骨科手术单孔道定位系统技术方案

本发明专利技术提出一种骨科手术单孔道定位系统，包括：手术机械臂，相对固定有A组标定体；透视设备，相对固定有B组标定体，从至少两个角度针对目标对象拍摄形成至少两个透视图像；处理装置，根据外部输入指令在各个图像中分别选定两处目标投影点，根据对应的目标投影点与光源的位置关系、及图像接收平面之间的位置关系，确定两处目标实际点相对于B组标定体的空间位置，生成实际点空间位置数据；空间立体定位设备，形成A组标定体与B组标定体的三维相对位置关系；控制装置，根据三维相对位置关系和实际点空间位置数据定位孔道。本发明专利技术的骨科手术单孔道定位系统，实现单孔道钻孔的孔道定位，定位准确。

Operation single channel positioning system in Department of orthopedics

The invention provides a single channel positioning system for Department of orthopedics operation, including: operation manipulator, relative fixed A group calibration body, perspective equipment, relative fixed B calibration body, at least two angles for target objects to form at least two perspective images; processing device, according to external input instruction in each image Two target projection points are not selected. According to the relationship between the position of the corresponding target projection point and the light source and the position relationship between the image receiving plane, the spatial position of the two target actual points relative to the B group calibration body is determined, and the actual point space position data is generated. The spatial stereoscopic positioning equipment is used to form the calibration body of the A group and the B group calibration. Three dimensional relative position relation of the body; the control device locate the hole according to the three-dimensional relative position relation and the actual point space position data. The single channel positioning system of the Department of orthopedics achieves the positioning of the single channel borehole and accurate positioning.

【技术实现步骤摘要】
骨科手术单孔道定位系统
本专利技术涉及医疗装置
，尤其涉及的是一种骨科手术单孔道定位系统。
技术介绍
在外科手术中，采用手术机械臂持手术工具等先进技术来实现操作，例如手术机械臂末端安装手术设备进行手术，例如通过电钻进行钻骨、植入螺钉等。在骨科钻骨手术中，电钻钻头与骨之间会产生较大的力而不稳定，因而需要借助手术机械臂来对钻孔过程进行固持，当然也可以通过控制手术机械臂的移动来实现电钻钻头的定位。目前，实现手术定位的方式如下：1)首先对患者用标定件标定，然后进行CT扫描建立三维模型，根据建模所得模型来进行手术规划，规划完成后再进行手术操作；由于需要进行CT扫描加建模进行术前规划，操作复杂时间较长，辐射也大，另外还需对患者加标定件，并且在术中仍然需要用标定件实现导航，标定件占用的位置会影响手术进行，过远则定位精度不高；2)通过手术工具本身在透视图像中的显影来指导移动，直至定位到手术工具至患者的病患部位，定位过程时间较长，辐射较大，无法实现自动化定位，而且由于手术工具本身的显影面积较大，容易定位不准。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种骨科手术单孔道定位系统，可实现单孔道钻孔的孔道定位，定位准确。为解决上述问题，本专利技术提出一种骨科手术单孔道定位系统，包括：手术机械臂，其上相对固定有A组标定体；透视设备，其上相对固定有B组标定体，从至少两个角度针对目标对象拍摄形成至少两个透视图像；处理装置，接收所述透视设备的至少两个透视图像，根据外部输入指令在每个透视图像中分别选定第一目标投影点和第二目标投影点，每个透视图像中的第一目标投影点均为对应拍摄方向下的光源将目标对象上的第一目标实际点投影至对应图像接收平面上的点，每个透视图像中的第二目标投影点均为对应拍摄方向下的光源将目标对象上的第二目标实际点投影至对应图像接收平面上的点，根据至少两个第一目标投影点与光源的位置关系、及所述至少两个第一目标投影点的图像接收平面之间的位置关系，确定所述第一目标实际点相对于B组标定体的空间位置，生成第一实际点空间位置数据，根据至少两个第二目标投影点与光源的位置关系、及所述至少两个第二目标投影点的图像接收平面之间的位置关系，确定所述第二目标实际点相对于B组标定体的空间位置，生成第二实际点空间位置数据；空间立体定位设备，用以捕获所述A组标定体与所述B组标定体的空间位置，形成A组标定体与B组标定体的三维相对位置关系；控制装置，连接所述处理装置和空间立体定位设备，接收所述处理装置的第一实际点空间位置数据、第二实际点空间位置数据和所述空间立体定位设备的三维相对位置关系，根据所述三维相对位置关系和实际点空间位置数据确定所述第一目标实际点或第二目标实际点的空间位置作为孔道的入口点，并根据所述第一实际点空间位置数据、第二实际点空间位置数据确定孔道的方向及深度。根据本专利技术的一个实施例，所述处理装置包括：图像采集处理模块，用以接收所述透视设备的两个透视图像，接收外部输入指令，根据外部输入指令在每个透视图像中选定目标投影点，所述目标投影点包括第一目标投影点、第二目标投影点；关系映射模块，用以根据透视设备两个拍摄角度的空间变化关系确定两个图像接收平面之间的位置关系，通过此位置关系将其中一图像接收平面上的目标投影点与其对应拍摄角度下的光源之间的位置关系映射为相对于另一图像接收平面的位置关系，以确定两个透视图像中的目标投影点与各自光源之间的投影线相交处的目标实际点相对于所述另一图像接收平面的空间位置，所述目标实际点包括第一目标实际点、第二目标实际点；空间位置数据生成模块，用以根据所述另一图像接收平面与其对应拍摄角度下的所述B组标定体之间的空间关系，分别确定所述第一目标实际点、第二目标实际点相对于该B组标定体的空间位置，生成第一实际点空间位置数据、第二实际点空间位置数据。根据本专利技术的一个实施例，所述处理装置还连接所述空间立体定位设备，所述空间立体定位设备还用以捕获在两个不同拍摄角度下的B组标定体的空间位置，以确定所述B组标定体在两个拍摄角度下的相对位置关系，并将该相对位置关系传输至所述处理装置中，作为所述透视设备两个拍摄角度的空间变化关系。根据本专利技术的一个实施例，所述图像采集处理模块，在两个透视图像中分别选定目标投影点，确定两个透视图像的目标投影点在各自图像接收平面的第一位置点(x1,y1)、第二位置点(x2,y2)；所述关系映射模块，根据B组标定体在两个拍摄角度下的相对位置关系确定两个图像接收平面之间的空间变化矩阵S：其中，为第一拍摄角度下的B组标定体确定的坐标系，为第二拍摄角度下的B组标定体确定的坐标系，两个坐标系的建立方式相同；通过空间变化矩阵S将第二图像接收平面的第二位置点(x2,y2)与其对应拍摄角度下的光源(xb,yb,zb)之间的位置关系映射为相对于第一图像接收平面的位置关系：(x'2,y'2,z'2)＝S·(x2,y2,0)……(1)，(x'b,y'b,z'b)＝S·(xb,yb,zb)、……(2)，根据(1)和(2)确定空间变化后的第二位置点(x'2,y'2,z'2)和光源(x'b,y'b,z'b)之间的直线方程(3)，在所述第一图像接收平面确定第一位置点(x1,y1)和其对应拍摄角度下的光源(xa,ya,za)之间的直线方程(4)，联立计算(3)和(4)得到直线方程的交点(x,y,z)，作为所述目标实际点相对于第一图像接收平面的空间位置；所述空间位置数据生成模块，根据所述接收板与B组标定体之间的位置关系将所述目标实际点相对于第一图像接收平面的空间位置转换为所述目标实际点相对于B组标定体之间的空间位置，生成实际点空间位置数据。5.如权利要求1-4中任意一项所述的骨科手术单孔道定位系统，其特征在于，所述A组标定体和B组标定体均具有至少三个标定体，每组中的至少三个标定体之间共面而不共线。根据本专利技术的一个实施例，所述处理装置、空间立体定位设备或控制装置，根据空间立体定位设备测得的每组三个标定体的空间位置建立该组标定体局部O-XYZ坐标系，坐标中心X轴方向定义为方向,Y轴方向定义为方向，Z轴方向定义为方向。根据本专利技术的一个实施例，所述控制装置包括：数据获取模块，用以接收所述处理装置的实际点空间位置数据和所述空间立体定位设备的A组标定体与至少一拍摄角度下的所述B组标定体的三维相对位置关系；位置数据处理模块，用以根据所述A组标定体的至少三个标定体的位置数据建立A三维坐标系，根据所述A组标定体与手术机械臂待定位点的位置关系确定所述待定位点在所述A三维坐标系中的位置；根据所述B组标定体的至少三个标定体的位置数据建立B三维坐标系，根据A组标定体与B组标定体的相对位置关系将所述待定位点在所述A三维坐标系中的位置映射到B三维坐标系中，得到所述待定位点在所述B三维坐标系中的坐标值；根据所述第一目标实际点、第二目标实际点相对于B组标定体的空间位置确定所述第一目标实际点、第二目标实际点在所述B三维坐标系中的坐标值；根据待定位点的坐标值和所述目标实际点的坐标值确定所述手术机械臂待定位点的行程，生成行程控制指令；行程控制模块，用以接收所述行程控制指令，根据所述行程控制指令控制所述手术机械臂动作以使其待定位点移动。根据本专利技术的一个实施例，所述透视设备在各个角度针本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种骨科手术单孔道定位系统，其特征在于，包括：手术机械臂，其上相对固定有A组标定体；透视设备，其上相对固定有B组标定体，从至少两个角度针对目标对象拍摄形成至少两个透视图像；处理装置，接收所述透视设备的至少两个透视图像，根据外部输入指令在每个透视图像中分别选定第一目标投影点和第二目标投影点，每个透视图像中的第一目标投影点均为对应拍摄方向下的光源将目标对象上的第一目标实际点投影至对应图像接收平面上的点，每个透视图像中的第二目标投影点均为对应拍摄方向下的光源将目标对象上的第二目标实际点投影至对应图像接收平面上的点，根据至少两个第一目标投影点与光源的位置关系、及所述至少两个第一目标投影点的图像接收平面之间的位置关系，确定所述第一目标实际点相对于B组标定体的空间位置，生成第一实际点空间位置数据，根据至少两个第二目标投影点与光源的位置关系、及所述至少两个第二目标投影点的图像接收平面之间的位置关系，确定所述第二目标实际点相对于B组标定体的空间位置，生成第二实际点空间位置数据；空间立体定位设备，用以捕获所述A组标定体与所述B组标定体的空间位置，形成A组标定体与B组标定体的三维相对位置关系；控制装置，连接所述处理装置和空间立体定位设备，接收所述处理装置的第一实际点空间位置数据、第二实际点空间位置数据和所述空间立体定位设备的三维相对位置关系，根据所述三维相对位置关系和实际点空间位置数据确定所述第一目标实际点或第二目标实际点的空间位置作为孔道的入口点，并根据所述第一实际点空间位置数据、第二实际点空间位置数据确定孔道的方向及深度。...

【技术特征摘要】
1.一种骨科手术单孔道定位系统，其特征在于，包括：手术机械臂，其上相对固定有A组标定体；透视设备，其上相对固定有B组标定体，从至少两个角度针对目标对象拍摄形成至少两个透视图像；处理装置，接收所述透视设备的至少两个透视图像，根据外部输入指令在每个透视图像中分别选定第一目标投影点和第二目标投影点，每个透视图像中的第一目标投影点均为对应拍摄方向下的光源将目标对象上的第一目标实际点投影至对应图像接收平面上的点，每个透视图像中的第二目标投影点均为对应拍摄方向下的光源将目标对象上的第二目标实际点投影至对应图像接收平面上的点，根据至少两个第一目标投影点与光源的位置关系、及所述至少两个第一目标投影点的图像接收平面之间的位置关系，确定所述第一目标实际点相对于B组标定体的空间位置，生成第一实际点空间位置数据，根据至少两个第二目标投影点与光源的位置关系、及所述至少两个第二目标投影点的图像接收平面之间的位置关系，确定所述第二目标实际点相对于B组标定体的空间位置，生成第二实际点空间位置数据；空间立体定位设备，用以捕获所述A组标定体与所述B组标定体的空间位置，形成A组标定体与B组标定体的三维相对位置关系；控制装置，连接所述处理装置和空间立体定位设备，接收所述处理装置的第一实际点空间位置数据、第二实际点空间位置数据和所述空间立体定位设备的三维相对位置关系，根据所述三维相对位置关系和实际点空间位置数据确定所述第一目标实际点或第二目标实际点的空间位置作为孔道的入口点，并根据所述第一实际点空间位置数据、第二实际点空间位置数据确定孔道的方向及深度。2.如权利要求1所述的骨科手术单孔道定位系统，其特征在于，所述处理装置包括：图像采集处理模块，用以接收所述透视设备的两个透视图像，接收外部输入指令，根据外部输入指令在每个透视图像中选定目标投影点，所述目标投影点包括第一目标投影点、第二目标投影点；关系映射模块，用以根据透视设备两个拍摄角度的空间变化关系确定两个图像接收平面之间的位置关系，通过此位置关系将其中一图像接收平面上的目标投影点与其对应拍摄角度下的光源之间的位置关系映射为相对于另一图像接收平面的位置关系，以确定两个透视图像中的目标投影点与各自光源之间的投影线相交处的目标实际点相对于所述另一图像接收平面的空间位置，所述目标实际点包括第一目标实际点、第二目标实际点；空间位置数据生成模块，用以根据所述另一图像接收平面与其对应拍摄角度下的所述B组标定体之间的空间关系，分别确定所述第一目标实际点、第二目标实际点相对于该B组标定体的空间位置，生成第一实际点空间位置数据、第二实际点空间位置数据。3.如权利要求2所述的骨科手术单孔道定位系统，其特征在于，所述处理装置还连接所述空间立体定位设备，所述空间立体定位设备还用以捕获在两个不同拍摄角度下的B组标定体的空间位置，以确定所述B组标定体在两个拍摄角度下的相对位置关系，并将该相对位置关系传输至所述处理装置中，作为所述透视设备两个拍摄角度的空间变化关系。4.如权利要求3所述的骨科手术单孔道定位系统，其特征在于，所述图像采集处理模块，在两个透视图像中分别选定目标投影点，确定两个透视图像的目标投影点在各自图像接收平面的第一位置点(x1,y1)、第二位置点(x2,y2)；所述关系映射模块，根据B组标定体在两个拍摄角度下的相对位置关系确定两个图像接收平面之间的空间变化矩阵S：其中，为第一拍摄角度下的B组标定体确定的坐标系，为第二拍摄角度下的B组标定体确定的坐标系，两个坐标系的建立方式相同；通过空间变化矩阵S将第二图像接收平面的第二位置点(x2,y2)与其对应拍摄角度下的光源(xb,yb,zb)之间的位置关系映...

【专利技术属性】
技术研发人员：王少白，张元智，兰天，
申请(专利权)人：上海波城医疗科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31