汪 祥，陈 柏，鞠 锋

(南京航空航天大学机电学院，江苏 南京 210016)

0 引言

在腹腔镜手术中，医生在患者腹部切开小口，在每个切口点经套管插入各种外科器械和内窥镜。监视器实时显示内窥镜拍摄的图像，医生依据监视器提供的视觉信息，操控手术器械以执行手术任务。在此过程中，内窥镜通常只提供二维图像信息，无法提供手术器械三维空间中的位姿信息。而在机器人辅助腹腔镜手术中，快速而准确地获取手术器械三维位姿信息是机器人手术走向智能化的前提[1]。

目前，在国外，Krupa等[2-3]以激光光斑和LED灯作为标记，解决了在人体器官附近控制手术器械动作的问题；Speidel等[4]提出了一种基于不同的视觉特征来分割手术器械尖端的方法，并在跟踪手术器械的过程中使用了多对象粒子滤波；Haase等[5]使用3-D ToF/RGB内窥镜跟踪手术器械，实验中工具尖端的定位误差在4 mm以内；Khoiy等[6]研制了一种持镜机器人的自主控制系统，能够通过处理术中实时影像实现自动追踪无标记的手术器械；Shin等[7]研究了一种使用单个相机配合标记物的手术器械追踪技术，此技术可以获取腹腔镜手术器械位置、抓取角度和横滚角度，用于腹腔镜手术模拟。

在国内，潘晗倩[8]研究了在X射线图像中动态追踪穿刺针并绘制其延长线的方法，采用了霍夫直线检测算法来检测穿刺针的直线特征并据此动态更新图像中的参考线；刘大鹏等[9]设计了一套基于单目视觉和设置固定标识的手术导航系统；……