本發(fā)明涉及生物，具體是涉及一種用于珍珠貝輔助插核手術(shù)的系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

1、珍珠貝插核是指人工將特定大小和材質(zhì)的珠核植入珍珠貝體內(nèi)，以刺激其分泌珍珠質(zhì)包裹珠核，最終形成珍珠的過程。

2、由于現(xiàn)有階段，珍珠貝插核均為人工根據(jù)經(jīng)驗(yàn)將珠核植入到預(yù)計(jì)位置，使得珍珠貝的最終結(jié)珠品質(zhì)差異較大，并且，由于插核工人的手法差異，插核經(jīng)驗(yàn)較差的工人極易導(dǎo)致珍珠貝活體死亡，因此提出一套標(biāo)準(zhǔn)化的珍珠貝輔助插核方案。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為解決上述技術(shù)問題，提供一種用于珍珠貝輔助插核手術(shù)的系統(tǒng)及方法，本技術(shù)方案解決了上述的由于現(xiàn)有階段，珍珠貝插核均為人工根據(jù)經(jīng)驗(yàn)將珠核植入到預(yù)計(jì)位置，使得珍珠貝的最終結(jié)珠品質(zhì)差異較大，并且，由于插核工人的手法差異，插核經(jīng)驗(yàn)較差的工人極易導(dǎo)致珍珠貝活體死亡，因此提出一套標(biāo)準(zhǔn)化的珍珠貝輔助插核方案的問題。

2、為達(dá)到以上目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

3、一種用于珍珠貝輔助插核手術(shù)的方法，包括：

4、采集成功插核珍珠貝的生長階段數(shù)據(jù)，分析生長階段數(shù)據(jù)中的插核狀態(tài)，構(gòu)建最優(yōu)核位目標(biāo)分析模型，生成珍珠貝的最優(yōu)插核位置三維圖像；

5、基于三維成像激光雷達(dá)采集待插核珍珠貝參數(shù)，建立待插核珍珠貝內(nèi)臟團(tuán)三維建模與珍珠貝的最優(yōu)插核位置三維圖像進(jìn)行擬合分析，確定待插核珍珠貝的最優(yōu)插核位置三維圖像；

6、獲取待插核操作手柄的初始化姿態(tài)；

7、將待插核珍珠貝的最優(yōu)插核位置三維圖像與待插核操作手柄的初始化姿態(tài)進(jìn)行可視化渲染，生成待插核珍珠貝的引導(dǎo)任務(wù)；

8、基于攝像傳感器，跟蹤標(biāo)記待插核珍珠貝的引導(dǎo)任務(wù)中的操作偏差，計(jì)算引導(dǎo)任務(wù)的修正參數(shù)；

9、按照引導(dǎo)任務(wù)的修正參數(shù)對(duì)引導(dǎo)任務(wù)進(jìn)行修正，完成珍珠貝輔助插核手術(shù)。

10、優(yōu)選的，采集成功插核珍珠貝的生長階段數(shù)據(jù)，分析生長階段數(shù)據(jù)中的插核狀態(tài)，構(gòu)建最優(yōu)核位目標(biāo)分析模型，生成珍珠貝的最優(yōu)插核位置三維圖像，具體包括：

11、將成功插核珍珠貝的生長階段數(shù)據(jù)作為插核數(shù)據(jù)集；

12、基于插核數(shù)據(jù)集中的插核生長參數(shù)，分析觀測時(shí)間窗口下的若干個(gè)插核位置下的插核生長速率和插核成功率，評(píng)估每一個(gè)插核位置的優(yōu)劣系數(shù)；

13、根據(jù)插核數(shù)據(jù)集中的每一個(gè)插核位置產(chǎn)出的珍珠參數(shù)，確定每一個(gè)插核位置產(chǎn)出的珍珠品質(zhì)等級(jí)；

14、根據(jù)每一個(gè)插核的位置產(chǎn)出的珍珠品質(zhì)等級(jí)，為每一個(gè)插核位置賦予影響權(quán)重；

15、根據(jù)每一個(gè)插核位置的優(yōu)劣系數(shù)與每一個(gè)插核位置的影響權(quán)重，分析每一個(gè)插核位置的插核理想指標(biāo)；

16、基于cnn卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)建最優(yōu)核位目標(biāo)分析模型；

17、將插核數(shù)據(jù)集代入最優(yōu)核位目標(biāo)分析模型中，以插核數(shù)據(jù)集中觀測時(shí)間窗口下的插核位置作為標(biāo)簽數(shù)據(jù)輸入，以插核數(shù)據(jù)集中觀測時(shí)間窗口下的插核位置的最大插核理想指標(biāo)作為輸出，生成珍珠貝的最優(yōu)插核位置三維圖像；

18、其中，最優(yōu)核位目標(biāo)分析模型表達(dá)式為：

19、；

20、式中，為珍珠貝的最優(yōu)插核位置三維圖像，為目標(biāo)函數(shù)，為觀測時(shí)間窗口的長度，為第個(gè)插核位置的插核理想指標(biāo)，為第個(gè)插核位置的優(yōu)劣系數(shù)，為第個(gè)插核位置的插核生長速率，為第個(gè)插核位置的插核成功率，為第個(gè)插核位置的影響權(quán)重，為生長速率系數(shù)，為插核成功率系數(shù)，為插核位置的總數(shù)。

21、優(yōu)選的，基于三維成像激光雷達(dá)采集待插核珍珠貝參數(shù)，建立待插核珍珠貝內(nèi)臟團(tuán)三維建模與珍珠貝的最優(yōu)插核位置三維圖像進(jìn)行擬合分析，確定待插核珍珠貝的最優(yōu)插核位置，具體包括：

22、基于三維成像激光雷達(dá)，采集待插核珍珠貝點(diǎn)云參數(shù)數(shù)據(jù)，構(gòu)建待插核珍珠貝內(nèi)臟團(tuán)三維建模；

23、基于待插核珍珠貝內(nèi)臟團(tuán)三維建模，提取待插核珍珠貝的生長特征三維參數(shù)；生長特征三維參數(shù)包括：珍珠貝大小特征三維參數(shù)、珍珠貝形狀特征三維參數(shù)、內(nèi)臟團(tuán)器官大小特征三維參數(shù)、內(nèi)臟團(tuán)器官分布特征三維參數(shù)；

24、根據(jù)待插核珍珠貝的生長特征三維參數(shù)和珍珠貝的最優(yōu)插核位置三維圖像進(jìn)行擬合匹配，獲得若干個(gè)最優(yōu)插核位置三維圖像參數(shù)；

25、以最小待插核珍珠貝的生長特征三維參數(shù)與最優(yōu)插核位置三維圖像參數(shù)之間的誤差作為目標(biāo)函數(shù)；

26、建立三維建模變形約束集；約束集包括：保持建模的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、無自相交、保持內(nèi)臟團(tuán)分布位置和比例；

27、基于目標(biāo)函數(shù)，按照三維建模變形約束集的約束下，計(jì)算迭代變形的變形參數(shù)；

28、基于待插核珍珠貝內(nèi)臟團(tuán)三維建模按照迭代變形的變形參數(shù)向最優(yōu)插核位置三維圖像參數(shù)進(jìn)行迭代變形重構(gòu)，獲得待插核珍珠貝的最優(yōu)插核位置三維圖像；

29、其中，擬合匹配具體為：

30、；

31、式中，為最優(yōu)插核位置三維圖像參數(shù)，為待插核珍珠貝的第個(gè)生長特征三維參數(shù)，為珍珠貝的最優(yōu)插核位置三維圖像中第個(gè)生長特征參數(shù)，為生長特征參數(shù)的總數(shù)；

32、其中，獲得待插核珍珠貝的最優(yōu)插核位置三維圖像具體為：

33、；

34、式中，為目標(biāo)函數(shù)，為變形參數(shù)，為第j個(gè)生長特征參數(shù)的權(quán)重，為待插核珍珠貝內(nèi)臟團(tuán)三維建模向變形參數(shù)迭代變形后的第j個(gè)生長特征參數(shù)，為第個(gè)最優(yōu)插核位置三維圖像的第j個(gè)生長特征參數(shù)，為內(nèi)臟團(tuán)分布誤差的權(quán)重，為在給定變形參數(shù)?θ?下模型內(nèi)臟團(tuán)分布與最優(yōu)插核位置三維圖像?u?中內(nèi)臟團(tuán)分布之間的向量距離函數(shù)，k為第k次迭代，為第次迭代變形時(shí)的變形參數(shù)，為迭代變形時(shí)的步長，是目標(biāo)函數(shù)在處的梯度，為迭代變形的總數(shù)。

35、優(yōu)選的，基于攝像傳感器，跟蹤標(biāo)記待插核珍珠貝的引導(dǎo)任務(wù)中的操作偏差，計(jì)算引導(dǎo)任務(wù)的修正參數(shù)，具體包括：

36、獲取待插核珍珠貝的引導(dǎo)任務(wù)標(biāo)準(zhǔn)空間路徑坐標(biāo)參數(shù)；

37、基于攝像傳感器，捕捉待插核珍珠貝的最優(yōu)插核位置三維圖像空間坐標(biāo)與待插核操作手柄的初始化姿態(tài)空間坐標(biāo)并映射到三維空間，記錄插核操作實(shí)時(shí)空間路徑坐標(biāo)參數(shù)；

38、基于插核操作實(shí)時(shí)空間路徑坐標(biāo)參數(shù)，篩選出偏離待插核珍珠貝的引導(dǎo)任務(wù)標(biāo)準(zhǔn)空間路徑坐標(biāo)參數(shù)，記為插核空間路徑動(dòng)態(tài)偏差值參數(shù)；

39、根據(jù)插核空間路徑動(dòng)態(tài)偏差值參數(shù)與待插核珍珠貝的引導(dǎo)任務(wù)標(biāo)準(zhǔn)空間路徑坐標(biāo)參數(shù)，計(jì)算引導(dǎo)任務(wù)的空間位置修正參數(shù)和空間姿態(tài)修正參數(shù)；

40、其中，引導(dǎo)任務(wù)的修正參數(shù)計(jì)算表達(dá)為：

41、；

42、式中，為空間位置修正參數(shù)、為空間姿態(tài)修正參數(shù)，為比例增益，為積分增益，為微分增益、為空間位置誤差，為空間姿態(tài)誤差，為空間位置誤差積分，為空間姿態(tài)誤差積分，為空間位置誤差的導(dǎo)數(shù)，為空間姿態(tài)誤差的導(dǎo)數(shù)。

43、進(jìn)一步的，提出一種用于珍珠貝輔助插核手術(shù)的系統(tǒng)，用于實(shí)現(xiàn)如上所述一種用于珍珠貝輔助插核手術(shù)的方法，包括：

44、插核評(píng)估模塊，插核評(píng)估模塊用于采集成功插核珍珠貝的生長階段數(shù)據(jù)，分析生長階段數(shù)據(jù)中的插核狀態(tài)，構(gòu)建最優(yōu)核位目標(biāo)分析模型，生成珍珠貝的最優(yōu)插核位置三維圖像；

45、待插核評(píng)估模塊，待插核評(píng)估模塊與插核評(píng)估模塊電性連接，待插核評(píng)估模塊用于基于三維成像激光雷達(dá)采集待插核珍珠貝參數(shù)，建立待插核珍珠貝內(nèi)臟團(tuán)三維建模與珍珠貝的最優(yōu)插核位置三維圖像進(jìn)行擬合分析，確定待插核珍珠貝的最優(yōu)插核位置三維圖像；

46、初始化位置模塊，初始化位置模塊用于獲取待插核操作手柄的初始化姿態(tài)；

47、引導(dǎo)任務(wù)生成模塊，引導(dǎo)任務(wù)生成模塊用于將待插核珍珠貝的最優(yōu)插核位置與待插核操作手柄的初始化姿態(tài)進(jìn)行可視化渲染，生成待插核珍珠貝的引導(dǎo)任務(wù)；

48、任務(wù)監(jiān)測模塊，任務(wù)監(jiān)測模塊與引導(dǎo)任務(wù)生成模塊電性連接，任務(wù)監(jiān)測模塊用于基于攝像傳感器，跟蹤標(biāo)記待插核珍珠貝的引導(dǎo)任務(wù)中的操作偏差，計(jì)算引導(dǎo)任務(wù)的修正參數(shù)。

49、可選的，插核評(píng)估模塊內(nèi)部包括：

50、數(shù)據(jù)集構(gòu)建單元，將成功插核珍珠貝的生長階段數(shù)據(jù)作為插核數(shù)據(jù)集；

51、優(yōu)劣系數(shù)評(píng)估單元，基于插核數(shù)據(jù)集中的插核生長參數(shù)，觀測時(shí)間窗口下的若干個(gè)插核位置下的插核生長速率和插核成功率，評(píng)估每一個(gè)插核位置的優(yōu)劣系數(shù)；

52、權(quán)重賦值單元，根據(jù)每一個(gè)插核的位置產(chǎn)出的珍珠品質(zhì)等級(jí)，為每一個(gè)插核位置賦予影響權(quán)重；

53、理想指標(biāo)單元，根據(jù)每一個(gè)插核位置的優(yōu)劣系數(shù)與每一個(gè)插核位置的影響權(quán)重，分析每一個(gè)插核位置的插核理想指標(biāo)；

54、模型構(gòu)建單元，基于cnn卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)建最優(yōu)核位目標(biāo)分析模型；

55、分析評(píng)估單元，將插核數(shù)據(jù)集代入最優(yōu)核位目標(biāo)分析模型中，以插核數(shù)據(jù)集中觀測時(shí)間窗口下的插核位置作為標(biāo)簽數(shù)據(jù)輸入，以插核數(shù)據(jù)集中觀測時(shí)間窗口下的插核位置的最大插核理想指標(biāo)作為輸出，生成珍珠貝的最優(yōu)插核位置三維圖像。

56、可選的，待插核評(píng)估模塊內(nèi)部包括：

57、建模單元，基于三維成像激光雷達(dá)，采集待插核珍珠貝點(diǎn)云參數(shù)數(shù)據(jù)，構(gòu)建待插核珍珠貝內(nèi)臟團(tuán)三維建模；

58、特征提取單元，基于待插核珍珠貝內(nèi)臟團(tuán)三維建模，提取待插核珍珠貝的生長特征三維參數(shù)；

59、擬合匹配單元，根據(jù)待插核珍珠貝的生長特征三維參數(shù)和珍珠貝的最優(yōu)插核位置三維圖像進(jìn)行擬合匹配，獲得若干個(gè)最優(yōu)插核位置三維圖像參數(shù)；

60、目標(biāo)函數(shù)構(gòu)建單元，以最小待插核珍珠貝的生長特征三維參數(shù)與最優(yōu)插核位置三維圖像參數(shù)之間的誤差作為目標(biāo)函數(shù)；

61、限制條件構(gòu)建單元，建立三維建模變形約束集；

62、變形參數(shù)計(jì)算單元，基于目標(biāo)函數(shù)，按照三維建模變形約束集的約束下，計(jì)算迭代變形的變形參數(shù)；

63、迭代重構(gòu)單元，基于待插核珍珠貝內(nèi)臟團(tuán)三維建模按照迭代變形的變形參數(shù)向最優(yōu)插核位置三維圖像參數(shù)進(jìn)行迭代變形重構(gòu)，獲得待插核珍珠貝的最優(yōu)插核位置三維圖像。

64、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于：

65、本發(fā)明提出一種用于珍珠貝輔助插核手術(shù)的方案，通過采集并分析珍珠貝生長階段數(shù)據(jù)確定最優(yōu)插核位置，結(jié)合三維成像激光雷達(dá)構(gòu)建珍珠貝內(nèi)臟團(tuán)三維模型，將兩者圖像擬合以精確定位最佳插核點(diǎn)，結(jié)合操作手柄的初始姿態(tài)進(jìn)行可視化引導(dǎo)，并利用攝像傳感器實(shí)時(shí)跟蹤并修正操作偏差，從而精確輔助完成珍珠貝的插核手術(shù)，提升手術(shù)效率和珍珠品質(zhì)。