專利名稱：一種應用于骨科手術(shù)導航系統(tǒng)的精度測試模板的制作方法
技術(shù)領域：
本實用新型涉及一種骨科手術(shù)導航系統(tǒng)，特別是涉及一種應用于骨科手術(shù)導航系統(tǒng)的精度測試模板。
背景技術(shù)：
基于C形臂影像的骨科手術(shù)導航由于其手術(shù)定位精度高、可大幅度降低醫(yī)生和患者的X射線輻射吸收、減少手術(shù)創(chuàng)口、提高手術(shù)成功率和縮短患者的手術(shù)恢復時間而成為骨科手術(shù)發(fā)展的一種趨勢。目前在歐美等發(fā)達國家已經(jīng)得到廣泛應用，國內(nèi)不少醫(yī)院也在開始應用這項技術(shù)。
不同于采用CT/MRI影像的神經(jīng)外科導航，基于C形臂影像的骨科手術(shù)導航系統(tǒng)采用骨科常用的定位設備C形臂產(chǎn)生的透視影像引導手術(shù)。系統(tǒng)的工作原理如圖1所示，系統(tǒng)由導航工作站10、定位儀20、安裝在C形臂60的X光機影像增強端的C形臂定位靶30、安裝在病人手術(shù)部位的病人定位單元40及一系列可定位手術(shù)器械50組成。C形臂定位靶30、病人定位單元40、可定位手術(shù)器械50均安裝有空間位置傳感器，可以被定位儀20探測到。導航工作站10通過與C形臂控制部分80相連的視頻電纜70采集X光影像數(shù)據(jù)。X光影像與病人空間的轉(zhuǎn)換關(guān)系注冊可利用安裝在C形臂60影像增強器上的C形臂定位靶30中的雙層鉛點樣板的分布和成像，然后通過自動識別算法實現(xiàn)。在注冊成功后，系統(tǒng)即建立了X光影像與病人空間的轉(zhuǎn)換關(guān)系，這種轉(zhuǎn)換關(guān)系存貯在導航工作站10中，此時的C形臂60推離手術(shù)現(xiàn)場，導航工作站10配合定位儀20可顯示可定位手術(shù)器械50在所采集影像中的相應投射位置，并可提供手術(shù)器械與病人組織結(jié)構(gòu)參考點，參考路徑間的相對關(guān)系，從而達到手術(shù)導航的目的，此項技術(shù)也稱為虛擬透視技術(shù)。
由于不同廠家不同型號的C形臂性能各異，所產(chǎn)生的C形臂影像質(zhì)量各異，對于同一臺骨科手術(shù)導航系統(tǒng)，連接不同的C形臂會產(chǎn)生不同的導航精度，這就需要在連接具體的C形臂時對導航系統(tǒng)的精度進行精確測量，并能根據(jù)測量的結(jié)果指導系統(tǒng)定標參數(shù)的調(diào)整，以使導航系統(tǒng)的精度達到最佳狀態(tài)。目前應用中的骨科導航系統(tǒng)未見相關(guān)測量調(diào)整手段的報道，國外的少量研究文獻中有類似實驗模型的報道，但模型設計制作復雜，并且主要用于實驗室內(nèi)驗證精度，不具備指導精度調(diào)節(jié)的功能。
實用新型內(nèi)容本實用新型的目的在于提供一種應用于骨科手術(shù)導航系統(tǒng)的精度測試模板，既可以測量系統(tǒng)的定位精度，還可以指導系統(tǒng)的精度調(diào)整。
本實用新型解決技術(shù)問題的技術(shù)方案是提供一種應用于骨科手術(shù)導航系統(tǒng)的精度測試模板，包括一基板及固定于基板上的空間位置傳感器，該基板上分布至少一個具有測量基點的刻度網(wǎng)格，該刻度網(wǎng)格具有間隔均勻的正交網(wǎng)格線，其中基板與測量基點、網(wǎng)格線是由不同X射線吸收能力的材料制成，當測試模板通過X射線透視成像時，能清楚的區(qū)分出基板上分布的測量基點和刻度網(wǎng)格。
其中，至少具有三個刻度網(wǎng)格，所述測量基點之間的連線平行于所述刻度網(wǎng)格的網(wǎng)格線且至少兩條連線互相垂直。
其中，所述基板與測量基點采用低X射線吸收能力的材料制成，所述網(wǎng)格線由高X射線吸收材料制成。
其中，所述基板進一步包括設置于所述測量基點之間的多條連接線，該連接線是由高X射線吸收能力的材料制成。
其中，所述刻度網(wǎng)格為矩形，所述的測量基點為凹點。
其中，所述的刻度網(wǎng)格是正方形，所述測量基點位于刻度網(wǎng)格的中心。
其中，具有4個刻度網(wǎng)格，該刻度網(wǎng)格的測量基點分別位于同一個矩形的頂點上。
其中，具有9個刻度網(wǎng)格，連接所述刻度網(wǎng)格的測量基點的線段構(gòu)成“田”字形線框。
其中，所述的刻度網(wǎng)格的寬度在5-20毫米之間，所述的網(wǎng)格線的間距在0.2-2.0毫米之間，所述的網(wǎng)格線的寬度在0.2-2.0毫米之間，所述的連接線的寬度在0.2-2.0毫米之間，所述的測量基點的直徑在0.2至2.0毫米之間。
其中，所述的空間位置傳感器是紅外線有源主動位置傳感器，紅外線無源被動反射型傳感器或者電磁位置傳感器，該空間位置傳感器通過一機械接口與基板固定。
本實用新型所公開的應用于骨科手術(shù)導航系統(tǒng)的精度測試模板，具有以下的進步和效果基板與測量基點、網(wǎng)格線是由不同X射線吸收能力的材料制成，當測試模板通過X射線透視成像時，能清楚的區(qū)分出基板上分布的測量基點和刻度網(wǎng)格?？臻g位置傳感器固定在基板上，空間位置傳感器被定位儀探測到的空間位置就可以通過空間位置傳感器和基板的相對位置關(guān)系轉(zhuǎn)換為測量基點和連接線的空間位置。當測量基點的實際位置圖形疊加到測試模板的透視圖像時，測量基點以及連接測量基點的連接線偏離的情況就可以通過刻度網(wǎng)格內(nèi)的網(wǎng)格線來度量，并且可以看到偏離的方向，根據(jù)觀察到的偏離值和偏離方向指導手術(shù)導航系統(tǒng)的定標參數(shù)調(diào)整，使系統(tǒng)的精度達到最佳狀態(tài)。


圖1是現(xiàn)有技術(shù)骨科導航系統(tǒng)的原理圖；圖2是本實用新型測試模板的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是圖2所示測試模板的正視圖；圖4是本實用新型測試模板的測量基點和刻度網(wǎng)格的局部放大圖；
圖5是本實用新型測試模板的透視影像圖；圖6是本實用新型測試模板的透視影像疊加凹點和線框位置圖形的圖像。
具體實施方式
以下對本實用新型的較佳實施例加以詳細說明。
請參考圖2，本實用新型應用于骨科手術(shù)導航系統(tǒng)的精度測試模板包括一空間位置傳感器1及一基板3，該空間位置傳感器1通過一機械接口2固定在基板3上。該空間位置傳感器1是紅外線有源主動位置傳感器，根據(jù)采用的空間定位方式不同，空間位置傳感器1還可采用紅外線無源被動反射型傳感器以及電磁位置傳感器。
請參考圖3及圖4，該基板3為一由低X射線吸收能力的材料制成的平板，其厚度為5毫米，面積為144平方厘米，在實際應用中，基板3的厚度不超過1厘米，面積不超過200平方厘米。基板3上具有多個正方形刻度網(wǎng)格4，該刻度網(wǎng)格4的寬度在5至20毫米之間。每一刻度網(wǎng)格4內(nèi)具有間隔均勻的正交網(wǎng)格線7，其中網(wǎng)格線7由高X射線吸收能力的材料制成，例如金屬，其寬度為0.2-2.0毫米。網(wǎng)格線7之間的間距6由低X射線吸收能力的材料制成，其寬度在0.2-2.0毫米之間。每一刻度網(wǎng)格4具有一測量基點8，該測量基點8為圓形的凹點，位于刻度網(wǎng)格4的中心。該測量基點8按以下的方式設置橫向分布的刻度網(wǎng)格4的測量基點8之間的連線垂直于縱向分布的刻度網(wǎng)格4的測量基點8之間的連線，并且測量基點8橫向和縱向上的連線分別平行于刻度網(wǎng)格4的正交網(wǎng)格線7。該測量基點8由低X射線吸收能力的材料制成，該測量基點8的直徑在0.2-2.0毫米之間。測量基點8之間設置有連接線5，該連接線5分別在橫向和縱向方向上平行于正交網(wǎng)格線7，該連接線5由高X射線吸收能力的材料制成，如金屬等，其寬度在0.2-2.0毫米之間。通過在測量基點8之間設置連接線5，當測試模板通過X光透視成像時，可以清楚的顯示該連接線5的透視影像，從而在測量系統(tǒng)的導航精度時提供一條偏離位置參考線，使測試更加方便和準確。在本實施方式中，具有9個刻度網(wǎng)格4，大致成“田”字形分布。
空間位置傳感器1通過機械接口2固定在基板3上，這樣空間位置傳感器1與分布在基板3上的測量基點8、刻度網(wǎng)格4和連接線5的相對位置就固定下來，空間位置傳感器1被定位儀(圖未示)探測到的空間位置就可以通過空間位置傳感器1和基板3的相對位置關(guān)系轉(zhuǎn)換為測量基點8和連接線5的空間位置。
本實用新型測試模板的工作原理如下請參閱圖5，測試模板的基板3和測量基點8由低X射線吸收能力的材料構(gòu)成，而分布在基板3上的刻度網(wǎng)格4的網(wǎng)格線7和連接線5則由高X射線吸收能力的材料構(gòu)成，這樣當測試模板在C形臂X光透視成像時，可以清楚的區(qū)分出分布的測量基點8、刻度網(wǎng)格4和連接線5。測試模板上固定有空間位置傳感器1，基板3上分布的測量基點8和連接測量基點8的連接線5相對于空間位置傳感器1的精確位置可以定標得到，由于測試模板上空間位置傳感器1的空間位置可以被導航系統(tǒng)的定位儀探測到，因此測試模板上分布的測量基點8、連接線5的空間位置被探測到。請參閱圖6，被探測的空間位置可以以圖形12的形式通過導航系統(tǒng)的軟件疊加到測試模板的透視影像上，通過觀察疊加的測量基點8和連接線5的圖形12的位置與實際透視成像的位置間的復合程度來測量系統(tǒng)的導航精度，復合程度可以通過觀察測量基點8和連接線5周圍的刻度網(wǎng)格4來衡量。由于測量基點8、刻度網(wǎng)格4、連接線5都有精確的尺寸，因此可以準確的測量系統(tǒng)的精度，并且可以根據(jù)偏離的方向和偏離的大小指導系統(tǒng)對定標參數(shù)進行相應的調(diào)整，從而使系統(tǒng)處于最佳狀態(tài)。
在本實用新型中，刻度網(wǎng)格4的數(shù)量不限于9個，也可以采用3個，4個或其他數(shù)量的刻度網(wǎng)格?？潭染W(wǎng)格4也可以為矩形，測量基點8的位置不限于刻度網(wǎng)格4的中心，可以位于刻度網(wǎng)格4內(nèi)任一位置上，只要保證測量基點8之間的連接線5平行于網(wǎng)格線7即可。
在本實用新型中，基板3及測量基點8可以采用高X射線吸收能力的材料制成，刻度網(wǎng)格4的網(wǎng)格線7和連接線5可以采用低X射線吸收能力的材料制成，當測試模板通過X光透視成像時仍能清楚的區(qū)分出基板3上分布的測量基點8和網(wǎng)格線7。
應當理解的是，上述對實施例的描述過于具體，對本領域普通技術(shù)人員來說，可以根據(jù)上述說明加以改進或變換，而所有這些改進和變換都應屬于本實用新型所附權(quán)利要求的保護范圍。
權(quán)利要求1.一種應用于骨科手術(shù)導航系統(tǒng)的精度測試模板，其特征在于包括一基板及固定于基板上的空間位置傳感器，該基板上分布至少一個具有測量基點的刻度網(wǎng)格，該刻度網(wǎng)格具有間隔均勻的正交網(wǎng)格線，其中基板與測量基點、網(wǎng)格線是由不同X射線吸收能力的材料制成，當測試模板通過X射線透視成像時，能清楚的區(qū)分出基板上分布的測量基點和刻度網(wǎng)格。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測試模板，其特征在于，至少具有三個刻度網(wǎng)格，每一刻度網(wǎng)格具有一個測量基點，所述測量基點之間的連線平行于所述刻度網(wǎng)格的網(wǎng)格線且至少兩條連線互相垂直。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的測試模板，其特征在于，所述基板與測量基點采用低X射線吸收能力的材料制成，所述網(wǎng)格線由高X射線吸收材料制成。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的測試模板，其特征在于，所述基板進一步包括設置在所述測量基點之間的多條連接線，該連接線是由高X射線吸收能力的材料制成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4任一權(quán)利要求所述的測試模板，其特征在于所述刻度網(wǎng)格為矩形，所述的測量基點為凹點。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的測試模板，其特征在于，所述的刻度網(wǎng)格是正方形，所述測量基點位于刻度網(wǎng)格的中心。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的測試模板，其特征在于，具有4個刻度網(wǎng)格，該刻度網(wǎng)格的測量基點分別位于同一個矩形的頂點上。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的測試模板，其特征在于，具有9個刻度網(wǎng)格，連接所述刻度網(wǎng)格的測量基點的線段構(gòu)成“田”字形線框。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的測試模板，其特征在于，所述的刻度網(wǎng)格的寬度在5-20毫米之間，所述的網(wǎng)格線的間距在0.2-2.0毫米之間，所述的網(wǎng)格線的寬度在0.2-2.0毫米之間，所述的連接線的寬度在0.2-2.0毫米之間，所述的測量基點的直徑在0.2至2.0毫米之間。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測試模板，其特征在于，所述的空間位置傳感器是紅外線有源主動位置傳感器，紅外線無源被動反射型傳感器或者電磁位置傳感器，該空間位置傳感器通過一機械接口與基板固定。
專利摘要本實用新型的一種應用于骨科手術(shù)導航系統(tǒng)的精度測試模板，包括一基板及固定于基板上的空間位置傳感器，該基板上分布至少一個具有測量基點的刻度網(wǎng)格，該刻度網(wǎng)格具有間隔均勻的正交網(wǎng)格線，其中基板與測量基點、網(wǎng)格線是由不同X射線吸收能力的材料制成，當測試模板通過X射線透視成像時，能清楚的區(qū)分出基板上分布的測量基點和刻度網(wǎng)格。本實用新型精度測試模板既可以測量系統(tǒng)的定位精度，還可以指導系統(tǒng)的精度調(diào)整。
文檔編號A61B19/00GK2850546SQ200520058730
公開日2006年12月27日 申請日期2005年5月27日 優(yōu)先權(quán)日2005年5月27日
發(fā)明者李修往 申請人:深圳安科高技術(shù)股份有限公司