(shè)備體積龐大，價格較為昂貴，連接導線的存在給手術(shù) 帶來不方便，極大的限制手術(shù)范圍及場地。
[0004] 如中國專利號200820005178. 5公開了一種醫(yī)用便攜式螺絲刀形無線內(nèi)窺鏡，其 屬于醫(yī)用專用手術(shù)器械，涉及一種醫(yī)用便攜式螺絲刀形無線內(nèi)窺鏡。產(chǎn)品外觀僅是一個如 螺絲刀大小的操作器和一個書本大小的平板監(jiān)視器。電路由微型針孔攝像鏡頭、CCD成像 系統(tǒng)、信號發(fā)射器、信號接收器、電源電池五個部分組成。它將五個部分的器件全部數(shù)字化、 微型化，且全部集中于一個螺絲刀大小的外殼中，體積縮小了百倍，并達到無線傳輸。
[0005] 又如，中國專利申請?zhí)枮?01410066784. 8公開了一種便攜式內(nèi)窺鏡視頻系統(tǒng)，其 涉及醫(yī)療器械領(lǐng)域，特別涉及一種結(jié)構(gòu)簡單、便于攜帶的內(nèi)窺鏡視頻系統(tǒng)。包括手持主機， 無線視頻接收器及無線腳踏開關(guān)，所述手持主機上設(shè)有光學接口及顯示屏，所述手持主機 內(nèi)置有攝像頭，LED冷光源，影像處理器，顯示模塊，無線數(shù)據(jù)發(fā)送模塊及供電單元。其結(jié)構(gòu) 簡單，便于攜帶，功耗低，可與各種醫(yī)用內(nèi)窺鏡配接，適用于臨床醫(yī)療診斷治療。
[0006] 上述兩個專利的無線內(nèi)窺鏡和便攜式內(nèi)窺鏡視頻的手持主機可以相結(jié)合使用，利 用手持主機對內(nèi)窺鏡采集的視頻進行監(jiān)視觀測，進而構(gòu)成一種醫(yī)用內(nèi)窺鏡監(jiān)視系統(tǒng)。但是， 以上專利中涉及的醫(yī)用內(nèi)窺鏡監(jiān)視系統(tǒng)技術(shù)，都主要著重于針對手持設(shè)備的設(shè)計，沒有考 慮手術(shù)過程中使用者同時操作內(nèi)窺鏡和手持設(shè)備時，在視線切換和手動操作兩方面都可能 存在應(yīng)接不暇的狀況。因為使用者的視線一邊需要關(guān)注患者的傷口情況，一邊又需要觀察 對內(nèi)窺鏡的操作情況，還要時常轉(zhuǎn)頭查看監(jiān)視設(shè)備上的視頻顯示畫面，以觀察內(nèi)窺鏡采集 的視頻情況，這種視線的不斷切換，在手術(shù)過程中會造成一定的時間延誤，同時，視線的切 換也使得使用者難以將患者的傷口情況與窺鏡采集的視頻情況有效地進行結(jié)合觀察；另一 方面，系統(tǒng)中對內(nèi)窺鏡的監(jiān)視設(shè)備僅僅具備視頻監(jiān)視功能以及對視頻進行暫停/播放功能 切換、截圖等簡單操作，而無法一并對內(nèi)窺鏡的光照、圖像縮/放、拍照/攝像功能切換等操 作進行控制，因此使用者在手動操作上也時常需要在監(jiān)視設(shè)備、內(nèi)窺鏡設(shè)備的操作之間進 行切換，同時還要關(guān)于手術(shù)操作。這些因素，不僅使得內(nèi)窺鏡手術(shù)的監(jiān)視和手動控制操作麻 煩，讓操作者在視線切換和手動操作兩方面都應(yīng)接不暇，而且在一定程度上還會分散操作 者的注意力，影響手術(shù)操作質(zhì)量，增加誤操作隱患，導致手術(shù)時間增長，進而給手術(shù)患者帶 來更大的手術(shù)風險。
[0007] 綜上所述，現(xiàn)有微創(chuàng)外科手術(shù)設(shè)備存在醫(yī)用內(nèi)窺鏡和監(jiān)視設(shè)備之間的操控結(jié)合性 較差，監(jiān)視和手動控制操作都較為麻煩，需要對視線和手動操作進行頻繁的切換，并且容易 影響手術(shù)質(zhì)量，增加手術(shù)風險的問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述不足，本發(fā)明的目的在于提供一種基于視線追蹤控制 的醫(yī)用內(nèi)窺鏡操控系統(tǒng)，其能夠佩戴于人體頭部上且能夠通過眼部動作對操作指針加以操 作控制而實現(xiàn)人機交互，并能夠在視覺上達到了醫(yī)用內(nèi)窺鏡采集的數(shù)字圖像畫面與人眼視 線所觀察到的現(xiàn)實場景相疊加的人機交互效果，增強了系統(tǒng)的操控結(jié)合性，從而能夠在操 控過程中減少、甚至避免視線和手動操作的頻繁切換，進而解決現(xiàn)有微創(chuàng)外科手術(shù)設(shè)備操 控結(jié)合性差、監(jiān)視和手動控制操作麻煩、容易影響手術(shù)質(zhì)量的問題。
[0009] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用了如下的技術(shù)手段： 基于視線追蹤控制的醫(yī)用內(nèi)窺鏡操控系統(tǒng)，包括相互建立無線通信連接的頭戴式視線 追蹤控制器和醫(yī)用內(nèi)窺鏡；所述頭戴式視線追蹤控制器具有顯示模塊，用于佩戴在人體頭 部，通過對人眼動作和視線進行追蹤識別而控制顯示模塊輸出的顯示畫面上操作指針的指 示位置以及操作指針所執(zhí)行的功能操作，進而根據(jù)操作指針的指示位置以及操作指針所執(zhí) 行的功能操作觸發(fā)相應(yīng)的內(nèi)窺鏡控制指令，通過無線通信將內(nèi)窺鏡控制指令傳送至醫(yī)用內(nèi) 窺鏡，并接收醫(yī)用內(nèi)窺鏡通過無線通信回傳的數(shù)字圖像，通過顯示模塊的顯示畫面加以呈 現(xiàn)；所述醫(yī)用內(nèi)窺鏡用于接收頭戴式視線追蹤控制器通過無線通信傳送的內(nèi)窺鏡控制指 令，根據(jù)內(nèi)窺鏡控制指令執(zhí)行相應(yīng)操作，并拍攝和處理得到其探頭前方的數(shù)字圖像，通過無 線通信將數(shù)字圖像回傳至頭戴式視線追蹤控制器進行顯示。
[0010] 在上述基于視線追蹤控制的醫(yī)用內(nèi)窺鏡操控系統(tǒng)基礎(chǔ)上，作為一種具體的實施方 案，所述頭戴式視線追蹤控制器包括用于通過佩戴而固定在人體頭部上的佩戴支架，以及 設(shè)置在所述佩戴支架上的紅外測距傳感器、微型紅外攝像頭、圖像處理模塊、視線追蹤識別 模塊、中央控制模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊、第一無線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊、顯示模塊和第一電源模塊；所 述佩戴支架具有對應(yīng)于人體眉毛位置處的眉部，所述微型紅外攝像頭以及紅外測距傳感器 的紅外發(fā)射器和紅外接收器均設(shè)置于佩戴支架的眉部并朝向人體眼睛所在方向；所述顯示 模塊輸出的顯示畫面所在位置位于佩戴支架的眉部的下方對應(yīng)于人體眼睛位置處； 其中，微型紅外攝像頭的紅外圖像數(shù)據(jù)輸出端與圖像處理模塊的紅外圖像采集端電連 接，圖像處理模塊的處理數(shù)據(jù)輸出端與視線追蹤識別模塊的人眼數(shù)據(jù)采集端電連接，視線 追蹤識別模塊的識別信息輸出端與中央控制模塊的眼動數(shù)據(jù)輸入端電連接，紅外測距傳感 器的距離信號輸出端與中央控制模塊的距離數(shù)據(jù)輸入端電連接，中央控制模塊的顯示信號 輸出端與顯示模塊的顯示信號輸入端電連接，中央控制模塊的參數(shù)采集端與數(shù)據(jù)存儲模塊 進行數(shù)據(jù)連接，中央控制模塊的數(shù)據(jù)通信端與第一無線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊進行數(shù)據(jù)連接，由第 一電源模塊分別為紅外測距傳感器、微型紅外攝像頭、圖像處理模塊、視線追蹤識別模塊、 中央控制模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊、第一無線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊和顯示模塊供電； 所述顯示模塊用于通過輸出的顯示畫面顯示對醫(yī)用內(nèi)窺鏡進行操作控制的虛擬操作 按鈕，并根據(jù)顯示信號輸入端接收到的信號對其顯示畫面中所顯示呈現(xiàn)的內(nèi)容以及操作指 針所指示的位置和執(zhí)行的功能操作進行顯示控制； 所述數(shù)據(jù)存儲模塊用于存儲設(shè)備參數(shù)數(shù)據(jù)和指令參數(shù)數(shù)據(jù)；所述設(shè)備參數(shù)數(shù)據(jù)記錄的 信息包括佩戴支架上紅外接收器所在位置與顯示模塊輸出的顯示畫面所在位置之間的三 維位置關(guān)系；所述指令參數(shù)數(shù)據(jù)記錄的信息包括操作指針功能指令所對應(yīng)的眼睛睜閉動作 以及瞳孔移動動作，還包括顯示畫面中虛擬操作按鈕被觸發(fā)時所對應(yīng)的內(nèi)窺鏡控制指令； 所述紅外測距傳感器用于通過紅外發(fā)射器實時地向人體眼睛所在位置發(fā)射出紅外光， 通過紅外接收器接收由紅外光在人體眼睛所在位置漫反射后返回的紅外反射光，由紅外測 距傳感器的測距處理模塊根據(jù)紅外光發(fā)出時間與紅外反射光接收時間之間所存在的時差 進行換算而測得佩戴支架上紅外接收器所在位置與人體眼睛所在位置的距離數(shù)據(jù)，并將該 距離數(shù)據(jù)傳送至中央控制模塊； 所述微型紅外攝像頭用于拍攝人體眼睛所在位置的原始紅外圖像，并通過紅外圖像數(shù) 據(jù)輸出端實時地傳送至圖像處理模塊； 所述圖像處理模塊用于實時獲取微型紅外攝像頭拍攝的原始紅外圖像，通過圖像分割 處理從原始紅外圖像中分割得到人眼區(qū)域圖像，并將得到的人眼區(qū)域圖像進行濾波和邊緣 增強處理后，通過處理數(shù)據(jù)輸出端實時地傳送至視線追蹤識別模塊； 所述視線追蹤識別模塊用于實時獲取圖像處理模塊處理得到的人眼區(qū)域圖像，通過圖 像邊界識別處理而確定人眼區(qū)域圖像中的眼睛形狀、瞳孔位置和角膜反射光斑，進而確定 眼睛的睜閉狀態(tài)、瞳孔中心所在位置以及角膜反射光斑中心所在位置，并將眼睛的睜閉狀 態(tài)、瞳孔中心所在位置以及角膜反射光斑中心所在位置通過識別信息輸出端實時地傳送至 中央控制|吳塊； 所述第一無線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊用于與醫(yī)用內(nèi)窺鏡建立無線通信連接，實現(xiàn)與醫(yī)用內(nèi)窺鏡 之間的數(shù)據(jù)收發(fā)通信； 所述中央控制模塊用于實時地根據(jù)眼動數(shù)據(jù)輸入端接收到的瞳孔中心所在位置與角 膜反射光斑中心所在位置所構(gòu)成的位置向量而估算確定人眼的視線方向，并結(jié)合通過參數(shù) 采集端從數(shù)據(jù)存儲模塊提取的佩戴支架上紅外接收器所在位置與顯示模塊輸出的顯示畫 面所在位置之間的三維位置關(guān)系以及通過距離數(shù)據(jù)輸入端獲取到的佩戴支架上紅外接收 器所在位置與人體眼睛所在位置的距離數(shù)據(jù)構(gòu)建空間三維坐標，通過該空間三維坐標計算 確定人體眼睛所在位置相對于顯示模塊輸出的顯示畫面上各個顯示位置點的距離，進而計 算確定人眼的視線方向在顯示畫面上的實時相交點，并生成操作指針位置指令通過顯示信 號輸出端實時地傳送至顯示模塊，控制其顯示畫面上的操作指針實時地指示于人眼的視線 方向在顯示畫面上的相交點位置；中央控制模塊還用于實時地根據(jù)眼動數(shù)據(jù)輸入端接收到 的眼睛的睜閉狀態(tài)和瞳孔中心所在位置的變化情況確定眼睛的實際睜閉動作和瞳孔的實 際移動動作，且與通過參數(shù)采集端從數(shù)據(jù)存儲模塊提取的操作指針功能指令所對應(yīng)的眼睛 睜閉動作以及瞳孔移動動作進行對比，判斷是否匹配，并在判定匹配時將相匹配的操作指 針功能指令通過顯示信號輸出端傳送至顯示模塊以控制其顯示畫面上的操作指針所指示 的位置執(zhí)行相應(yīng)的功能操作，進而判斷顯示畫面上操作指針所指示的位置執(zhí)行的功能操作 是否觸發(fā)了顯示畫面中的虛擬操作按鈕，并在判定虛擬操作按鈕被觸發(fā)時通過參數(shù)采集端 從數(shù)據(jù)存儲模塊提取對應(yīng)的內(nèi)窺鏡控制指令，通過數(shù)據(jù)通信端傳送至第一無線收發(fā)模塊， 由第一無線收發(fā)模塊將內(nèi)窺鏡控制指令發(fā)送至醫(yī)用內(nèi)窺鏡；此外，中央控制模塊還用于通 過第一無線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊接收醫(yī)用內(nèi)窺鏡回傳的數(shù)字圖像，并通過顯示信號輸出端將接收 到的數(shù)字圖像實時地傳送至顯示模塊，控制其顯示畫面進行顯示呈現(xiàn)。
[0011] 在上述基于視線追蹤控制的醫(yī)用內(nèi)窺鏡操控系統(tǒng)基礎(chǔ)上，作為一種優(yōu)選方案，所 述頭戴式視線追蹤控制器的顯示模塊包括顯示驅(qū)動電路和透明顯示屏；所述透明顯示屏堅 向地固定安裝在佩戴支架的眉部的下方，用于呈現(xiàn)顯示模塊輸出的顯示畫面；所述顯示驅(qū) 動電路的顯示數(shù)據(jù)輸入端作為顯示模塊的顯示信號輸入端，顯示驅(qū)動電路的顯示控制輸出 端與透明顯示屏進行數(shù)據(jù)連接，用于根據(jù)顯示數(shù)據(jù)輸入端接收到的信號相應(yīng)地輸出和控制 通過透明顯示屏呈現(xiàn)出的顯示畫面；所述顯示模塊輸出的顯示畫面所在位置即為透明顯示 屏所在位置。
[0012] 在上述基于視線追蹤控制的醫(yī)用內(nèi)窺鏡操控系統(tǒng)基礎(chǔ)上，作為另一種優(yōu)選方案， 所述頭戴式視線追蹤控制器的顯示模塊包括微型投影儀和透明棱鏡；所述微型投影儀的投 影數(shù)據(jù)輸入端作為顯示模塊的顯示信號輸入端，微型投影儀的投影鏡頭朝向透明棱鏡，根 據(jù)投影數(shù)據(jù)輸入端接收到的信號向透明棱鏡投射出相應(yīng)的顯示畫面影像；所述透明棱鏡固 定安裝在佩戴支架的眉部的下方，且透明棱鏡中具有可見光折射面，用于將微型投影儀的 投影鏡頭投射進入透明棱鏡的顯示畫面影像折射至人體眼睛所在方向，進而呈現(xiàn)出顯示畫 面；所述顯示模塊輸出的顯示畫面所在位置即為透明棱鏡中可見光折射面所在位置。
[0013] 在上述基于視線追蹤控制的醫(yī)用內(nèi)窺鏡操控系統(tǒng)基礎(chǔ)上，作為一種優(yōu)選方案，所 述頭戴式視線追蹤控制器的佩戴支架包括一個從對應(yīng)于人體左側(cè)眉梢位置處橫向延伸至 對應(yīng)于人體右側(cè)眉梢位置處的橫梁，所述橫梁上對應(yīng)于人體眉毛位置處即為佩戴支架的眉 部；橫梁的中部設(shè)有用于將橫梁支撐在人體鼻梁位置處的鼻托；橫梁的左端和右端分別可 轉(zhuǎn)動地連接有左側(cè)腿部和右側(cè)腿部，且所述左側(cè)腿部和右側(cè)腿部相對于橫梁轉(zhuǎn)動至伸展狀 態(tài)時，使得左側(cè)腿部從對應(yīng)于人體左側(cè)眉梢位置處橫向延伸至對應(yīng)于人體左耳位置處，而 右側(cè)腿部從對應(yīng)于人體右側(cè)眉梢位置處橫向延伸至對應(yīng)于人體右耳位置處；所述左側(cè)腿部 和右側(cè)腿部遠離所述橫梁的末端之間通過綁帶相連接，所述綁帶上具有能夠彈性伸縮的伸 縮部。
[0014] 在上述基于視線追蹤控制的醫(yī)用內(nèi)窺鏡操控系統(tǒng)基礎(chǔ)上，作為進一步的技術(shù)改進 方案，所述頭戴式視線追蹤控制器還包括聲音采集模塊和音頻處理模塊；所述聲音采集模 塊的聲音數(shù)據(jù)輸出端與音頻處理模塊的音頻輸入端電連接，音頻處理模塊的音頻輸出端與 中央控制模塊的語音數(shù)據(jù)輸入端電連接；所述聲音采集模塊用于對環(huán)境聲音進行音頻采 集，并將采集到的原始聲音音頻數(shù)據(jù)通過聲音數(shù)據(jù)輸出端實時地傳送至音頻處理模塊；所 述音頻處理模塊用于實時獲取來自聲音采集模塊的原始聲音音頻數(shù)據(jù)，并對原始聲音音頻 數(shù)據(jù)進行降噪濾波處理，并將處理后的聲音音頻數(shù)據(jù)通過音頻輸出端實時地傳送至中央控 制模塊；所述數(shù)據(jù)存儲模塊中存儲的指令參數(shù)數(shù)據(jù)所記錄的信息，還包括內(nèi)窺鏡控制指令 所對應(yīng)的語音口令音頻數(shù)據(jù)；所述中央控制模塊還用于實時地將語音數(shù)據(jù)輸入端收到的聲 音音頻數(shù)據(jù)與通過參數(shù)采集端從數(shù)據(jù)存儲模塊提取的內(nèi)窺鏡控制指令所對應(yīng)的語音口令 音頻數(shù)據(jù)進行對比，判斷是否匹配，并在判定匹配時將相匹配的內(nèi)窺鏡控制指令通過數(shù)據(jù) 通信端傳送至第一無線收發(fā)模塊，由第一無線收發(fā)模塊將內(nèi)窺鏡控制指令發(fā)送至醫(yī)用內(nèi)窺 鏡。
[0015] 在上述基于視線追蹤控制的醫(yī)用內(nèi)窺鏡操控系統(tǒng)基礎(chǔ)上，作為進一步的技術(shù)改進 方案，所述頭戴式視線追蹤控制器的佩戴支架上還設(shè)置有若干個操作鍵，各個操作鍵分別 與中央控制模塊的不同I/O端電連接，在操作鍵被手動操作時向相應(yīng)的I/O端發(fā)出電信號； 所述數(shù)據(jù)存儲模塊中存儲的指令參數(shù)數(shù)據(jù)所記錄的信息，還包括中央控制模塊的各個I/O 端電信號所對應(yīng)的內(nèi)窺鏡控制指令；所述中央控制模塊還用于實時地接收來自各不同I/O 端的電信號，通過查詢數(shù)據(jù)存儲模塊存儲的指令參數(shù)數(shù)據(jù)，判定接收到的I/O端電信號所 對應(yīng)的內(nèi)窺鏡控制指令，并將相應(yīng)的內(nèi)窺鏡控制指令通過數(shù)據(jù)通信端傳送至第一無線收發(fā) 模塊，由第一無線收發(fā)模塊將內(nèi)窺鏡控制指令發(fā)送至醫(yī)用內(nèi)窺鏡。
[0016] 在上述基于視線追蹤控制的醫(yī)用內(nèi)窺鏡操控系統(tǒng)基礎(chǔ)上，作為一種具體的實施方 案，所述醫(yī)用內(nèi)窺鏡包括冷光源照明模塊、微型CCD攝像頭、CCD圖像信號轉(zhuǎn)換模塊、微控 制模塊、第二無線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊和第二電源模塊；所述冷光源照明模塊和微型CCD攝像頭 均設(shè)置于醫(yī)用內(nèi)窺鏡的探頭位置處并朝向探頭的前方；其中，微型CCD攝像頭的拍攝圖像 輸出端與CCD圖像信號轉(zhuǎn)換模塊的圖像輸入端電連接，CCD圖像信號轉(zhuǎn)換模塊的轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù) 輸出端與微控制模塊的數(shù)字圖像輸入端電連接，微控制模塊的拍攝控制信號輸出端與微型 CCD攝像頭的拍攝控制端電連接，微控制模塊的數(shù)據(jù)收發(fā)端與第二無線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊進行 數(shù)據(jù)連接，由第二電源模塊分別為冷光源照明模塊、微型CCD攝像頭、CCD圖像信號轉(zhuǎn)換模 塊、微控制模塊和第二無線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊供電； 所述冷光源照明模塊用于向醫(yī)用內(nèi)窺鏡的探頭前方提供照明； 所述微型CCD攝像頭用于根據(jù)拍攝控制端接收到的拍攝控制信號對醫(yī)用內(nèi)窺鏡的探 頭前方進行圖像拍攝操作，并將拍攝的CCD圖像信號通過拍攝圖像輸出端傳送至CCD圖像 信號轉(zhuǎn)換模塊； 所述CCD圖像信號轉(zhuǎn)換模塊用于實時地將來自微型CCD攝像頭的CCD圖像信號轉(zhuǎn)換為 數(shù)字圖像，并通過轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)輸出端傳送至微控制模塊； 所述第二無線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊用于與頭戴式視線追蹤控制器建立無線通信連接，實現(xiàn)與 頭戴式視線追蹤控制器的數(shù)據(jù)收發(fā)通信； 所述微控制模塊用于通過第二無線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊接收頭戴式視線追蹤控制器發(fā)送的 內(nèi)窺鏡控制指令，并根據(jù)內(nèi)窺鏡控制指令通過拍攝控制信號輸出端向微型CCD攝像頭發(fā)送 相應(yīng)的拍攝控制信號以控制其執(zhí)行相應(yīng)的圖像拍攝操作，還用于將數(shù)字圖像輸入端接收到 的數(shù)字圖像通過數(shù)據(jù)收發(fā)端傳送至第二無線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊，由第二無線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊將數(shù) 字圖像回傳至頭戴式視線追蹤控制器。
[0017] 相比于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有以下有益效果： 1、本發(fā)明基于視線追蹤控制的醫(yī)用內(nèi)窺鏡操控系統(tǒng)，其頭戴式視線追蹤控制器能夠佩 戴于人體頭部上，且能夠通過眼部動作和視線進行追蹤識別而對顯示畫面上操作指針的指 示位置以及操作指針所執(zhí)行的功能操作，實現(xiàn)人機交互，進而觸發(fā)相應(yīng)的內(nèi)窺鏡控制指令， 來控制醫(yī)用內(nèi)窺鏡執(zhí)行相應(yīng)操作，避免了操作者需要手動操作醫(yī)用內(nèi)窺鏡和監(jiān)視控制器的 麻煩，并且這樣的操控方式，大幅降低了人眼的隨即動作觸發(fā)醫(yī)用內(nèi)窺鏡發(fā)生誤動作的可 能性，使得本發(fā)明基于視線追蹤控制的醫(yī)用內(nèi)窺鏡操控系統(tǒng)具有較好的可操作性。
[0018] 2、本發(fā)明基于視線追蹤控制的醫(yī)用內(nèi)窺鏡操控系統(tǒng)，其頭戴式視線追蹤控制器還 能夠接收并通過頭戴式視線追蹤控制器上的顯示畫面呈現(xiàn)醫(yī)用內(nèi)窺鏡的探頭前方拍攝到 的數(shù)字圖像，在視覺上達到了醫(yī)用內(nèi)窺鏡采集的數(shù)字圖像畫面與人眼視線所觀察到的現(xiàn)實 場景相疊加的人機交互效果，避免了操作者的視線在顯示環(huán)境與內(nèi)窺鏡視頻之間頻繁切換 的麻煩，增強了系統(tǒng)的操控結(jié)合性，從而能夠在操控過程中減少、甚至避免視線和手動操作 的頻繁切換，進而解決了現(xiàn)有微創(chuàng)外科手術(shù)設(shè)備操控結(jié)合性差、監(jiān)視和手動控制操作麻煩、 容易影響手術(shù)質(zhì)量的問題。
[0019] 3、本發(fā)明基于視線追蹤控制的醫(yī)用內(nèi)窺鏡操控系統(tǒng)中，其頭戴式視線追蹤控制器 采用了紅外測距傳感器對人眼所在位置進行測距，還通過其紅外發(fā)射器實時地向人體眼睛 所在位置發(fā)射出紅外光，以此作為輔助的紅外光源，并借助紅外光在人眼角膜上反射而形 成角膜反射光斑，相應(yīng)地采用微型紅外攝像頭有效的拍攝人體眼睛所在位置的原始紅外圖 像，用以進行人眼識別和視線追蹤，避免了可見光環(huán)境陰暗等情況引起的干擾，并且角膜反 射光斑可用于在后續(xù)的視線追蹤識別過程中對角膜反射光斑中心所在位置加以定位，進而 結(jié)合瞳孔中心所在位置，輔助實現(xiàn)對人眼的視線方向加以捕捉。
[0020] 4、本發(fā)明基于視線追蹤控制的醫(yī)用內(nèi)窺鏡操控系統(tǒng)，還能夠通過人眼動作和語音 口令、實體操作鍵等操作方式相結(jié)合，實現(xiàn)人機交互，對醫(yī)用內(nèi)窺鏡繼續(xù)更復雜、更精確的 功能控制，更進一步地幫助降低誤操作幾率，增強系統(tǒng)的可操作性，從而進一步地減少了醫(yī) 用內(nèi)窺鏡操控系統(tǒng)的使用對于手術(shù)操作和手術(shù)質(zhì)量的影響。
[0021] 5、本發(fā)明基于視線追蹤控制的醫(yī)用內(nèi)窺鏡操控系統(tǒng)，還能夠借助其無線通信能 力，與其它計算機終端設(shè)備配合使用，以解決更多的技術(shù)應(yīng)用問題，具有豐富的可操作性和 強大的可擴展性，在微創(chuàng)外科手術(shù)設(shè)備【技術(shù)領(lǐng)域】具有廣闊的應(yīng)用前景。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0022] 圖1為本發(fā)明基于視線追蹤控制的醫(yī)用內(nèi)窺鏡操控系統(tǒng)的構(gòu)架結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023] 圖2為本發(fā)明實施例一中醫(yī)用內(nèi)窺鏡操控系統(tǒng)的頭戴式視線追蹤控制器的立體 結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024] 圖3為本發(fā)明實施例一中醫(yī)用內(nèi)窺鏡操控系統(tǒng)的頭戴式視線追蹤控制器的電子 構(gòu)架結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025] 圖4為本發(fā)明實施例一中醫(yī)用內(nèi)窺鏡操控系統(tǒng)的醫(yī)用內(nèi)窺鏡的電子構(gòu)架結(jié)構(gòu)示 意圖。
[0026] 圖5為本發(fā)明實施例一中頭戴式視線追蹤控制器上顯示模塊的顯示畫面示例圖。
[0027] 圖6為本發(fā)明實施例二中醫(yī)用內(nèi)窺鏡操控系統(tǒng)的頭戴式視線追蹤控制器的立體 結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實施方式】
[0028] 本發(fā)明提供了一種基于視線追蹤控制的醫(yī)用內(nèi)窺鏡操控系統(tǒng)。如圖1所示，該醫(yī) 用內(nèi)窺鏡操控系統(tǒng)包括相互建立無線通信連接的頭戴式視線追蹤控制器和醫(yī)用內(nèi)窺鏡。其 中，頭戴式視線追蹤控制器具有顯示模塊，用于佩戴在人體頭部，通過對人眼動作和視線進 行追蹤識別而控制顯示模塊輸出的顯示畫面上操作指針的指示位置以及操作指針所執(zhí)行 的功能操作，進而根據(jù)操作指針的指示位置以及操作指針所執(zhí)行的功能操作觸發(fā)相應(yīng)的內(nèi) 窺鏡控制指令，通過無線通信將內(nèi)窺鏡控制指令傳送至醫(yī)用內(nèi)窺鏡，并接收醫(yī)用內(nèi)窺鏡通 過無線通信回傳的數(shù)字圖像，通過顯示模塊的顯示畫面加以呈現(xiàn)。醫(yī)用內(nèi)窺鏡則用于接收 頭戴式視線追蹤控制器通過無線通信傳送的內(nèi)窺鏡控制指令，根據(jù)內(nèi)窺鏡控制指令執(zhí)行相 應(yīng)操作，并拍攝和處理得到其探頭前方的數(shù)字圖像，通過無線通信將數(shù)字圖像回傳至頭戴 式視線追蹤控制器進行顯示。
[0029] 由此以來，本發(fā)明基于視線追蹤控制的醫(yī)用內(nèi)窺鏡操控系統(tǒng)，其頭戴式視線追蹤 控制器能夠佩戴于人體頭部上，且能夠通過眼部動作和視線進行追蹤識別而對顯示畫面上 操作指針的指示位置以及操作指針所執(zhí)行的功能操作，實現(xiàn)人機交互，進而觸發(fā)相應(yīng)的內(nèi) 窺鏡控制指令，來控制醫(yī)用內(nèi)窺鏡執(zhí)行相應(yīng)操作，避免了操作者需要手動操作醫(yī)用內(nèi)窺鏡 和監(jiān)視控制器的麻煩；同時，系統(tǒng)中的頭戴式視線追蹤控制器還能夠接收并通過頭戴式視 線追蹤控制器上的顯示畫面呈現(xiàn)醫(yī)用內(nèi)窺鏡的探頭前方拍攝到的數(shù)字圖像，在視覺上達到 了醫(yī)用內(nèi)窺鏡采集的數(shù)字圖像畫面與人眼視線所觀察到的現(xiàn)實場景相疊加的人機交互效 果，避免了操作者的視線在顯示環(huán)境與內(nèi)窺鏡視頻之間頻繁切換的麻煩。由此可見，本發(fā)明 基于視線追蹤控制的醫(yī)用內(nèi)窺鏡操控系統(tǒng)增強了系統(tǒng)的操控結(jié)合性，從而能夠在操控過程 中減少、甚至避免視線和手動操作的頻繁切換，進而解決了現(xiàn)有微創(chuàng)外科手術(shù)設(shè)備操控結(jié) 合性差、監(jiān)視和手動控制操作麻煩、容易影響手術(shù)質(zhì)量的問題。
[0030] 下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案作進一步說明。
[0031] 實施例一： 針對本發(fā)明提出的基于視線追蹤控制的醫(yī)用內(nèi)窺鏡操控系統(tǒng)，本實施例給出一種具體 的方式。本實施的醫(yī)用內(nèi)窺鏡操控系統(tǒng)包括相互建立無線通信連接的頭戴式視線追蹤控制 器和醫(yī)用內(nèi)窺鏡。
[0032] 其中，醫(yī)用內(nèi)窺鏡的電子構(gòu)架如圖4所示，包括冷光源照明模塊、微型(XD攝像頭 (Charge-coupled Device,電稱合感光兀件，簡稱CO))、CO)圖像信號轉(zhuǎn)換模塊、微控制模 塊、第二無線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊和第二電源模塊。冷光源照明模塊和微型CCD攝像頭均設(shè)置于 醫(yī)用內(nèi)窺鏡的探頭位置處并朝向探頭的前方，主要是便于對醫(yī)用內(nèi)窺鏡的探頭前方進行照 明和圖像采集。而醫(yī)用內(nèi)窺鏡中的其它構(gòu)件，例如CCD圖像信號轉(zhuǎn)換模塊、微控制模塊、第 二無線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊和第二電源模塊等，則可以根據(jù)集成需要設(shè)置在醫(yī)用內(nèi)窺鏡的任意位 置，其具體安裝位置，影響這些構(gòu)件相互之間的電氣布線方式，但不影響整體功能的實現(xiàn)。 在醫(yī)用內(nèi)窺鏡的電子構(gòu)架中，微型CCD攝像頭的拍攝圖像輸出端與CCD圖像信號轉(zhuǎn)換模塊 的圖像輸入端電連接，CCD圖像信號轉(zhuǎn)換模塊的轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)輸出端與微控制模塊的數(shù)字圖像 輸入端電連接，微控制模塊的拍攝控制信號輸出端與微型CCD攝像頭的拍攝控制端電連 接，微控制模塊的數(shù)據(jù)收發(fā)端與第二無線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊進行數(shù)據(jù)連接，由第二電源模塊分 別為冷光源照明模塊、微型CCD攝像頭、CCD圖像信號轉(zhuǎn)換模塊、微控制模塊和第二無線數(shù) 據(jù)收發(fā)模塊供電。其中，冷光源照明模塊用于向醫(yī)用內(nèi)窺鏡的探頭前方提供照明。微型CCD 攝像頭用于根據(jù)拍攝控制端接收到的拍攝控制信號對醫(yī)用內(nèi)窺鏡的探頭前方進行圖像拍 攝操作，并將拍攝的C⑶圖像信號通過拍攝圖像輸出端傳送至(XD圖像信號轉(zhuǎn)換模塊。（XD 圖像信號轉(zhuǎn)換用于實時地將來自微型CCD攝像頭的CCD圖像信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字圖像，并通過 轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)輸出端傳送至微控制模塊。第二無線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊用于與頭戴式視線追蹤控制器 建立無線通信連接，實現(xiàn)與頭戴式視線追蹤控制器的數(shù)據(jù)收發(fā)通信。微控制模塊則用于通 過第二無線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊接收頭戴式視線追蹤控制器發(fā)送的內(nèi)窺鏡控制指令，并根據(jù)內(nèi)窺 鏡控制指令通過拍攝控制信號輸出端向微型CCD攝像頭發(fā)送相應(yīng)的拍攝控制信號以控制 其執(zhí)行相應(yīng)的圖像拍攝操作，還用于將數(shù)字圖像輸入端接收到的數(shù)字圖像通過數(shù)據(jù)收發(fā)端 傳送至第二無線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊，由第二無線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊將數(shù)字圖像回傳至頭戴式視線追 蹤控制器。實際上，本發(fā)明醫(yī)用內(nèi)窺鏡操控系統(tǒng)中的醫(yī)用內(nèi)窺鏡，可以基本沿用現(xiàn)有醫(yī)用內(nèi) 窺鏡產(chǎn)品的整體構(gòu)架，只是在現(xiàn)有構(gòu)架基礎(chǔ)上增加第二無線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊，并增加微控制 模塊通過第二無線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊進行內(nèi)窺鏡控制指令的接收以及數(shù)字圖像等數(shù)據(jù)的發(fā)送 等相應(yīng)功能。其中，第二無線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊與第一無線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊，具體可以采用藍牙收 發(fā)模塊、射頻收發(fā)模塊、WiFi收發(fā)模塊或ZigBee收發(fā)模塊等現(xiàn)有技術(shù)中較為成熟的無線數(shù) 據(jù)收發(fā)模塊。當然，在現(xiàn)有的一些醫(yī)用內(nèi)窺鏡產(chǎn)品中，還集成有通過微控制模塊加以控制的 供藥機構(gòu)、取樣機構(gòu)等，用以對手術(shù)患者的手術(shù)位置提供麻醉等藥物，或者對手術(shù)位置進行 組織取樣操作；現(xiàn)有技術(shù)中的這些供藥機構(gòu)、取樣機構(gòu)等，同樣可以包含應(yīng)用在本發(fā)明醫(yī)用 內(nèi)窺鏡操控系統(tǒng)的醫(yī)用內(nèi)窺鏡中，由微控制模塊根據(jù)頭戴式視線追蹤控制器發(fā)送的內(nèi)窺鏡 控制指令而控制這些機構(gòu)執(zhí)行相應(yīng)操作。
[0033] 本實施的醫(yī)用內(nèi)窺鏡操控系統(tǒng)中，頭戴式視線追蹤控制器如圖2所示，該頭戴式 視線追蹤控制器包括一個用于通過佩戴而固定在人體頭部上的佩戴支架10,以及設(shè)置在 所述佩戴支架10上的紅外測距傳感器20、微型紅外攝像頭30、圖像處理模塊、視線追蹤識 別模塊、中央控制模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊、第一無線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊、顯示模塊40和第一電源模 塊。該佩戴支架10的具體形狀，可以根據(jù)其佩戴功能和外形美觀的需要而設(shè)計為任意適合 佩戴于人體頭部的形狀樣式，例如較為復雜的可以設(shè)計為一個頭盔樣式，較為簡單的可以 設(shè)計為如圖2所示的一個眼鏡支架的樣式，等等；但最主要的是，該佩戴支架10需要具有 對應(yīng)于人體眉毛位置處的眉部11。而微型紅外攝像頭30以及紅外測距傳感器20的紅外 發(fā)射器21和紅外接收器22則均設(shè)置于佩戴支架的眉部11并朝向人體眼睛所在方向，主要 是便于微型紅外攝像頭拍攝人體眼睛所在位置的圖像，以及便于紅外測距傳感器對人體眼 睛所在位置進行測距。顯示模塊40輸出的顯示畫面所在位置位于佩戴支架的眉部11的下 方對應(yīng)于人體眼睛位置處，便于人眼觀測顯示畫面；本實施例中，顯示模塊40采用顯示驅(qū) 動電路和透明顯示屏41的構(gòu)架實現(xiàn)方案，其中，透明顯示屏41堅向地固定安裝在佩戴支架 10的眉部11的下方，用于呈現(xiàn)顯示模塊輸出的顯示畫面，而顯示驅(qū)動電路則可以安裝在佩 戴支架上的任意位置；顯示驅(qū)動電路的具體安裝位置影響與透明顯示屏之間的電氣布線方 式，而并不影響顯示模塊的功能實現(xiàn)；但為了使得布線距離較短，顯示驅(qū)動電路最好安裝在 佩戴支架的眉部上位于透明顯示屏的正上方位置處。而頭戴式視線追蹤控制器中的其它 構(gòu)件，例如圖像處理模塊、視線追蹤識別模塊、中央控制模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊、第一無線數(shù)據(jù) 收發(fā)模塊和第一電源模塊等，則可以根據(jù)集成需要設(shè)置在佩戴支架上的任意位置，例如數(shù) 據(jù)存儲模塊和第一電源模塊安裝在佩戴支架上的左側(cè)位置，圖像處理模塊、視線追蹤識別 模塊、第一無線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊和中央控制模塊則安裝在佩戴支架上的右側(cè)位置，或者圖像 處理模塊、視線追蹤識別模塊、中央控制模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊、第一無線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊和第 一電源模塊通過電路集成的方式都安裝在佩戴支架上專門設(shè)置的集成電路安裝腔室內(nèi)，等 等；這些構(gòu)件在佩戴支架上的具體安裝位置，影響其相互之間的電氣布線方式，但不影響整 體功能的實現(xiàn)。
[0034] 具體而言，在本實施例中，如圖2所示，頭戴式視線追蹤控制器的佩戴支架10包括 一個從對應(yīng)于人體左側(cè)眉梢位置處橫向延伸至對應(yīng)于人體右側(cè)眉梢位置處的橫梁12,所述 橫梁12上對應(yīng)于人體眉毛位置處即為佩戴支架的眉部11 ;橫梁12的中部設(shè)有用于將橫梁 支撐在人體鼻梁位置處的鼻托13 ;橫梁12的左端和右端分別可轉(zhuǎn)動地連接有左側(cè)腿部14 和右側(cè)腿部15,且所述左側(cè)腿部14和右側(cè)腿部15相對于橫梁鼻托12轉(zhuǎn)動至伸展狀態(tài)時， 使得左側(cè)腿部14從對應(yīng)于人體左側(cè)眉梢位置處橫向延伸至對應(yīng)于人體左耳位置處，而右 側(cè)腿部15從對應(yīng)于人體右側(cè)眉梢位置處橫向延伸至對應(yīng)于人體右耳位置處；所述左側(cè)腿 部14和右側(cè)腿部15遠離所述橫梁12的末端之間通過綁帶16相連接，所述綁帶16上具有 能夠彈性伸縮的伸縮部17。由此設(shè)計的頭戴式視線追蹤控制器的佩戴支架結(jié)構(gòu)，不僅結(jié)構(gòu) 簡單輕巧，而且其整體佩戴方式與眼鏡相似，將佩戴支架的橫梁上支撐在人體鼻梁位置處， 左側(cè)腿部和右側(cè)腿部的末端分別架設(shè)在人體的左耳和右耳上形成支撐，同時利用綁帶綁在 人體頭部的后腦勺形成固定，由綁帶上的伸縮部提供伸縮調(diào)節(jié)，以適合不同頭型的使用者 佩戴，佩戴方便；并且借助綁帶的固定，即使操作者在進行手術(shù)等過程中需要長時間低頭也 不會使得頭戴式視線追蹤控制器產(chǎn)生晃動、脫落等情況。此外，佩戴支架10還具有一個從 對應(yīng)于人體右耳位置處一直延伸至對應(yīng)于人體右側(cè)眉毛位置處的封裝體18,該封裝體18 內(nèi)具有一封裝腔室，圖像處理模塊、視線追蹤識別模塊、微控制處理模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊、第 一無線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊和第一電源模塊等構(gòu)件通過電路集成的方式都安裝在封裝體18的封 裝腔室內(nèi)；微型紅外攝像頭30以及紅外測距傳感器20的紅外發(fā)射器21和紅外接收器22則 均設(shè)置于佩戴支架的封裝體18上對應(yīng)于人體右側(cè)眉毛位置處的眉部，并朝向人體眼睛所 在方向；同時，顯示驅(qū)動電路也安裝于佩戴支架的封裝體18上對應(yīng)于人體右側(cè)眉毛位置處 的眉部11，而透明顯示屏41則堅向地固定安裝在佩戴支架的封裝體18上對應(yīng)于人體右側(cè) 眉毛位置處的眉部11的下方，對應(yīng)于人體右眼位置處。由此設(shè)計的電子原件在佩戴支架上 的布置結(jié)構(gòu)，更有利于電路整合和布線方便，同時也使得頭戴式視線追蹤控制器的外觀更 加整潔、美觀。顯示驅(qū)動電路的顯示數(shù)據(jù)輸入端作為顯示模塊的顯示信號輸入端，顯示驅(qū)動 電路的顯示控制輸出端與透明顯示屏進行數(shù)據(jù)連接，用于根據(jù)顯示數(shù)據(jù)輸入端接收到的信 號相應(yīng)地輸出和控制通過透明顯示屏呈現(xiàn)出的顯示畫面。由此以來，顯示模塊輸出的顯示 畫面所在位置即為透明顯示屏所在位置。使用者佩戴本實施例的頭戴式視線追蹤控制器， 其透明顯示屏的存在并不影響使用者的視線對現(xiàn)實場景的觀測，在使用者視覺觀感上能夠 達到顯示畫面與現(xiàn)實場景相疊加的效果；同時在透明顯示屏呈現(xiàn)的顯示畫面上，還能夠同 步跟蹤使用者的視線進行操作指針的指示，實現(xiàn)操作指針的指示位置與人眼視線所觀察到 的現(xiàn)實場景相疊加的交互性指示效果。
[0035] 在頭戴式視線追蹤控制器的電子構(gòu)架方面，如圖3所示，微型紅外攝像頭的紅外 圖像數(shù)據(jù)輸出端與圖像處理模塊的紅外圖像采集端電連接，圖像處理模塊的處理數(shù)據(jù)輸出 端與視線追蹤識別模塊的人眼數(shù)據(jù)采集端電連接，視線追蹤識別模塊的識別信息輸出端與 中央控制模塊的眼動數(shù)據(jù)輸入端電連接，紅外測距傳感器的距離信號輸出端與中央控制模 塊的距離數(shù)據(jù)輸入端電連接，中央控制模塊的顯示信號輸出端與顯示模塊的顯示信號輸入 端電連接，中央控制模塊的參數(shù)采集端與數(shù)據(jù)存儲模塊進行數(shù)據(jù)連接，由第一電源模塊分 別為紅外測距傳感器、微型紅外攝像頭、圖像處理模塊、視線追蹤識別模塊、中央控制模塊、 數(shù)據(jù)存儲模塊、第一無線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊和顯示模塊供電。
[0036] 在頭戴式視線追蹤控制器的電子構(gòu)架中，顯示模塊用于通過輸出的顯示畫面顯示 對醫(yī)用內(nèi)窺鏡進行操作控制的虛擬操作按鈕，并根據(jù)顯示信號輸入端接收到的信號對其顯 示畫面中所顯示呈現(xiàn)的內(nèi)容以及操作指針所指示的位置和執(zhí)行的功能操作進行顯示控制。 其中，顯示模塊的顯示畫面中所顯示的虛擬操作按鈕，可以根據(jù)對醫(yī)用內(nèi)窺鏡的相應(yīng)功能 和控制需要而設(shè)計觸發(fā)執(zhí)行的各種功能，例如可以是觸發(fā)對醫(yī)用內(nèi)窺鏡所采集的數(shù)字圖像 的放大、縮小、暫停、播放等功能控制的虛擬操作按鈕，也可以是觸發(fā)對醫(yī)用內(nèi)窺鏡進行拍 照、攝像功能切換控制的虛擬操作按鈕；對于具有供藥、采樣等功能的醫(yī)用內(nèi)窺鏡而言，還 可以設(shè)計觸發(fā)醫(yī)用內(nèi)窺鏡執(zhí)行供藥、采樣操作的虛擬操作按鈕。圖5示出了頭戴式視線追 蹤控制器上顯示模塊的顯示畫面中顯示出虛擬操作按鈕的一個示例，該示例中的顯示畫面 顯示了放大、縮小、暫停、播放、拍照、攝像、供藥、采樣等多個功能的虛擬操作按鈕，該示例 中顯示畫面中的" + "為操作指針，該操作指針根據(jù)人眼動作和視線控制其指示位置以及所 執(zhí)的功能操作，從而控制點擊這些虛擬操作按鈕觸發(fā)向醫(yī)用內(nèi)窺鏡發(fā)送相應(yīng)的內(nèi)窺鏡控制 指令。
[0037] 數(shù)據(jù)存儲模塊用于存儲設(shè)備參數(shù)數(shù)據(jù)和指令參數(shù)數(shù)據(jù)，設(shè)備參數(shù)數(shù)據(jù)記錄的信息 包括佩戴支架上紅外接收器所在位置與顯示模塊輸出的顯示畫面所在位置之間的三維位 置關(guān)系，而指令參數(shù)數(shù)據(jù)記錄的信息則包括操作指針功能指令所對應(yīng)的眼睛睜閉動作以及 瞳孔移動動作，還包括顯示畫面中虛擬操作按鈕被觸發(fā)時所對應(yīng)的內(nèi)窺鏡控制指令；當然， 數(shù)據(jù)存儲模塊中存儲的設(shè)備參數(shù)數(shù)據(jù)和指令參數(shù)數(shù)據(jù)所記錄的數(shù)據(jù)信息，還可以包括其實 現(xiàn)其它智能化功能或交互功能所必須的參數(shù)數(shù)據(jù)。
[0038] 紅外測距傳感器用于通過紅外發(fā)射器實時地向人體眼睛所在位置發(fā)射出紅外光， 通過紅外接收器接收由紅外光在人體眼睛所在位置漫反射后返回的紅外反射光，由紅外測 距傳感器的測距處理模塊根據(jù)紅外光發(fā)出時間與紅外反射光接收時間之間所存在的時差 進行換算而測得佩戴支架上紅外接收器所在位置與人體眼睛所在位置的距離數(shù)據(jù)，并將該 距離數(shù)據(jù)傳送至中央控制處理模塊。紅外測距傳感器在本發(fā)明頭戴式視線追蹤控制器中的 作用還不僅在于對人體眼睛所在位置進行測距，其還通過與微型紅外攝像頭相結(jié)合，實現(xiàn) 更為重要的兩項輔助功能，其一是起到紅外輔助光源的作用，其二是起到對人眼角視線助 定位的作用。因為在具體的應(yīng)用環(huán)境中，由于可能存在光線陰暗的環(huán)境，致使人體眼睛位置 可見度低、甚至不可見，若采用常規(guī)的可見光感光攝像機，在陰暗環(huán)境下則會影響和干擾基 于人眼圖像對人眼位置和視線追蹤識別，因此需要輔助光源。但若直接采用可見光光源作 為輔助光源照射人眼位置，會產(chǎn)生光線晃眼的不適感，反而影響頭戴式視線追蹤控制器的 佩戴舒適性及其操作指針的可視效果。針對于此，本發(fā)明的頭戴式視線追蹤控制器中采用 了紅外測距傳感器，通過其紅外發(fā)射器實時地向人體眼睛所在位置發(fā)射出紅外光，以此作 為輔助的紅外光源；相應(yīng)地，人眼位置的圖像采集設(shè)備則采用了微型紅外攝像頭。另一方 面，紅外測距傳感器的紅外發(fā)射器向人體眼睛所在位置發(fā)射出的紅外光源光線，會因人眼 角膜的反射而形成角膜反射光斑，該角膜反射光斑可用于在后續(xù)的視線追蹤識別過程中對 角膜反射光斑中心所在位置加以定位，進而結(jié)合瞳孔中心所在位置，輔助實現(xiàn)對人眼的視 線方向加以捕捉。
[0039] 微型紅外攝像頭用于拍攝人體眼睛所在位置的原始紅外圖像，并通過紅外圖像數(shù) 據(jù)輸出端實時地傳送至圖像處理模塊。由此，即便是在陰暗、不可見等任意的可見光條件 下，由于存在紅外測距傳感器的紅外發(fā)射器作為輔助光源的幫助，始終能夠通過微型紅外 攝像頭有效的拍攝到人體眼睛所在位置的原始紅外圖像，同時還能夠借助紅外發(fā)射器發(fā)射 出的紅外光源光線在人眼位置處形成角膜反射光斑，用以進行人眼識別和視線追蹤，避免 了可見光環(huán)境陰暗等情況引起的干擾。
[0040] 圖像處理模塊則用于實時獲取微型紅外攝像頭拍攝的原始紅外圖像，通過圖像分 害IJ處理從原始紅外圖像中分割得到人眼區(qū)域圖像，并將得到的人眼區(qū)域圖像進行濾波和邊 緣增強處理后，通過處理數(shù)據(jù)輸出端實時地傳送至視線追蹤識別模塊。在現(xiàn)有的圖像處理

【技術(shù)領(lǐng)域】中，實現(xiàn)感興趣區(qū)域的定位識別、分割處理以及圖像濾波、邊緣增強處理的相關(guān) 技術(shù)方法很多，例如可以根據(jù)感興趣區(qū)域的圖像灰度信息和圖像紋理信息對其進行定位識 另IJ，再加以圖象分割處理，采用基于小波變換的圖像去噪和增強方法，利用其多尺度和多分 辨率的性質(zhì)，檢測感興趣的圖像區(qū)域的圖像信號局部特征，有效濾除噪聲，保留其圖像紋理 信息，進行實現(xiàn)對圖像的邊緣增強效果。本發(fā)明頭戴式視線追蹤控制器中的圖像處理模塊， 就可以以人眼區(qū)域圖像作為感興趣區(qū)域，實現(xiàn)對原始紅外圖像中人眼區(qū)域圖像的定位識別 和分割處理。從原始紅外圖像中分割得到人眼區(qū)域圖像的處理，還達到了緩解因抖動導致 人眼圖像識別和視線追蹤產(chǎn)生誤差的問題。本發(fā)明的頭戴式視線追蹤控制器雖然能夠通過 佩戴而固定在人體頭部上，從而使得設(shè)備上的微型紅外攝像頭與人體眼部位置較好地保持 相對固定，以穩(wěn)定地進行人眼圖像識別和視線追蹤，但并不能完全排除因頭部晃動劇烈、受 到外來物體撞擊等不可控因素，致使微型紅外攝像頭與人體眼部位置之間發(fā)生位移，造成 原始紅外圖像中人體眼睛的位置產(chǎn)生位移偏差的問題。但本發(fā)明的頭戴式視線追蹤控制器 中，通過分割人眼區(qū)域圖像的方式，不管原始圖像中人眼位置是否因為頭動而發(fā)生位移變 化，分割出的人眼區(qū)域圖像的圖像區(qū)域范圍是相對固定的，因此后期依據(jù)人眼區(qū)域圖像進 行人眼識別和視線追蹤時，就不存在因抖動引起的位移，相當于緩解、屏蔽了因抖動產(chǎn)生的 位移誤差。
[0041] 視線追蹤識別模塊用于實時獲取圖像處理模塊處理得到的人眼區(qū)域圖像，通過圖 像邊界識別處理而確定人眼區(qū)域圖像中的眼睛形狀、瞳孔位置和角膜反射光斑，進而確定 眼睛的睜閉狀態(tài)、瞳孔中心所在位置以及角膜反射光斑中心所在位置，并將眼睛的睜閉狀 態(tài)、瞳孔中心所在位置以及角膜反射光斑中心所在位置通過識別信息輸出端實時地傳送至 中央控制處理模塊。圖像邊界識別技術(shù)也是圖像處理【技術(shù)領(lǐng)域】中非常成熟的應(yīng)用技術(shù)，因 此在現(xiàn)有技術(shù)中能夠應(yīng)用于確定人眼區(qū)域圖像中的眼睛形狀、瞳孔位置和角膜反射光斑的 圖像邊界識別處理方法有很多。作為較為優(yōu)選的方案，可以采用基于徑向?qū)ΨQ的眼睛狀態(tài) 檢測算法，來檢測眼睛的睜閉狀態(tài)，具體方式可參見現(xiàn)有文獻"基于徑向?qū)ΨQ變換的眼睛 睜閉狀態(tài)檢測，張文聰，鄧宏平，李斌，莊鎮(zhèn)泉；《中國科學技術(shù)大學學報》2010年第5期，第 46(Γ465頁"；同時，可以采用隨機化橢圓擬合方法對提取的邊緣點進行橢圓最小二乘法擬 合鏈接成邊界，對瞳孔位置和角膜反射光斑的位置加以識別和確定。
[0042] 第一無線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊用于與醫(yī)用內(nèi)窺鏡建立無線通信連接，實現(xiàn)與醫(yī)用內(nèi)窺鏡 之間的數(shù)據(jù)收發(fā)通信。該第一無線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊的類型需要與醫(yī)用內(nèi)窺鏡中第二無線數(shù)據(jù) 收發(fā)模塊相匹配，具體可以采用藍牙收發(fā)模塊、射頻收發(fā)模塊、WiFi收發(fā)模塊或ZigBee收 發(fā)模塊等，與第二無線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊建立無線通信連接。
[0043] 中央控制模塊通過其眼動數(shù)據(jù)輸入端接收到眼睛的睜閉狀態(tài)、瞳孔中心所在位置 以及角膜反射光斑中心所在位置后，要進行兩方面的處理。第一方面，中央控制模塊用于實 時地根據(jù)眼動數(shù)據(jù)輸入端接收到的瞳孔中心所在位置與角膜反射光斑中心所在位置所構(gòu) 成的位置向量而估算確定人眼的視線方向，并結(jié)合通過參數(shù)采集端從數(shù)據(jù)存儲模塊提取的 佩戴支架上紅外接收器所在位置與顯示模塊輸出的顯示畫面所在位置之間的三維位置關(guān) 系以及通過距離數(shù)據(jù)輸入端獲取到的佩戴支架上紅外接收器所在位置與人體眼睛所在位 置的距離數(shù)據(jù)構(gòu)建空間三維坐標，通過該空間三維坐標計算確定人體眼睛所在位置相對于 顯示模塊輸出的顯示畫面上各個顯示位置點的距離，進而計算確定人眼的視線方向在顯示 畫面上的相交點，并生成操作指針位置指令通過顯示信號輸出端實時地傳送至顯示模塊以 控制其顯示畫面上的操作指針實時地指示于人眼的視線方向在顯示畫面上的相交點位置。 由此，使得本發(fā)明頭戴式視線追蹤控制器的顯示畫面上，操作指針的指示位置始終與人眼 的視線方向在顯示畫面上的相交點位置相重合，達到可以通過人眼視線的移動動作控制改 變操作指針指示位置的人機交互功能，同時，由于顯示畫面上操作指針的指示位置會同步 跟蹤人眼視線，因此還達到了操作指針的指示位置與人眼視線所觀察到的現(xiàn)實場景相疊加 的人機交互效果。另一方面，中央控制模塊還用于實時地根據(jù)眼動數(shù)據(jù)輸入端接收到的眼 睛的睜閉狀態(tài)和瞳孔中心所在位置的變化情況確定眼睛的實際睜閉動作和瞳孔的實際移 動動作，且與通過參數(shù)采集端從數(shù)據(jù)存儲模塊提取的操作指針功能指令所對應(yīng)的眼睛睜閉 動作以及瞳孔移動動作進行對比，判斷是否匹配，并在判定匹配時將相匹配的操作指針功 能指令通過顯示信號輸出端傳送至顯示模塊以控制其顯示畫面上的操作指針所指示的位 置執(zhí)行相應(yīng)的功能操作；例如，可以通過眨眼等眼睛睜閉動作、有規(guī)律地晃動眼球等瞳孔移 動動作，來控制操作指針執(zhí)行確認、取消、觸發(fā)虛擬操作按鈕等功能指令，豐富了通過人眼 動作實現(xiàn)人機交互的功能組合方式，達到接近于鼠標等常用人機交互輸入設(shè)備的人機交互 能力；由此，中央控制模塊便能夠進一步判斷顯示畫面上操作指針所指示的位置執(zhí)行的功 能操作是否觸發(fā)了顯示畫面中的虛擬操作按鈕，并在判定虛擬操作按鈕被觸發(fā)時通過參數(shù) 采集端從數(shù)據(jù)存儲模塊提取對應(yīng)的內(nèi)窺鏡控制指令，通過數(shù)據(jù)通信端傳送至第一無線收發(fā) 模塊，由第一無線收發(fā)模塊將內(nèi)窺鏡控制指令發(fā)送至醫(yī)用內(nèi)窺鏡，來控制醫(yī)用內(nèi)窺鏡執(zhí)行 相應(yīng)的功能操作。這樣的操控方式，大幅降低了人眼的隨即動作觸發(fā)醫(yī)用內(nèi)窺鏡發(fā)生誤動 作的可能性，使得本發(fā)明基于視線追蹤控制的醫(yī)用內(nèi)窺鏡操控系統(tǒng)具有較好的可操作性。 此外，中央控制模塊還用于通過第一無線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊接收醫(yī)用內(nèi)窺鏡回傳的數(shù)字圖像， 并通過顯示信號輸出端將接收到的數(shù)字圖像實時地傳送至顯示模塊，控制其顯示畫面進行 顯示呈現(xiàn)。這樣以來，在視覺上達到了醫(yī)用內(nèi)窺鏡采集的數(shù)字圖像畫面與人眼視線所觀察 到的現(xiàn)實場景相疊加的人機交互效果，操作者可以一邊觀察現(xiàn)實場景中自己手動操作環(huán)境 的實際情況，又可以借助顯示畫面查看醫(yī)用內(nèi)窺鏡的探頭前的圖像情況，避免了操作者的 視線在顯示環(huán)境與內(nèi)窺鏡視頻之間頻繁切換的麻煩，也避免了頻繁切換視線導致注意力分 散的問題，同時使得醫(yī)用內(nèi)窺鏡采集的數(shù)字圖像畫面與現(xiàn)實場景相結(jié)合，更便于操作者同 時了解手術(shù)患者的內(nèi)、外手術(shù)位置情況，幫助降低誤操作的幾率。
[0044] 由此可以看到，本發(fā)明基于視線追蹤控制的醫(yī)用內(nèi)窺鏡操控系統(tǒng)，能夠使用頭戴 式視線追蹤控制器佩戴于人體頭部上，通過眼部動作對操作指針加以操作控制而實現(xiàn)人機 交互，并能夠在視覺上達到了醫(yī)用內(nèi)窺鏡采集的數(shù)字圖像畫面與人眼視線所觀察到的現(xiàn)實 場景相疊加的人機交互效果，增強了系統(tǒng)的操控結(jié)合性，從而能夠在操控過程中減少、甚至 避免對視線和手動操作進行切換，進而解決現(xiàn)有微創(chuàng)外科手術(shù)設(shè)備操控結(jié)合性差、監(jiān)視和 手動控制操作麻煩、容易影響手術(shù)質(zhì)量的問題。
[0045] 實施例二： 本實施例是在實施例一基礎(chǔ)上的進一步改進方案。在本實施例基于視線追蹤控制的 醫(yī)用內(nèi)窺鏡操控系統(tǒng)中，醫(yī)用內(nèi)窺鏡的構(gòu)架與實施例一相同；而在頭戴式視線追蹤控制器 中，除了紅外測距傳感器、微型紅外攝像頭、圖像處理模塊、視線追蹤識別模塊、中央控制模 塊、數(shù)據(jù)存儲模塊、顯示模塊、第一無線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊和第一電源模塊之外，還增設(shè)了聲音 采集模塊和音頻處理模塊，其中，聲音采集模塊的聲音數(shù)據(jù)輸出端與音頻處理模塊的音頻 輸入端電連接，音頻處理模塊的音頻輸出端與中央控制模塊的語音數(shù)據(jù)輸入端電連接。本 實施例醫(yī)用內(nèi)窺鏡操控系統(tǒng)的頭戴式視線追蹤控制器中，聲音采集模塊用于對環(huán)境聲音進 行音頻采集，并將采集到的原始聲音音頻數(shù)據(jù)通過聲音數(shù)據(jù)輸出端實時地傳送至音頻處理 模塊；音頻處理模塊則用于實時獲取來自聲音采集模塊的原始聲音音頻數(shù)據(jù)，并對原始聲 音音頻數(shù)據(jù)進行降噪濾波處理，并將處理后的聲音音頻數(shù)據(jù)通過音頻輸出端實時地傳送至 中央控制模塊；在實施例一的基礎(chǔ)上，數(shù)據(jù)存儲模塊中存儲的指令參數(shù)數(shù)據(jù)所記錄的信息， 還包括內(nèi)窺鏡控制指令所對應(yīng)的語音口令音頻數(shù)據(jù)；同時，中央控制模塊還用于實時地將 語音數(shù)據(jù)輸入端收到的聲音音頻數(shù)據(jù)與通過參數(shù)采集端從數(shù)據(jù)存儲模塊提取的內(nèi)窺鏡控 制指令所對應(yīng)的語音口令音頻數(shù)據(jù)進行對比，判斷是否匹配，并在判定匹配時將相匹配的 內(nèi)窺鏡控制指令通過數(shù)據(jù)通信端傳送至第一無線收發(fā)模塊，由第一無線收發(fā)模塊將內(nèi)窺鏡 控制指令發(fā)送至醫(yī)用內(nèi)窺鏡。
[0046] 同時，本實施例的醫(yī)用內(nèi)窺鏡操控系統(tǒng)的頭戴式視線追蹤控制器在構(gòu)架布局上也 有變動。本實施例的頭戴式視線追蹤控制器如圖6所示，其佩戴支架10依然主要包括從 對應(yīng)于人體左側(cè)眉梢位置處橫向延伸至對應(yīng)于人體右側(cè)眉梢位置處且設(shè)有鼻托13的橫梁 12,橫梁12的左端和右端可轉(zhuǎn)動地連接的左側(cè)腿部14和右側(cè)腿部15,以及左側(cè)腿部14和 右側(cè)腿部15遠離所述橫梁12的末端之間連接的具有伸縮部17的綁帶16,橫梁12上對應(yīng) 于人體眉毛位置處即為佩戴支架的眉部11。但與實施例一不同之處在于，本實施例中，顯示 模塊40采用微型投影儀和透明棱鏡42的構(gòu)架實現(xiàn)方案。其中，微型投影儀的投影數(shù)據(jù)輸 入端作為顯示模塊的顯示信號輸入端，微型投影儀的投影鏡頭朝向透明棱鏡42,根據(jù)投影 數(shù)據(jù)輸入端接收到的信號向透明棱鏡42投射出相應(yīng)的顯示畫面影像。而透明棱鏡42固定 安裝在佩戴支架10的眉部11的下方，且透明棱鏡42中具有一可見光折射面，用于將微型 投影儀的投影鏡頭投射進入透明棱鏡的顯示畫面影像折射至人體眼睛所在方向，進而呈現(xiàn) 出顯示畫面。該顯示模塊構(gòu)架中，微型投影儀的具體安裝位置也是較為任意的。例如，微型 投影儀可以安裝在佩戴支架的眉部上位于透明棱鏡的正上方位置處，由上至下向透明棱鏡 投射出顯示畫面影像；微型投影儀也可以安裝在佩戴支架的眉部的下方位于透明棱鏡旁側(cè) 的位置處，從旁側(cè)向透明棱鏡投射出顯示畫面影像。當然，微型投影儀的安裝位置只要不阻 擋人眼視線即可。
[0047] 具體而言，在本實施例中，如圖6所示，佩戴支架10具有一個從對應(yīng)于人體右耳位 置處一直延伸至對應(yīng)于人體右側(cè)眉毛位置處的封裝體18,該封裝體18內(nèi)具有一封裝腔室， 圖像處理模塊、視線追蹤識別模塊、微控制處理模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊、聲音采集模塊、音頻處 理模塊、第一無線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊和第一電源模塊等構(gòu)件通過電路集成的方式都安裝在封裝 體18的封裝腔室內(nèi)；微型紅外攝像頭30以及紅外測距傳感器20的紅外發(fā)射器21和紅外 接收器22則均設(shè)置于佩戴支架的封裝體18上對應(yīng)于人體右側(cè)眉毛位置處的眉部，并朝向 人體眼睛所在方向；同時，透明棱鏡42固定安裝在佩戴支架10上的封裝體18對應(yīng)于人體 右側(cè)眉毛位置處的眉部11的下方，對應(yīng)于人體右眼位置處；而微型投影儀則安裝在佩戴支 架10上的封裝體18內(nèi)部位于透明棱鏡42右側(cè)的位置處，微型投影儀的投影鏡頭則朝向透 明棱鏡42,用于從旁側(cè)向透明棱鏡42投射出顯示畫面影像。由此設(shè)計的電子原件在佩戴支 架上的布置結(jié)構(gòu)，更有利于電路整合和布線方便，同時也使得本發(fā)明頭戴式視線追蹤控制 器的外觀更加整潔、美觀。由此以來，顯示模塊輸出的顯示畫面所在位置即為透明棱鏡中可 見光折射面所在位置。使用者佩戴本實施例的頭戴式視線追蹤控制器后，透明棱鏡的存在 同樣不影響使用者的視線對現(xiàn)實場景的觀測，同時透明棱鏡中的可見光折射面將微型投影 儀的投影鏡頭投射的顯示畫面影像折射至使用者的眼睛所在方向，顯示畫面影像光線通過 使用者眼睛的瞳孔進入眼球并成像在視網(wǎng)膜上，使得使用者能夠觀看到顯示畫面影像，并 且對于使用者而言，顯示畫面似乎就位于透明棱鏡中的可見光折射面所在位置一樣，從而 在使用者視覺觀感上達到顯示畫面與現(xiàn)實場景相疊加的效果；同時，在透明棱鏡呈現(xiàn)的顯 示畫面上，同樣能夠同步跟蹤使用者的視線進行操作指針的指示，實現(xiàn)操作指針的指示位 置與人眼視線所觀察到的現(xiàn)實場景相疊加的交互性指示效果。不僅如此，由于透明顯示屏 技術(shù)的研發(fā)和硬件成本都較為高昂，與實施例一中采用顯示驅(qū)動電路和透明顯示屏的顯示 模塊構(gòu)架實現(xiàn)方案相比較，本實施例所采用的微型投影儀和透明棱鏡的顯示模塊構(gòu)架方案 在功能上相當，而在研發(fā)和硬件成本上則更低，因此更有利于減少設(shè)備技術(shù)開發(fā)和生產(chǎn)的 成本。
[0048] 本實施例基于視線追蹤控制的醫(yī)用內(nèi)窺鏡操控系統(tǒng)中，除了能夠使用頭戴式視線 追蹤控制器通過眼部動作對操作指針加以操作控制而實現(xiàn)人機交互，對醫(yī)用內(nèi)窺鏡加以控 制之外，借助頭戴式視線追蹤控制器中聲音采集模塊、音頻處理模塊與數(shù)據(jù)存儲模塊和中 央控制模塊之間的配合，使得操作者還可以通過語音對醫(yī)用內(nèi)窺鏡加以控制。例如，在頭戴 式視線追蹤控制器的數(shù)據(jù)存儲模塊中存儲的指令參數(shù)數(shù)據(jù)中，加入漢語發(fā)音的"放大"、"縮 小"、"暫停"、"播放"、"拍照"、"攝像"、"供藥"、"采樣"等音頻數(shù)據(jù)作為語音口令音頻數(shù)據(jù)， 分別對應(yīng)執(zhí)行放大、縮小、暫停、播放、拍照、攝像、供藥、采樣等功能的內(nèi)窺鏡控制指令；在 使用過程中，操作者可以通過語音漢語發(fā)音喊出需要醫(yī)用內(nèi)窺鏡執(zhí)行操作的功能名稱，例 如"拍照"，操作者發(fā)出的語音便能夠被頭戴式視線追蹤控制器的聲音采集模塊采集，通過 音頻處理模塊處理后傳送至中央控制模塊進行識別，中央控制模塊通過與數(shù)據(jù)存儲模塊中 記錄的語音口令音頻數(shù)據(jù)進行對比，判定操作者漢語發(fā)音的"拍照"音頻數(shù)據(jù)與指令參數(shù)數(shù) 據(jù)中"拍照"語音口令音頻數(shù)據(jù)相匹配，頭戴式視線追蹤控制器則會通過第一無線收發(fā)模塊 向醫(yī)用內(nèi)窺鏡發(fā)出"拍照"的內(nèi)窺鏡控制指令，控制醫(yī)用內(nèi)窺鏡執(zhí)行拍照操作。由此以來， 對于本發(fā)明的醫(yī)用內(nèi)窺鏡操控系統(tǒng)，使用者能夠通過更加豐富的非手動操控方式實現(xiàn)人機 交互，并且還能夠通過人眼動作和語音口令相結(jié)合，對醫(yī)用內(nèi)窺鏡繼續(xù)更復雜、更精確的功 能控制，更進一步地幫助降低誤操作幾率，增強系統(tǒng)的可操作性，從而進一步地減少了醫(yī)用 內(nèi)窺鏡操控系統(tǒng)的使用對于手術(shù)操作和手術(shù)質(zhì)量的影響。
[0049] 實施例三： 本實施例同樣是在實施例一或者實施例二基礎(chǔ)上的進一步改進方案。在本實施例基于 視線追蹤控制的醫(yī)用內(nèi)窺鏡操控系統(tǒng)中，醫(yī)用內(nèi)窺鏡的構(gòu)架與實施例一相同；而在頭戴式 視線追蹤控制器中，除了紅外測距傳感器、微型紅外攝像頭、圖像處理模塊、視線追蹤識別 模塊、中央控制模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊、顯示模塊、第一無線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊和第一電源模塊之 夕卜，還增設(shè)了若干個操作鍵，各個操作鍵分別與中央控制模塊的不同I/O端（I/O即Input/ Output的縮寫，指輸入端口 /輸出端口）電連接，在操作鍵被手動操作時向相應(yīng)的I/O端 發(fā)出電信號。本實施例醫(yī)用內(nèi)窺鏡操控系統(tǒng)的頭戴式視線追蹤控制器中，在實施例一的基 礎(chǔ)上，數(shù)據(jù)存儲模塊中存儲的指令參數(shù)數(shù)據(jù)所記錄的信息，還包括中央控制模塊的各個I/O 端電信號所對應(yīng)的內(nèi)窺鏡控制指令；同時，中央控制模塊還用于實時地接收來自各不同1/ 〇端的電信號，通過查詢數(shù)據(jù)存儲模塊存儲的指令參數(shù)數(shù)據(jù)，判定接收到的I/O端電信號所 對應(yīng)的內(nèi)窺鏡控制指令，并將相應(yīng)的內(nèi)窺鏡控制指令通過數(shù)據(jù)通信端傳送至第一無線收發(fā) 模塊，由第一無線收發(fā)模塊將內(nèi)窺鏡控制指令發(fā)送至醫(yī)用內(nèi)窺鏡。
[0050] 對于具體實施而言，本實施例醫(yī)用內(nèi)窺鏡操控系統(tǒng)的頭戴式視線追蹤控制器中， 各個操作鍵的設(shè)置位置可以根據(jù)外觀需要以及易操作性的考慮加以設(shè)計，例如可以設(shè)計在 佩戴支架的左側(cè)腿部或右側(cè)腿部上，等等；同時，操作鍵的具體形式也可以是多樣的，可以 根據(jù)其功能需要而選擇，例如可以是按鈕鍵，可以是撥動鍵，也可以是撥輪鍵，等等。此外， 該若干個操作鍵可以用于觸發(fā)頭戴式視線追蹤控制器發(fā)出不同的內(nèi)窺鏡控制指令，例如放 大、縮小、播放、暫停操作，攝像、拍照的切換操作，內(nèi)窺鏡的供藥、取樣控制操作，等；觸發(fā)這 些指令，需要頭戴式視線追蹤控制器的數(shù)據(jù)存儲模塊和中央控制模塊相配合。
[0051] 使用本實施例的醫(yī)用內(nèi)窺鏡操控系統(tǒng)，除了能夠使用頭戴式視線追蹤控制器通過 眼部動作對操作指針加以操作控制而實現(xiàn)人機交互，對醫(yī)用內(nèi)窺鏡加以控制之外，還可以 通過操作頭戴式視線追蹤控制器上的操作鍵對醫(yī)用內(nèi)窺鏡加以控制。例如，頭戴式視線追 蹤控制器上設(shè)有一個觸發(fā)"放大"操作的按鈕鍵形式的操作鍵，數(shù)據(jù)存儲模塊中存儲的指令 參數(shù)數(shù)據(jù)所記錄的信息中，記錄有該按鈕鍵被按下時向中央控制模塊的相應(yīng)I/O端發(fā)出電 信號表示觸發(fā)"放大"操作的內(nèi)窺鏡控制指令，則當該按鈕鍵被按下時，中央控制模塊接收 來自該按鈕鍵I/O端的電信號，通過查詢數(shù)據(jù)存儲模塊存儲的指令參數(shù)數(shù)據(jù)，即可判定該 I/O端電信號表示觸發(fā)"放大"操作的內(nèi)窺鏡控制指令，從而由頭戴式視線追蹤控制器的第 一無線收發(fā)模塊將"放大"操作的內(nèi)窺鏡控制指令發(fā)送至醫(yī)用內(nèi)窺鏡，控制醫(yī)用內(nèi)窺鏡執(zhí)行 圖像放大的操作。由此以來，對于本發(fā)明的醫(yī)用內(nèi)窺鏡操控系統(tǒng)，使用者能夠在結(jié)合眼部動 作的情況下，進一步的通過手動操作頭戴式視線追蹤控制器上的操作鍵，來對醫(yī)用內(nèi)窺鏡 繼續(xù)更復雜、更精確的功能控制，更進一步地幫助降低誤操作幾率，增強系統(tǒng)的可操作性， 從而進一步地減少了醫(yī)用內(nèi)窺鏡操控系統(tǒng)的使用對于手術(shù)操作和手術(shù)質(zhì)量的影響。
[0052] 綜上所述，本發(fā)明基于視線追蹤控制的醫(yī)用內(nèi)窺鏡操控系統(tǒng)，其頭戴式視線追蹤 控制器能夠佩戴于人體頭部上，且能夠通過眼部動作和視線進行追蹤識別而對顯示畫面上 操作指針的指示位置以及操作指針所執(zhí)行的功能操作，實現(xiàn)人機交互，進而觸發(fā)相應(yīng)的內(nèi) 窺鏡控制指令，來控制醫(yī)用內(nèi)窺鏡執(zhí)行相應(yīng)操作，避免了操作者需要手動操作醫(yī)用內(nèi)窺鏡 和監(jiān)視控制器的麻煩；同時，系統(tǒng)中的頭戴式視線追蹤控制器還能夠接收并通過頭戴式視 線追蹤控制器上的顯示畫面呈現(xiàn)醫(yī)用內(nèi)窺鏡的探頭前方拍攝到的數(shù)字圖像，在視覺上達到 了醫(yī)用內(nèi)窺鏡采集的數(shù)字圖像畫面與人眼視線所觀察到的現(xiàn)實場景相疊加的人機交互效 果，避免了操作者的視線在顯示環(huán)境與內(nèi)窺鏡視頻之間頻繁切換的麻煩。由此可見，本發(fā)明 基于視線追蹤控制的醫(yī)用內(nèi)窺鏡操控系統(tǒng)增強了系統(tǒng)的操控結(jié)合性，從而能夠在操控過程 中減少、甚至避免視線和手動操作的頻繁切換，幫助降低誤操作幾率，減少醫(yī)用內(nèi)窺鏡操控 系統(tǒng)的使用對于手術(shù)操作和手術(shù)質(zhì)量的影響，進而解決了現(xiàn)有微創(chuàng)外科手術(shù)設(shè)備操控結(jié)合 性差、監(jiān)視和手動控制操作麻煩、容易影響手術(shù)質(zhì)量的問題。不僅如此，由于在本發(fā)明的醫(yī) 用內(nèi)窺鏡操控系統(tǒng)中，頭戴式視線追蹤控制器和醫(yī)用內(nèi)窺鏡均具備有無線通信的能力，因 此頭戴式視線追蹤控制器和醫(yī)用內(nèi)窺鏡均能夠與其它具備無線通信能力的外來計算機終 端設(shè)備建立無線通信連接，例如其它的個人計算機、手機終端、鼠標、手持式遙控設(shè)備、口腔 佩戴式遙控設(shè)備等等，來接收這些外來計算機終端設(shè)備所發(fā)出的控制指令對醫(yī)用內(nèi)窺鏡加 以控制，或者接收這些外來計算機終端設(shè)備發(fā)出的字符、圖片、視頻等信息數(shù)據(jù)通過頭戴式 視線追蹤控制器的顯示模塊加以顯示呈現(xiàn)，又或者利用醫(yī)用內(nèi)窺鏡操控系統(tǒng)向這些外來計 算機終端設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)信息，實現(xiàn)交互，等等，使得本發(fā)明的醫(yī)用內(nèi)窺鏡操控系統(tǒng)能夠與其 它計算機終端設(shè)備配合使用，以解決更多的技術(shù)應(yīng)用問題。可見，本發(fā)明基于視線追蹤控制 的醫(yī)用內(nèi)窺鏡操控系統(tǒng)還可以具有豐富的可操作性和強大的可擴展性，在微創(chuàng)外科手術(shù)設(shè) 備【技術(shù)領(lǐng)域】具有廣闊的應(yīng)用前景。
[0053] 最后說明的是，以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照實 施例對本發(fā)明進行了詳細說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當理解，可以對本發(fā)明的技術(shù)方 案進行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的宗旨和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明 的權(quán)利要求范圍當中。
【權(quán)利要求】
1. 基于視線追蹤控制的醫(yī)用內(nèi)窺鏡操控系統(tǒng)，其特征在于，包括相互建立無線通信連 接的頭戴式視線追蹤控制器和醫(yī)用內(nèi)窺鏡； 所述頭戴式視線追蹤控制器具有顯示模塊，用于佩戴在人體頭部，通過對人眼動作和 視線進行追蹤識別而控制顯示模塊輸出的顯示畫面上操作指針的指示位置以及操作指針 所執(zhí)行的功能操作，進而根據(jù)操作指針的指示位置以及操作指針所執(zhí)行的功能操作觸發(fā)相 應(yīng)的內(nèi)窺鏡控制指令，通過無線通信將內(nèi)窺鏡控制指令傳送至醫(yī)用內(nèi)窺鏡，并接收醫(yī)用內(nèi) 窺鏡通過無線通信回傳的數(shù)字圖像，通過顯示模塊的顯示畫面加以呈現(xiàn)； 所述醫(yī)用內(nèi)窺鏡用于接收頭戴式視線追蹤控制器通過無線通信傳送的內(nèi)窺鏡控制指 令，根據(jù)內(nèi)窺鏡控制指令執(zhí)行相應(yīng)操作，并拍攝和處理得到其探頭前方的數(shù)字圖像，通過無 線通信將數(shù)字圖像回傳至頭戴式視線追蹤控制器進行顯示。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述基于視線追蹤控制的醫(yī)用內(nèi)窺鏡操控系統(tǒng)，其特征在于，所述 頭戴式視線追蹤控制器包括用于通過佩戴而固定在人體頭部上的佩戴支架，以及設(shè)置在所 述佩戴支架上的紅外測距傳感器、微型紅外攝像頭、圖像處理模塊、視線追蹤識別模塊、中 央控制模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊、第一無線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊、顯示模塊和第一電源模塊；所述佩戴 支架具有對應(yīng)于人體眉毛位置處的眉部，所述微型紅外攝像頭以及紅外測距傳感器的紅外 發(fā)射器和紅外接收器均設(shè)置于佩戴支架的眉部并朝向人體眼睛所在方向；所述顯示模塊輸 出的顯示畫面所在位置位于佩戴支架的眉部的下方對應(yīng)于人體眼睛位置處； 其中，微型紅外攝像頭的紅外圖像數(shù)據(jù)輸出端與圖像處理模塊的紅外圖像采集端電連 接，圖像處理模塊的處理數(shù)據(jù)輸出端與視線追蹤識別模塊的人眼數(shù)據(jù)采集端電連接，視線 追蹤識別模塊的識別信息輸出端與中央控制模塊的眼動數(shù)據(jù)輸入端電連接，紅外測距傳感 器的距離信號輸出端與中央控制模塊的距離數(shù)據(jù)輸入端電連接，中央控制模塊的顯示信號 輸出端與顯示模塊的顯示信號輸入端電連接，中央控制模塊的參數(shù)采集端與數(shù)據(jù)存儲模塊 進行數(shù)據(jù)連接，中央控制模塊的數(shù)據(jù)通信端與第一無線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊進行數(shù)據(jù)連接，由第 一電源模塊分別為紅外測距傳感器、微型紅外攝像頭、圖像處理模塊、視線追蹤識別模塊、 中央控制模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊、第一無線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊和顯示模塊供電； 所述顯示模塊用于通過輸出的顯示畫面顯示對醫(yī)用內(nèi)窺鏡進行操作控制的虛擬操作 按鈕，并根據(jù)顯示信號輸入端接收到的信號對其顯示畫面中所顯示呈現(xiàn)的內(nèi)容以及操作指 針所指示的位置和執(zhí)行的功能操作進行顯示控制； 所述數(shù)據(jù)存儲模塊用于存儲設(shè)備參數(shù)數(shù)據(jù)和指令參數(shù)數(shù)據(jù)；所述設(shè)備參數(shù)數(shù)據(jù)記錄的 信息包括佩戴支架上紅外接收器所在位置與顯示模塊輸出的顯示畫面所在位置之間的三 維位置關(guān)系；所述指令參數(shù)數(shù)據(jù)記錄的信息包括操作指針功能指令所對應(yīng)的眼睛睜閉動作 以及瞳孔移動動作，還包括顯示畫面中虛擬操作按鈕被觸發(fā)時所對應(yīng)的內(nèi)窺鏡控制指令； 所述紅外測距傳感器用于通過紅外發(fā)射器實時地向人體眼睛所在位置發(fā)射出紅外光， 通過紅外接收器接收由紅外光在人體眼睛所在位置漫反射后返回的紅外反射光，由紅外測 距傳感器的測距處理模塊根據(jù)紅外光發(fā)出時間與紅外反射光接收時間之間所存在的時差 進行換算而測得佩戴支架上紅外接收器所在位置與人體眼睛所在位置的距離數(shù)據(jù)，并將該 距離數(shù)據(jù)傳送至中央控制模塊； 所述微型紅外攝像頭用于拍攝人體眼睛所在位置的原始紅外圖像，并通過紅外圖像數(shù) 據(jù)輸出端實時地傳送至圖像處理模塊； 所述圖像處理模塊用于實時獲取微型紅外攝像頭拍攝的原始紅外圖像，通過圖像分割 處理從原始紅外圖像中分割得到人眼區(qū)域圖像，并將得到的人眼區(qū)域圖像進行濾波和邊緣 增強處理后，通過處理數(shù)據(jù)輸出端實時地傳送至視線追蹤識別模塊； 所述視線追蹤識別模塊用于實時獲取圖像處理模塊處理得到的人眼區(qū)域圖像，通過圖 像邊界識別處理而確定人眼區(qū)域圖像中的眼睛形狀、瞳孔位置和角膜反射光斑，進而確定 眼睛的睜閉狀態(tài)、瞳孔中心所在位置以及角膜反射光斑中心所在位置，并將眼睛的睜閉狀 態(tài)、瞳孔中心所在位置以及角膜反射光斑中心所在位置通過識別信息輸出端實時地傳送至 中央控制|吳塊； 所述第一無線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊用于與醫(yī)用內(nèi)窺鏡建立無線通信連接，實現(xiàn)與醫(yī)用內(nèi)窺鏡 之間的數(shù)據(jù)收發(fā)通信； 所述中央控制模塊用于實時地根據(jù)眼動數(shù)據(jù)輸入端接收到的瞳孔中心所在位置與角 膜反射光斑中心所在位置所構(gòu)成的位置向量而估算確定人眼的視線方向，并結(jié)合通過參數(shù) 采集端從數(shù)據(jù)存儲模塊提取的佩戴支架上紅外接收器所在位置與顯示模塊輸出的顯示畫 面所在位置之間的三維位置關(guān)系以及通過距離數(shù)據(jù)輸入端獲取到的佩戴支架上紅外接收 器所在位置與人體眼睛所在位置的距離數(shù)據(jù)構(gòu)建空間三維坐標，通過該空間三維坐標計算 確定人體眼睛所在位置相對于顯示模塊輸出的顯示畫面上各個顯示位置點的距離，進而計 算確定人眼的視線方向在顯示畫面上的實時相交點，并生成操作指針位置指令通過顯示信 號輸出端實時地傳送至顯示模塊，控制其顯示畫面上的操作指針實時地指示于人眼的視線 方向在顯示畫面上的相交點位置；中央控制模塊還用于實時地根據(jù)眼動數(shù)據(jù)輸入端接收到 的眼睛的睜閉狀態(tài)和瞳孔中心所在位置的變化情況確定眼睛的實際睜閉動作和瞳孔的實 際移動動作，且與通過參數(shù)采集端從數(shù)據(jù)存儲模塊提取的操作指針功能指令所對應(yīng)的眼睛 睜閉動作以及瞳孔移動動作進行對比，判斷是否匹配，并在判定匹配時將相匹配的操作指 針功能指令通過顯示信號輸出端傳送至顯示模塊以控制其顯示畫面上的操作指針所指示 的位置執(zhí)行相應(yīng)的功能操作，進而判斷顯示畫面上操作指針所指示的位置執(zhí)行的功能操作 是否觸發(fā)了顯示畫面中的虛擬操作按鈕，并在判定虛擬操作按鈕被觸發(fā)時通過參數(shù)采集端 從數(shù)據(jù)存儲模塊提取對應(yīng)的內(nèi)窺鏡控制指令，通過數(shù)據(jù)通信端傳送至第一無線收發(fā)模塊， 由第一無線收發(fā)模塊將內(nèi)窺鏡控制指令發(fā)送至醫(yī)用內(nèi)窺鏡；此外，中央控制模塊還用于通 過第一無線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊接收醫(yī)用內(nèi)窺鏡回傳的數(shù)字圖像，并通過顯示信號輸出端將接收 到的數(shù)字圖像實時地傳送至顯示模塊，控制其顯示畫面進行顯示呈現(xiàn)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述基于視線追蹤控制的醫(yī)用內(nèi)窺鏡操控系統(tǒng)，其特征在于，所述 頭戴式視線追蹤控制器的顯示模塊包括顯示驅(qū)動電路和透明顯示屏；所述透明顯示屏堅向 地固定安裝在佩戴支架的眉部的下方，用于呈現(xiàn)顯示模塊輸出的顯示畫面；所述顯示驅(qū)動 電路的顯示數(shù)據(jù)輸入端作為顯示模塊的顯示信號輸入端，顯示驅(qū)動電路的顯示控制輸出端 與透明顯示屏進行數(shù)據(jù)連接，用于根據(jù)顯示數(shù)據(jù)輸入端接收到的信號相應(yīng)地輸出和控制通 過透明顯示屏呈現(xiàn)出的顯示畫面； 所述顯示模塊輸出的顯示畫面所在位置即為透明顯示屏所在位置。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述基于視線追蹤控制的醫(yī)用內(nèi)窺鏡操控系統(tǒng)，其特征在于，所述 頭戴式視線追蹤控制器的顯示模塊包括微型投影儀和透明棱鏡；所述微型投影儀的投影數(shù) 據(jù)輸入端作為顯示模塊的顯示信號輸入端，微型投影儀的投影鏡頭朝向透明棱鏡，根據(jù)投 影數(shù)據(jù)輸入端接收到的信號向透明棱鏡投射出相應(yīng)的顯示畫面影像；所述透明棱鏡固定安 裝在佩戴支架的眉部的下方，且透明棱鏡中具有可見光折射面，用于將微型投影儀的投影 鏡頭投射進入透明棱鏡的顯示畫面影像折射至人體眼睛所在方向，進而呈現(xiàn)出顯示畫面； 所述顯示模塊輸出的顯示畫面所在位置即為透明棱鏡中可見光折射面所在位置。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述基于視線追蹤控制的醫(yī)用內(nèi)窺鏡操控系統(tǒng)，其特征在于，所述 頭戴式視線追蹤控制器的佩戴支架包括一個從對應(yīng)于人體左側(cè)眉梢位置處橫向延伸至對 應(yīng)于人體右側(cè)眉梢位置處的橫梁，所述橫梁上對應(yīng)于人體眉毛位置處即為佩戴支架的眉 部；橫梁的中部設(shè)有用于將橫梁支撐在人體鼻梁位置處的鼻托；橫梁的左端和右端分別可 轉(zhuǎn)動地連接有左側(cè)腿部和右側(cè)腿部，且所述左側(cè)腿部和右側(cè)腿部相對于橫梁轉(zhuǎn)動至伸展狀 態(tài)時，使得左側(cè)腿部從對應(yīng)于人體左側(cè)眉梢位置處橫向延伸至對應(yīng)于人體左耳位置處，而 右側(cè)腿部從對應(yīng)于人體右側(cè)眉梢位置處橫向延伸至對應(yīng)于人體右耳位置處；所述左側(cè)腿部 和右側(cè)腿部遠離所述橫梁的末端之間通過綁帶相連接，所述綁帶上具有能夠彈性伸縮的伸 縮部。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述基于視線追蹤控制的醫(yī)用內(nèi)窺鏡操控系統(tǒng)，其特征在于，所述 頭戴式視線追蹤控制器還包括聲音采集模塊和音頻處理模塊；所述聲音采集模塊的聲音數(shù) 據(jù)輸出端與音頻處理模塊的音頻輸入端電連接，音頻處理模塊的音頻輸出端與中央控制模 塊的語音數(shù)據(jù)輸入端電連接； 所述聲音采集模塊用于對環(huán)境聲音進行音頻采集，并將采集到的原始聲音音頻數(shù)據(jù)通 過聲音數(shù)據(jù)輸出端實時地傳送至音頻處理模塊； 所述音頻處理模塊用于實時獲取來自聲音采集模塊的原始聲音音頻數(shù)據(jù)，并對原始聲 音音頻數(shù)據(jù)進行降噪濾波處理，并將處理后的聲音音頻數(shù)據(jù)通過音頻輸出端實時地傳送至 中央控制模塊； 所述數(shù)據(jù)存儲模塊中存儲的指令參數(shù)數(shù)據(jù)所記錄的信息，還包括內(nèi)窺鏡控制指令所對 應(yīng)的語音口令音頻數(shù)據(jù)； 所述中央控制模塊還用于實時地將語音數(shù)據(jù)輸入端收到的聲音音頻數(shù)據(jù)與通過參數(shù) 采集端從數(shù)據(jù)存儲模塊提取的內(nèi)窺鏡控制指令所對應(yīng)的語音口令音頻數(shù)據(jù)進行對比，判斷 是否匹配，并在判定匹配時將相匹配的內(nèi)窺鏡控制指令通過數(shù)據(jù)通信端傳送至第一無線收 發(fā)模塊，由第一無線收發(fā)模塊將內(nèi)窺鏡控制指令發(fā)送至醫(yī)用內(nèi)窺鏡。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述基于視線追蹤控制的醫(yī)用內(nèi)窺鏡操控系統(tǒng)，其特征在于，所述 頭戴式視線追蹤控制器的佩戴支架上還設(shè)置有若干個操作鍵，各個操作鍵分別與中央控制 模塊的不同I/O端電連接，在操作鍵被手動操作時向相應(yīng)的I/O端發(fā)出電信號； 所述數(shù)據(jù)存儲模塊中存儲的指令參數(shù)數(shù)據(jù)所記錄的信息，還包括中央控制模塊的各個 I/O端電信號所對應(yīng)的內(nèi)窺鏡控制指令； 所述中央控制模塊還用于實時地接收來自各不同I/O端的電信號，通過查詢數(shù)據(jù)存儲 模塊存儲的指令參數(shù)數(shù)據(jù)，判定接收到的I/O端電信號所對應(yīng)的內(nèi)窺鏡控制指令，并將相 應(yīng)的內(nèi)窺鏡控制指令通過數(shù)據(jù)通信端傳送至第一無線收發(fā)模塊，由第一無線收發(fā)模塊將內(nèi) 窺鏡控制指令發(fā)送至醫(yī)用內(nèi)窺鏡。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述基于視線追蹤控制的醫(yī)用內(nèi)窺鏡操控系統(tǒng)，其特征在于，所述 醫(yī)用內(nèi)窺鏡包括冷光源照明模塊、微型CCD攝像頭、CCD圖像信號轉(zhuǎn)換模塊、微控制模塊、第 二無線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊和第二電源模塊；所述冷光源照明模塊和微型CCD攝像頭均設(shè)置于醫(yī) 用內(nèi)窺鏡的探頭位置處并朝向探頭的前方；其中，微型CCD攝像頭的拍攝圖像輸出端與CCD 圖像信號轉(zhuǎn)換模塊的圖像輸入端電連接，CCD圖像信號轉(zhuǎn)換模塊的轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)輸出端與微控 制模塊的數(shù)字圖像輸入端電連接，微控制模塊的拍攝控制信號輸出端與微型CCD攝像頭的 拍攝控制端電連接，微控制模塊的數(shù)據(jù)收發(fā)端與第二無線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊進行數(shù)據(jù)連接，由 第二電源模塊分別為冷光源照明模塊、微型CCD攝像頭、CCD圖像信號轉(zhuǎn)換模塊、微控制模 塊和第二無線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊供電； 所述冷光源照明模塊用于向醫(yī)用內(nèi)窺鏡的探頭前方提供照明； 所述微型CCD攝像頭用于根據(jù)拍攝控制端接收到的拍攝控制信號對醫(yī)用內(nèi)窺鏡的探 頭前方進行圖像拍攝操作，并將拍攝的CCD圖像信號通過拍攝圖像輸出端傳送至CCD圖像 信號轉(zhuǎn)換模塊； 所述CCD圖像信號轉(zhuǎn)換模塊用于實時地將來自微型CCD攝像頭的CCD圖像信號轉(zhuǎn)換為 數(shù)字圖像，并通過轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)輸出端傳送至微控制模塊； 所述第二無線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊用于與頭戴式視線追蹤控制器建立無線通信連接，實現(xiàn)與 頭戴式視線追蹤控制器的數(shù)據(jù)收發(fā)通信； 所述微控制模塊用于通過第二無線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊接收頭戴式視線追蹤控制器發(fā)送的 內(nèi)窺鏡控制指令，并根據(jù)內(nèi)窺鏡控制指令通過拍攝控制信號輸出端向微型CCD攝像頭發(fā)送 相應(yīng)的拍攝控制信號以控制其執(zhí)行相應(yīng)的圖像拍攝操作，還用于將數(shù)字圖像輸入端接收到 的數(shù)字圖像通過數(shù)據(jù)收發(fā)端傳送至第二無線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊，由第二無線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊將數(shù) 字圖像回傳至頭戴式視線追蹤控制器。
【文檔編號】A61B1/00GK104055478SQ201410322232
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2014年7月8日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月8日
【發(fā)明者】金純 , 李婭萍, 汪源 申請人:金純