一種手術(shù)導(dǎo)航工具的標(biāo)定方法
【專利摘要】一種手術(shù)導(dǎo)航工具的標(biāo)定方法，它屬于手術(shù)導(dǎo)航領(lǐng)域。它采用的標(biāo)定方法是：1)、將尖端固定在一個(gè)點(diǎn)；2)、固定該點(diǎn)，向任意方向轉(zhuǎn)動(dòng)手術(shù)器械，同時(shí)令追蹤器對(duì)手術(shù)器械的位置和方向信息進(jìn)行采樣；3)、計(jì)算尖端的位置和誤差；4)、接受誤差，結(jié)束標(biāo)定；或者拒絕誤差，重新進(jìn)行標(biāo)定；5)、固定手術(shù)器械的主軸；6)、圍繞主軸旋轉(zhuǎn)手術(shù)器械，同時(shí)對(duì)位置和方向進(jìn)行采樣；7)、計(jì)算主軸的方向；本發(fā)明通過(guò)以主軸為旋轉(zhuǎn)軸進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，傳感器進(jìn)行多次采樣，循環(huán)校正，保證了標(biāo)定的精度；適用于各種6自由度的導(dǎo)航傳感器及各個(gè)類型的手術(shù)器械的尖端、軸線的標(biāo)定，同時(shí)還可以兼容任何6自由度的導(dǎo)航工具。
【專利說(shuō)明】
一種手術(shù)導(dǎo)航工具的標(biāo)定方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于手術(shù)導(dǎo)航領(lǐng)域，具體涉及一種手術(shù)導(dǎo)航工具的標(biāo)定方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 眾所周知，不同手術(shù)器械廠家所生產(chǎn)的工具尺寸有很大區(qū)別，通常手術(shù)導(dǎo)航器械 的形狀、尺寸、追蹤器的位置都是嚴(yán)格定義的。導(dǎo)航過(guò)程中，導(dǎo)航系統(tǒng)根據(jù)這些精確的信息 計(jì)算出手術(shù)器械的位置以及方向。然而，這種高度的定制性限制了手術(shù)導(dǎo)航的廣泛應(yīng)用。手 術(shù)器械的種類很多，為每種器械都定制追蹤器成本很高。
[0003] 專利CN201389080Y公布了一種手術(shù)導(dǎo)航器械的通用標(biāo)準(zhǔn)模塊，然而該專利所描述 的標(biāo)定模塊只能局限于光學(xué)導(dǎo)航設(shè)備，不能標(biāo)定電磁導(dǎo)航設(shè)備。另外，該模塊在標(biāo)定主軸的 時(shí)候，需要手動(dòng)將工具擺放到固定的位置，該方法有很大的局限性，如果手術(shù)器械的體積較 大，形狀不規(guī)則，造成傳感器方向與軸線方向偏離過(guò)大，使用該方法會(huì)造成很大的誤差。
[0004] 綜上所述，將手術(shù)器械用于手術(shù)導(dǎo)航的過(guò)程中，導(dǎo)航系統(tǒng)需要獲得手術(shù)器械的尖 端位置信息以及軸線方向的信息。因此，需要一種方法幫助醫(yī)生標(biāo)定追蹤傳感器和手術(shù)器 械的位置關(guān)系。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的缺陷和不足，提供一種手術(shù)導(dǎo)航工具的標(biāo)定方 法，它通過(guò)以主軸為旋轉(zhuǎn)軸進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，傳感器進(jìn)行多次采樣，循環(huán)校正，保證了標(biāo)定的精度； 適用于各種6自由度的導(dǎo)航傳感器及各個(gè)類型的手術(shù)器械的尖端、軸線的標(biāo)定，同時(shí)還可以 兼容任何6自由度的導(dǎo)航工具。
[0006] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的標(biāo)定方法是：
[0007] 1)、將尖端固定在一個(gè)點(diǎn)；
[0008] 2)、固定該點(diǎn)，向任意方向轉(zhuǎn)動(dòng)手術(shù)器械，同時(shí)令追蹤器對(duì)手術(shù)器械的位置和方向 信息進(jìn)行采樣；
[0009] 3)、計(jì)算尖端的位置和誤差；
[0010] 4)、接受誤差，結(jié)束標(biāo)定;或者拒絕誤差，重新進(jìn)行標(biāo)定；
[0011] 5)、固定手術(shù)器械的主軸；
[0012] 6)、圍繞主軸旋轉(zhuǎn)手術(shù)器械，同時(shí)對(duì)位置和方向進(jìn)行采樣；
[0013] 7)、計(jì)算主軸的方向。
[0014] 本發(fā)明有益效果為:通過(guò)以主軸為旋轉(zhuǎn)軸進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，傳感器進(jìn)行多次采樣，循環(huán)校 正，保證了標(biāo)定的精度;適用于各種6自由度的導(dǎo)航傳感器及各個(gè)類型的手術(shù)器械的尖端、 軸線的標(biāo)定，同時(shí)還可以兼容任何6自由度的導(dǎo)航工具。
【附圖說(shuō)明】
[0015] 圖1是本發(fā)明標(biāo)定方法計(jì)算的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016]為了便于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員理解和實(shí)施本發(fā)明，下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā) 明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述，應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的實(shí)施示例僅用于說(shuō)明和解釋本發(fā)明，并不 用于限定本發(fā)明。
[0017]參看如圖1所示，本【具體實(shí)施方式】采用以下標(biāo)定方法：
[0018] 1)、將尖端固定在一個(gè)點(diǎn)；
[0019] 2)、固定該點(diǎn)，向任意方向轉(zhuǎn)動(dòng)手術(shù)器械，同時(shí)令追蹤器對(duì)手術(shù)器械的位置和方向 信息進(jìn)行采樣；
[0020] 3)、計(jì)算尖端的位置和誤差；
[0021 ] 4)、接受誤差，結(jié)束標(biāo)定;或者拒絕誤差，重新進(jìn)行標(biāo)定；
[0022] 5)、固定手術(shù)器械的主軸；
[0023] 6)、圍繞主軸旋轉(zhuǎn)手術(shù)器械，同時(shí)對(duì)位置和方向進(jìn)行采樣；
[0024] 7)、計(jì)算主軸的方向。
[0025]本【具體實(shí)施方式】從追蹤傳感器傳回的位置和方向信息可以表示為：[Rntd;首先 計(jì)算手術(shù)器械尖端的平移變換，表示為tflX(3d;待標(biāo)定的工具繞著目標(biāo)點(diǎn)任意轉(zhuǎn)動(dòng)，得到一系 列的采樣點(diǎn)；從傳感器的坐標(biāo)和方向得到目標(biāo)點(diǎn)的方法可以表示為:Ritti P+ti = tfixed。其中 的未知量為ttip和tfixed。
[0027] 通過(guò)最小二乘法求偽逆矩陣，可以得到ttip，然后計(jì)算傳感器到手術(shù)工具軸線的旋 轉(zhuǎn)矩陣，表示為Rrot，主軸方向信息表示為R_。
[0028] 所述的傳感器到手術(shù)工具軸線的旋轉(zhuǎn)矩陣的旋轉(zhuǎn)過(guò)程可以表示為:RrotRiiR^。
[0029] 本【具體實(shí)施方式】通過(guò)以主軸為旋轉(zhuǎn)軸進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，傳感器進(jìn)行多次采樣，循環(huán)校正， 保證了標(biāo)定的精度;適用于各種6自由度的導(dǎo)航傳感器及各個(gè)類型的手術(shù)器械的尖端、軸線 的標(biāo)定，同時(shí)還可以兼容任何6自由度的導(dǎo)航工具。
[0030] 應(yīng)當(dāng)理解的是，上述針對(duì)較佳實(shí)施例的描述較為詳細(xì)，并不能因此而認(rèn)為是對(duì)本 發(fā)明專利保護(hù)范圍的限制，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明權(quán) 利要求所保護(hù)的范圍情況下，還可以做出替換或變形，均落入本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)，本發(fā) 明請(qǐng)求保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種手術(shù)導(dǎo)航工具的標(biāo)定方法，其特征在于它采用的標(biāo)定方法是： 1) 、將尖端固定在一個(gè)點(diǎn)； 2) 、固定該點(diǎn)，向任意方向轉(zhuǎn)動(dòng)手術(shù)器械，同時(shí)令追蹤器對(duì)手術(shù)器械的位置和方向信息 進(jìn)行采樣； 3) 、計(jì)算尖端的位置和誤差； 4) 、接受誤差，結(jié)束標(biāo)定;或者拒絕誤差，重新進(jìn)行標(biāo)定； 5) 、固定手術(shù)器械的主軸； 6 )、圍繞主軸旋轉(zhuǎn)手術(shù)器械，同時(shí)對(duì)位置和方向進(jìn)行采樣； 7)、計(jì)算主軸的方向。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種手術(shù)導(dǎo)航工具的標(biāo)定方法，其特征在于標(biāo)定方法步驟中 從追蹤傳感器傳回的位置和方向信息可W表示為：[Ri，ti]。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種手術(shù)導(dǎo)航工具的標(biāo)定方法，其特征在于標(biāo)定方法步驟中 首先計(jì)算手術(shù)器械尖端的平移變換，表示為tfixed ;待標(biāo)定的工具繞著目標(biāo)點(diǎn)任意轉(zhuǎn)動(dòng)，得到 一系列的義樣點(diǎn)。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種手術(shù)導(dǎo)航工具的標(biāo)定方法，其特征在于標(biāo)定方法步驟中 從傳感器的坐標(biāo)和方向得到目標(biāo)點(diǎn)的方法可W表示為:Rittip + ti = tfixed;其中的未知量為 ttip 和；通過(guò)最小二乘法求偽逆矩陣，可W得到ttip，然后計(jì)算傳感器到手術(shù)工具軸線的旋轉(zhuǎn)矩 陣，表示為Rrot,主軸方向信息表示為Raxe。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種手術(shù)導(dǎo)航工具的標(biāo)定方法，其特征在于標(biāo)定方法步驟中 所述的傳感器到手術(shù)工具軸線的旋轉(zhuǎn)矩陣的旋轉(zhuǎn)過(guò)程可W表示為:RrDtRi = Raxe。
【文檔編號(hào)】A61B34/10GK105902312SQ201610341175
【公開(kāi)日】2016年8月31日
【申請(qǐng)日】2016年5月20日
【發(fā)明人】石海利, 李樂(lè)寧
【申請(qǐng)人】深圳市智圖醫(yī)療技術(shù)有限責(zé)任公司