Name: medical-grade sterilizable target for fluid-immersed fetoscope optical distortion calibration
Uploaded: 2017-02-23T13:00:00
Duration: 7 min 3 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about Medical-grade Sterilizable Target for Fluid-immersed Fetoscope Optical Distortion Calibration at JoVE.com

This work was supported through an Innovative Engineering for Health award by the Wellcome Trust [WT101957], the Engineering and Physical Sciences Research Council (EPSRC) [NS/A000027/1], and a National Institute for Health Research Biomedical Research Centre UCLH/UCL High Impact Initiative. Jan Deprest is being funded by the Fonds voor Wetenschappelijk Onderzoek Vlaanderen (FWO; JD as clinical researcher 1.8.012.07). Danail Stoyanov receives funding from the EPSRC (EP/N013220/1, EP/N022750/1), the EU-FP7 project CASCADE (FP7-ICT-2913-601021), and the EU-Horizon2020 project EndoVESPA (H2020-ICT- 2015-688592). Sebastien Ourselin receives funding from the EPSRC (EP/H046410/1, EP/J020990/1, EP/K005278) and the MRC (MR/J01107X/1). Marcel Tella is supported by the EPSRC-funded UCL Centre for Doctoral Training in Medical Imaging (EP/L016478/1).

1. Целевой показатель Fabrication <ol><li> Пескоструйная <ol><li> Подготовьте 316 из нержавеющей листовой стали толщиной 1,2 мм. С помощью карандаша или гвоздь, нарисовать мм квадрат 40 мм х 40 на листе с помощью линейки. </li><li> Обрежьте нарисованный квадрат, используя резак ручной металла. ВНИМАНИЕ! Смотрите пальцы. </li><li> Используйте файл для закругления углов и сторон образца. ВНИМАНИЕ! Они очень острые; быть осторожен. </li><li> Подготовьте прямой деревянный или металлический блок размером немного больше, чем лист из нержавеющей стали. Поместите лист бумаги на нем; делают это для того, чтобы избежать изгиба образца во время пескоструйной обработки. </li><li> Поместите узел во внутренней взрывной камеры. Не забудьте использовать пылесборник и плотно прилегают внутренней взрывной камеры; В противном случае, песок будет распространяться во всем процессе. Носите защитные очки для защиты глаз. </li><li> Поместите взрывную пистолет перпендикулярно и по крайней мере в 4-5 см от поверхности металла. Примените стопы CONTRола для пескоструйной обработки. Поместите образец на кусок дерева (1-2 см толщиной), используя тиски, как поток песка высокого давления может деформировать образец. Во время пескоструйной обработки, удерживания образца плотно краем куска дерева или с помощью другого заместителя. </li><li> Повторите пескоструйную обработку с другой стороны, если желательно иметь образец для калибровки выгравирован с обеих сторон. </li></ol></li><li> Лазерное структурирование <ol><li> Дизайн образец асимметричных окружностей, как показано на рисунке 1. </li><li> Подготовка файла обмена чертежа формат (DXF) конструкции либо с помощью программного обеспечения САПР или другой подходящий язык программирования. Примечание: Для удобства Python приложение , которое может генерировать DXF файлы для дизайна , упомянутых в настоящем документе предоставляется в рамках компактного приложения с графическим интерфейсом 16. </li><li> Импорт файлов DXF в программное обеспечение для лазерной резки. </li><li> Настройте следующие параметры для фона травления. Мощность лазера: 40%, Скорость сканирования:80 см / с, частота: 4000 Гц, число проходов: 1. </li><li> Настройте следующие параметры для травления рисунка. Мощность лазера: 40%, Скорость сканирования: 2,1 см / с, частота: 4000 Гц, число проходов: 1. </li><li> Поместите образец на рабочей площадке и выровнять шаблон резки с помощью программного обеспечения. </li><li> После того, как лазер выполняет разрез, очистку образца путем погружения его в спирте. Не используйте влажные салфетки, так как они обычно оставляют нежелательный остаток. </li></ol></li><li> стерилизация <ol><li> Оберните стерилизованное образца в пакете стерилизации и вставить его в блок стерилизации (автоклав). </li><li> Добавляют воду (не дистиллированной воды) в автоклав и следуйте руководству пользователя / рекомендации изготовителя для стерилизации цели. </li></ol></li></ol> 2. периоперационную калибровка <ol><li> программное обеспечение для калибровки <ol><li> Установите &quot;endocal&quot; пакет программного обеспечения калибровки эндоскоп , предусмотренный на GitHub 16(Следуйте инструкциям в файле README в нем). Примечание: Эта программа оборачивает модуль 17 калибровки камеры OpenCV в приложении удобство простой в использовании. Предоставленный приложение работает в двух режимах: онлайн и оффлайн. Режим онлайн получает видеопоток непосредственно из совместимого оборудования каркасно-граббер. Режим позволяет отсутствует загрузка изображений эндоскопа либо из видеофайла или папку с номером видеокадров, сохраненных в виде файлов изображений. Смотрите README для поддерживаемого оборудования и подробные инструкции о том, как использовать эти два режима. </li></ol></li><li> Эндоскопические приобретение видео Примечание: Следующие инструкции предназначены для онлайн калибровки (как описано выше), но они также применимы к автономной калибровки. <ol><li> Поместите мишень калибровки в стерильной емкости для жидкости, такой как живица. </li><li> Заполните контейнер с целевой жидкости или аналогичного стерильного вещества. ПРИМЕЧАНИЕ: Например, в fetoscopic процедур, целевая жидкость амниотической жидкости. Поскольку оптические свойства амниотической жидкости аналогичны соленой воды 18, 19, стерильный физиологический раствор вода может быть использована для калибровки фиброфетоскоп. </li><li> Отрегулируйте масштаб и резкость эндоскопа по желанию. </li><li> Погрузитесь эндоскоп в жидкости и удерживать его на расстоянии от мишени калибровки аналогично расстоянию от анатомии, что эндоскоп будет позже использоваться в. </li><li> Запустите приложение калибровки и начать приобретение камеры. </li><li> Перемещение кончик эндоскопа немного для различных взглядов, сохраняя при этом весь образец для калибровки с учетом камеры. Для обеспечения оптимальной производительности, сохранить эллиптическую легенду вокруг рисунка калибровки в пределах кругового обзора эндоскопа. Примечание: Видео кадры , которые могут использоваться для калибровки обозначаются виртуального шаблона наложения, как показано на рисунке 3. </li><li> Акуиповторно по крайней мере минимального количества эндоскопических изображений с камер, необходимых для калибровки (как указано в endocal окне). Примечание: Текущая версия endocal требует , по меньшей мере , 10 эндоскопических телекамер для калибровки, эвристически выбранное количество просмотров , где появляется ошибка калибровки будет минимальным и следовать стабильный паттерн 20. </li><li> Нажмите клавишу калибровки, как указано на endocal окне, чтобы начать процесс калибровки с использованием изображений, полученных до сих пор. </li></ol></li><li> Сохранение и использование параметров калибровки <ol><li> Нажмите указанную клавишу калибровки , чтобы сохранить полученные параметры калибровку в YAML ( &quot;YAML Не Markup Language&quot;) файл 21. </li><li> Группа калибровочные параметры в матрицу камеры и искажения коэффициентов, как объяснено в модуле 17 калибровки OpenCV камеры. Примечание: После выполнения калибровки, калибровкаприложение автоматически отображает искажение скорректированного изображения справа от исходного эндоскопического изображения. </li><li> Используйте искажения скорректированной видеопоток во время fetoscopic процедуры для чистой визуализации или в режиме реального времени плацентарный мозаик 11. </li></ol></li></ol>

<ol>
	<li>Zhang, Z., Matsushita, Y., Ma, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Camera+calibration+with+lens+distortion+from+low-rank+textures.">Camera calibration with lens distortion from low-rank textures.</a> , 2321-2328 (2011).</li><li>Devernay, F., Faugeras, O. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Automatic+calibration+and+removal+of+distortion+from+scenes+of+structured+environments.">Automatic calibration and removal of distortion from scenes of structured environments.</a> , 62-72 (1995).</li><li>Duane, C. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Close-range+camera+calibration.">Close-range camera calibration.</a> Photogramm. Eng. 37 (8), 855-866 (1971).</li><li>Mallon, J., Whelan, P. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Which+pattern?+biasing+aspects+of+planar+calibration+patterns+and+detection+methods.">Which pattern? biasing aspects of planar calibration patterns and detection methods.</a> Pattern recognition letters. 28 (8), 921-930 (2007).</li><li>Balletti, C., Guerra, F., Tsioukas, V., Vernier, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Calibration+of+Action+Cameras+for+Photogrammetric+Purposes.">Calibration of Action Cameras for Photogrammetric Purposes.</a> Sensors. 14 (9), 17471-17490 (2014).</li><li>Heikkila, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Geometric+camera+calibration+using+circular+control+points.">Geometric camera calibration using circular control points.</a> IEEE Transactions on pattern analysis and machine intelligence. 22 (10), 1066-1077 (2000).</li><li>Deprest, J. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fetal+surgery+is+a+clinical+reality.">Fetal surgery is a clinical reality.</a> Seminars in fetal and neonatal medicine. 15 (1), 58-67 (2009).</li><li>Watanabe, M., Flake, A. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fetal+surgery:+Progress+and+perspectives.">Fetal surgery: Progress and perspectives.</a> Advances in pediatrics. 57 (1), 353-372 (2010).</li><li>Lewi, L., Deprest, J., Hecher, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+vascular+anastomoses+in+monochorionic+twin+pregnancies+and+their+clinical+consequences.">The vascular anastomoses in monochorionic twin pregnancies and their clinical consequences.</a> American journal of obstetrics and gynecology. 208 (1), 19-30 (2013).</li><li>Yamashita, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Miniature+bending+manipulator+for+fetoscopic+intrauterine+laser+therapy+to+treat+twin-to-twin+transfusion+syndrome.">Miniature bending manipulator for fetoscopic intrauterine laser therapy to treat twin-to-twin transfusion syndrome.</a> Surgical Endoscopy. 22 (2), 430-435 (2008).</li><li>Daga, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Real-time+mosaicing+of+fetoscopic+videos+using+SIFT.">Real-time mosaicing of fetoscopic videos using SIFT.</a> Proc. SPIE 9786, Medical Imaging 2016: Image-Guided Procedures, Robotic Interventions, and Modeling. 97861R. , (2016).</li><li>Yang, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Image+mapping+of+untracked+free-hand+endoscopic+views+to+an+ultrasound+image-constructed+3D+placenta+model.">Image mapping of untracked free-hand endoscopic views to an ultrasound image-constructed 3D placenta model.</a> The International Journal of Medical Robotics and Computer Assisted Surgery. 11 (2), 223-234 (2015).</li><li>Liao, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fast+image+mapping+of+endoscopic+image+mosaics+with+three-dimensional+ultrasound+image+for+intrauterine+fetal+surgery.">Fast image mapping of endoscopic image mosaics with three-dimensional ultrasound image for intrauterine fetal surgery.</a> Minimally invasive therapy &amp; allied technologies. 18 (6), 332-340 (2009).</li><li>Chadebecq, F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Practical+Dry+Calibration+With+Medium+Adaptation+For+Fluid-Immersed+Endoscopy.">Practical Dry Calibration With Medium Adaptation For Fluid-Immersed Endoscopy.</a> , (2015).</li><li>Wengert, C., Reeff, M., Cattin, P. C., Sz&#233;kely, G., Handels, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Bildverarbeitung f&#252;r die Medizin 2006: Algorithmen Systeme Anwendungen. Proceedings des Workshops vom 19. - 21. M&#228;rz 2006 in Hamburg. , 419-423 (2006).</li><li>. Compact GUI application for optical distortion calibration of endoscopes Available from: <a target="_blank" href="https://github.com/gift-surg/endocal">https://github.com/gift-surg/endocal</a> (2016)</li><li>Reeff, M., Gerhard, F., Cattin, P. C., Sz&#233;kely, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Mosaicing of endoscopic placenta images. , (2011).</li><li>Steigman, S. A., Kunisaki, S. M., Wilkins-Haug, L., Takoudes, T. C., Fauza, D. O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Optical+properties+of+human+amniotic+fluid:+implications+for+videofetoscopic+surgery.">Optical properties of human amniotic fluid: implications for videofetoscopic surgery.</a> Fetal diagnosis and therapy. 27 (2), 87-90 (2009).</li><li>Zhang, Z. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+flexible+new+technique+for+camera+calibration.">A flexible new technique for camera calibration.</a> IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence. 22 (11), 1330-1334 (2000).</li><li>. Open Source Computer Vision Library Available from: <a target="_blank" href="https://github.com/opencv/opencv">https://github.com/opencv/opencv</a> (2016)</li></ol>

The authors have nothing to disclose.

Пескоструйная является важным шагом в процессе изготовления, потому что сырой поверхности металла заметно отражает эндоскопа свет, что делает невозможным для окружности, чтобы быть обнаружены. Трудно различить круги даже невооруженным глазом (см рисунок 5). Обратите внимание, что поверхность мишени, показанной уже выгравированы лазером. Тем не менее, это не уменьшает отражение света. <img alt="Рисунок 5" src="/files/ftp_upload/55298/55298fig5.jpg" /> Рисунок 5: мишень калибровки без каких - либо пескоструйной применяется. Как видно из вида эндоскопического на левой стороне, блики от эндоскопа света на поверхности материала делает его трудно даже невооруженным глазом различить круги (есть круг только на юго-восток от большого отражения). Обратите внимание , что поверхность этой цели (то есть, &quot;фон&quot;) был уже выгравированы, но это не<html> полезно при отсутствии пескоструйной обработки. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55298/55298fig5large.jpg" target="_blank">Пожалуйста</a> , <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55298/55298fig5large.jpg" target="_blank">нажмите здесь</a> , <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55298/55298fig5large.jpg" target="_blank">чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.</a> Перед травлением рисунка, также важно, чтобы протравить поверхность всей выборки. Это необходимо потому , что поверхность имеет пескодувкой много зеркальных отражений (смотрите рисунок 6), которые взаимодействуют с обнаружением больших двоичных объектов. <img alt="Рисунок 6" src="/files/ftp_upload/55298/55298fig6.jpg" /> Рисунок 6: пескоструйная поверхность без травления. Хотя не столь заметным, как сырой поверхности металла, относительно небольшие зеркальные отражения (некоторые из которых отображаются желтые стрелки) по-прежнему достаточно, чтобы предотвратить обнаружение блоб с последующим, так что калибровка не может быть выполнена с этой целью.Arget = &quot;_blank&quot;&gt; Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры. Применение лазера с разной скоростью дает разные цвета фона. Цвет фона играет существенную роль в контраст между кругами и фоном. Следовательно, жизненно важно, чтобы определить оптимальный цвет фона. Для этой цели пластина с кругами травлению против набора был создан разного происхождения (см рисунок 7). Фоны были протестированы с использованием модуля обнаружения особенностью OpenCV 23, который используется в модуле 17 калибровки OpenCV камеры. В этой работе, мишень была изготовлена ​​из нержавеющей стали, так как она является наиболее распространенным и надежным материалом, используемым в клиниках для медицинских устройств. Этот материал находится в свободном доступе, не дорого, надежные и легко стерилизовать. Другие материалы, потенциально могут быть использованы для мирой, такого как алюминий или йодированных металлов, но это СКОПе будущей работы. <img alt="Рисунок 7" src="/files/ftp_upload/55298/55298fig7.jpg" /> Рисунок 7: Нержавеющая сталь пластины показывая палитру различные цвета фона выгравированы с помощью лазера. Практические эксперименты проводились совместно с модулем обнаружения функции OpenCV , чтобы определить , какой цвет фона дает оптимальный результат с точки зрения блоб к фону контрастности 23. Вид эндоскопа слева показывает пластину. Умеренные цвета фона (т.е. те , другой , что темные и самые светлые из них) в этой палитре дают лучшее обнаружение BLOB. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55298/55298fig7large.jpg" target="_blank">Пожалуйста</a> , <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55298/55298fig7large.jpg" target="_blank">нажмите здесь</a> , <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55298/55298fig7large.jpg" target="_blank">чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.</a> Одним из преимуществ этой работы является то, что выполнение калибровки с помощью сфабрикованного цель занимает 2-3 мин. Большинство усилий идутэс вручную стабилизации эндоскоп, чтобы получить достойные вид шаблона калибровки. Использование пользовательского встроенный держатель эндоскопа может устранить необходимость ручной стабилизации, которая, в свою очередь, может значительно сократить время калибровки. <img alt="Видео 1" src="/files/ftp_upload/55298/55298video1.jpg" /> Видео 1: Видео показывает , как оптическое искажение калибровка может быть выполнена с использованием разработанной цели калибровки вместе с endocal программным обеспечением. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55298/fetoscope-calibration-480.mov" target="_blank">Пожалуйста</a> , <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55298/fetoscope-calibration-480.mov" target="_blank">нажмите сюда</a> , <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55298/fetoscope-calibration-480.mov" target="_blank">чтобы просмотреть это видео. (Щелкните правой кнопкой мыши для загрузки.)</a> Преимущество нашей работы по сравнению с работой Wengert и др. 15 является то , что модуль 17 калибровки OpenCV камера может быть использована как для калибровки, не требуя каких - либо изменений или пользовательского парамеризации. Потому что OpenCV является хорошо установлены и хорошо поддерживается пакет программного обеспечения и является очень популярным в компьютерного зрения сообщества, используя это устраняет необходимость в написании и поддержании специального программного обеспечения. Для удобства читателя, компактное приложение с графическим интерфейсом обеспечивается 16, который читатель может легко установить и использовать для тестирования новых целей калибровки. Одним из недостатков нашего метода по сравнению с Wengert и соавт. 15 является то , что их метод является более устойчивым к окклюзий узора, поскольку он не требует обнаружения всех сгустков. Первоначально мишень калибровки с шахматным рисунком был изготовлен для этой работы. Тем не менее, этот тип мирой оказались непригодными в экспериментах из-за трудности обнаружения углы шахматной доски квадратов. Обнаружение Угол опирается на гистограмме на основе бинаризации изображения (см OpenCV исходный код 24). Это имплежит необходимость четкого цветового контраста между темными и светлыми квадратами, которые не могли быть гарантированы с нашим шахматным рисунком, частично из - за отражений зеркального отражения, как и те , которые показаны на рисунке 6. Такие зеркальные отражения присутствуют даже после травления фона; Тем не менее, обнаружение окружностей, как представляется, менее чувствительны к этим недостатком. В текущей установке, только перпендикулярные виды цели калибровки позволяют для успешного обнаружения больших двоичных объектов. Это связано с зеркальными отражений от поверхности мишени, посягающих обнаружение блоб при косых углах. Мы работаем для дальнейшего улучшения цели таким образом , чтобы обеспечить приобретение взглядов на более широком диапазоне углов, которые потенциально могли бы улучшить качество выполняемых калибровок 20. В режиме реального времени плацентарного мозаик трубопровода , который был ранее предложенный 11, вычисление трансформирование, переводящий пары изображений зависит от успешного обнаружения и группировки признаков. Оптические искажения, с другой стороны, вызывает группа функций с жесткой геометрией, чтобы отличаться по изображениям. Как следствие, это различие приводит к неточностям в вычисленных преобразований, которые вызывают дрейфы в получаемом смонтированные аэрофотоснимки. Поскольку наиболее известные оптические искажения присутствуют по краям, эндоскопические изображения в настоящее время обрезается до их внутренних областях. Хорошая коррекция для оптических искажений бы потенциально обеспечить включение большей части каждого изображения в процесс мозаик. Преимущество этого метода состоит в два раза. Во-первых, это приведет к увеличению числа обнаруженных особенностей в каждом изображении, что может повысить скорость вычисления преобразования изображения. Во-вторых, это позволило бы для всей целевой анатомической поверхности, чтобы быть реконструированы в более короткие сроки.

<html> Калибровка камеры является хорошо известной проблемой в области зрения компьютера , который интенсивно изучался на протяжении многих лет 1, 2, 3. Ключевым шагом процедуры калибровки камеры заключается в оценке параметров модели искажений, а также внутренние параметры камеры, путем извлечения сетки из точек с известной геометрией из изображений с камеры с субпиксельной точностью. Проверочных с шахматным рисунком с изображением черно-белые квадраты обычно используются для этой цели. Круглые сгустки предлагают альтернативный образец 4, 5, 6. В последние годы наблюдается растущий интерес в развитии хирургической технологии навигации для плода процедур хирургии, таких как обработка близнецов к двойной синдром трансфузии (TTTS) на плоде&gt; 7, 8, 9, 10. Поскольку поле зрения фиброфетоскоп (т.е. эндоскоп используется в эмбриональных хирургических процедур) очень ограничено, были предложены способы картирования плацентарный сосудистую сеть без использования внешних трекеров для помощи TTTS хирургии 11, 12, 13. Оптические искажения в пределах fetoscopic изображений оказывают неблагоприятное воздействие на этих вычислительных методов мозаик , которые полагаются на извлечение визуальной информации 11. Таким образом, существует неудовлетворенная потребность в экономически эффективным и быстрым инструментом для пригородных оперативно калибровки fetoscopes таким образом, чтобы оптическая компенсация искажения может быть сделано в режиме реального времени во время вмешательства. В связи с тем, что фиброфетоскоп погружена в амниотической жидкости во время вмешательства, разность показателя преломления между ал и амниотической жидкости оказывает классические методы калибровки камеры в воздухе непригодными для плода процедур хирургии. Оценка параметров камеры жидкостью погружена от параметров камеры в воздухе является трудной задачей и требует , по меньшей мере , одно изображение цели калибровочной жидкости погруженных 14. Кроме того, периоперационная, fetoscopic калибровка камеры жидкость погруженных в настоящее время нецелесообразно из-за требований по стерилизации и ограничений на распространение материалов разрешено в операционном зале. По этим причинам, калибровка эндоскопов для оптических искажений, как правило, не является частью текущего клинического процесса. Работа в этой рукописи является попыткой закрыть этот разрыв калибровки камеры путем разработки и получения стерилизуемая и практическую цель калибровки оптических искажений показывая образец асимметричных кругов. Ранее Wengert и др. изготовил устройство пользовательских калибровки с участием окисленной алюминиевой пластины в качестве цели калибровки. Их метО.Д., однако, работает только в сочетании с алгоритмом пользовательской калибровки они разработали 15.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>1.2mm Metal sheet 316 Grade, 40 mm by 40 mm</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Water container at least 50mm by 50mm by 30mm</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>A sterilisation package</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Seline water</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Manual metal cutter</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>A file to round up the corners</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>A wooden or metal block 50 mm by 50 mm at least 10 mm thick</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>A vise (desirable but not required)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sand Blasting machine</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>GUI application to create .dxf file with the pattern (https://github.com/gift-surg/endocal)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PC</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Laser Cutter</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Autoclave</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>An endoscope calibration software from GitHub (http://docs.opencv.org/2.4/doc/tutorials/calib3d/camera_calibration/camera_calibration.html)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Endoscope</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>OpenCV camera calibration module (https://github.com/opencv/opencv)</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

medical-grade sterilizable target for fluid-immersed fetoscope optical distortion calibration

We have developed a calibration target for use with fluid-immersed endoscopes within the context of the GIFT-Surg (Guided Instrumentation for Fetal Therapy and Surgery) project. One of the aims of this project is to engineer novel, real-time image processing methods for intra-operative use in the treatment of congenital birth defects, such as spina bifida and the twin-to-twin transfusion syndrome. The developed target allows for the sterility-preserving optical distortion calibration of endoscopes within a few minutes. Good optical distortion calibration and compensation are important for mitigating undesirable effects like radial distortions, which not only hamper accurate imaging using existing endoscopic technology during fetal surgery, but also make acquired images less suitable for potentially very useful image computing applications, like real-time mosaicing. In this paper proposes a novel fabrication method to create an affordable, sterilizable calibration target suitable for use in a clinical setup. This method involves etching a calibration pattern by laser cutting a sandblasted stainless steel sheet. This target was validated using the camera calibration module provided by OpenCV, a state-of-the-art software library popular in the computer vision community.

Мы создали стерилизуемая мирой травлением рисунок асимметричного окружности на пескоструйной из нержавеющей стали , металлического листа, конструкция которого показана на рисунке 1. Установка , показывающая образец этой цели калибровки в действии вместе с фиброфетоскоп показано на рисунке 2. Для того, чтобы кормить эту конструкцию в программное обеспечение лазерного травления, пользовательское приложение было реализовано на языке программирования Python 16. Создание шаблона проектирования включает в себя итеративно травления параллельные линии на металлическом листе. Для шаблон , чтобы иметь последовательный цвет в конце концов, расстояние между этими линиями должно быть меньше , чем ширина луча лазера (вставка рисунка 1) -это значение 45 мкм для лазерный резак Violino (Laservall). <img alt="Рисунок 1" src="/files/ftp_upload/55298/55298fig1.jpg" /> <st<html> Ронг&gt; Рисунок 1: Конструкция гравированным узором с изображением 3-х по-11 сетки из асимметричных кругов. Вставки: Увеличиваемую ввиду сетки асимметричных кругов. Расстояние между линиями составляет 45 мкм (равна ширине луча лазера), и каждый круг имеет диаметр 1 мм. Другие размеры могут быть использованы для сетки, а также, но это было установлено, что оптимальным по отношению к фиброфетоскоп поля зрения. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55298/55298fig1large.jpg" target="_blank">Пожалуйста</a> , <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55298/55298fig1large.jpg" target="_blank">нажмите здесь</a> , <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55298/55298fig1large.jpg" target="_blank">чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.</a> <img alt="фигура 2" src="/files/ftp_upload/55298/55298fig2.jpg" /> Рисунок 2: Воплощением установки с целью калибровки при использовании. Кончик погруженных в воду фиброфетоскоп направлен на мишень калибровки справа. Слева находится британский пенни, чтобы предоставить информацию о масштабе.&quot;Целевых =&quot; _blank &quot;&gt; Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры. Сфабрикованный мишень калибровки позволяет для обнаружения кругового массива в эндоскопической видеопотока с OpenCV 17, положение которых затем сортируются в предопределенной несимметричной круговой сетке (смотри рисунок 3). Используя эту информацию в сочетании с уже известной геометрии сетки, внутренние параметры камеры могут быть оценены. К ним относятся матрицу камеры и коэффициенты искажения. Матрица камеры состоит из фокусных расстояний и оптических центров вдоль х- и у-оси плоскости изображения 2D. Коэффициенты искажения основаны на модели Брауна-Конради 3. Обратите внимание, что для этой работы, лишь радиальные параметры искажения были оценены. Для краткого обсуждения теории, с практическими примерами см веб-страницу модуля калибровки камеры OpenCV &lt;вир класс = &quot;Xref&quot;&gt; 17 и калибровка инструментов 22 MATLAB камеры. Более подробно о процедуре калибровки камеры доступны в работе Чжана 20. Endocal репозиторий программного обеспечения имеет образец набора данных 10 эндоскопических видом сфабрикованному мирой 16. С помощью этого набора данных, калибровку со средней ошибкой повторной проекции 0,28 пикселей (мин: 0,16, макс: 0,45) был получен. Это сопоставимо с 0,25 пикселей , представленных Wengert и соавт. используя свой собственный алгоритм калибровки 15. Та же группа исследователей, однако, сообщил об ошибке повторно проекции 0,6 пикселов в более поздней работе при использовании метода в 15 для калибровки эндоскопической камеры , используемой для плацентарного мозаик 18. <img alt="Рисунок 3" src="/files/ftp_upload/55298/55298fig3.jpg" /> <stRong&gt; Рисунок 3: обнаружение в реальном времени шаблона калибровки. Скриншот из приложения калибровки 16 с изображением обнаруженного калибровочный шаблон накладными на видеопотоке в реальном времени с помощью визуализации виртуальной реальности от OpenCV 17. Обратите внимание, что каждый найденный столбец диаграммы калибровки подчеркивается другим цветом. Обнаруженные круги, в сочетании с известной геометрии, используются для вычисления параметров камеры. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55298/55298fig3large.jpg" target="_blank">Пожалуйста</a> , <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55298/55298fig3large.jpg" target="_blank">нажмите здесь</a> , <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55298/55298fig3large.jpg" target="_blank">чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.</a> Расчетные параметры камеры используются для коррекции оптических искажений. На рисунке 4 показана прямоугольная шахматном порядке , как видно с помощью фиброфетоскоп, где оптические искажения делают эти строки появляются в виде кривых. Обратите внимание, что линии кажутся нормальными в distortiна скорректированное изображение. <img alt="Рисунок 4" src="/files/ftp_upload/55298/55298fig4.jpg" /> Рисунок 4: Оптическая коррекция искажений. Скриншот из приложения калибровки 16 с изображением живого видеоизображения от записи фиброфетоскоп из шахматном порядке (слева) с искажением коррекцией изображения (справа). Три образцовых линии рисуются на обоих изображениях, каждый из одного угла в другой, где траектория является линейной. Из-за оптических искажений, эти линии появляются в виде кривых в исходных фиброфетоскоп изображений. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55298/55298fig4large.jpg" target="_blank">Пожалуйста</a> , <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55298/55298fig4large.jpg" target="_blank">нажмите здесь</a> , <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55298/55298fig4large.jpg" target="_blank">чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.</a>

Watch this Scientific Journal Video about Medical-grade Sterilizable Target for Fluid-immersed Fetoscope Optical Distortion Calibration at JoVE.com

Medical-grade Sterilizable Target for Fluid-immersed Fetoscope Optical Distortion Calibration

This article describes the design and development of a sterilizable custom camera optical distortion calibration target for the peri-operative, fluid-immersed calibration of endoscopes during endoscopic interventions.

Медико-класс Стерилизуемый Мишень для жидкости погруженных фиброфетоскоп калибровки оптических искажений

We have developed a calibration target for use with fluid-immersed endoscopes within the context of the GIFT-Surg (Guided Instrumentation for Fetal ...

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Three-dimensional Optical-resolution Photoacoustic Microscopy

Трехмерная оптическая разрешением Фотоакустическая микроскопии

Optical microscopy, providing valuable insights at the cellular and organelle levels, has been widely recognized as an enabling biomedical technology. As ...

A Cre-Lox P Recombination Approach for the Detection of Cell Fusion In Vivo

A Cre-Lox P Recombination Approach for the Detection of Cell Fusion In Vivo

Cre-LOX P Рекомбинация подход для обнаружения сотовых Fusion В Vivo</em

The ability of two or more cells of the same type to fuse has been utilized in metazoans throughout evolution to form many complex organs, including ...

In vitro Synthesis of Native, Fibrous Long Spacing and Segmental Long Spacing Collagen

In vitro Synthesis of Native, Fibrous Long Spacing and Segmental Long Spacing Collagen

В пробирке Синтез Родные, волокнистых длинные интервалы и Сегментные Длинные Коллаген Расстояние

Collagen fibrils are present in the  extracellular matrix of animal tissue to provide structural scaffolding and  mechanical strength. These native ...

Graphene Coatings for Biomedical Implants

Графен Покрытия для биомедицинских имплантатов

Atomically smooth graphene as a surface coating has potential to improve implant properties. This demonstrates a method for coating nitinol alloys with ...

Wideband Optical Detector of Ultrasound for Medical Imaging Applications

Широкополосный оптический детектор ультразвука для медицинской визуализации приложений

Optical sensors of ultrasound are a promising alternative to piezoelectric techniques, as has been recently demonstrated in the field of optoacoustic ...

Quantitative Optical Microscopy: Measurement of Cellular Biophysical Features with a Standard Optical Microscope

Количественный оптическая микроскопия: Измерение Cellular биофизических Особенности с использованием стандартного оптического микроскопа

We describe the use of a standard optical microscope to perform quantitative measurements of mass, volume, and density on cellular specimens through a ...

Optical Control of Living Cells Electrical Activity by Conjugated Polymers

Оптический контроль живых клеток электрической активности по сопряженных полимеров

Hybrid interfaces between organic semiconductors and living tissues represent a new tool for in-vitro and in-vivo applications. In particular, conjugated ...

Preparation of 3D Collagen Gels and Microchannels for the Study of 3D Interactions In Vivo

Preparation of 3D Collagen Gels and Microchannels for the Study of 3D Interactions In Vivo

Подготовка 3D Коллаген Гели и микроканалов для изучения 3D взаимодействий<em&gt; В Vivo</em

Historically, most cellular processes have been studied in only 2 dimensions.  While these studies have been informative about general cell signaling ...

Multicolor Fluorescence Detection for Droplet Microfluidics Using Optical Fibers

Многоцветная флуоресценция обнаружения для дроплета Microfluidics Использование оптических волокон

Fluorescence assays are the most common readouts used in droplet microfluidics due to their bright signals and fast time response. Applications such as ...

Targeted Plasma Membrane Delivery of a Hydrophobic Cargo Encapsulated in a Liquid Crystal Nanoparticle Carrier

Целенаправленное плазматической мембраны Поставка гидрофобной Cargo инкапсулированы в жидком кристалле наночастицы Carrier

The controlled delivery of drug/imaging agents to cells is critical for the development of therapeutics and for the study of cellular signaling processes. ...