一种C型臂空间标定器制造技术

本发明专利技术涉及医学领域，尤其涉及一种C型臂空间标定器。该标定器由5个面组成：其中一个上平面A与其余4个面相交；两个带标定点的平面B、平面C分别与其他2个支撑平面相交；标定点1,2,5,6,7在平面C上，标定点3,4,8,9在平面B上；(1,5,6)三点共线；直线(1,5,6)、(2,7)、(3,8)、(4,9)相交于同一点O2；直线(1,2)、(3,4)、(6,7)、(8,9)相交于点O1；直线(7,8)、(6,9)相交于一点O3；直线(1,4)、(6,9)平行。标定点采用可以在X光线显影的材料；上平面A、平面B、平面C上有可以被视觉跟踪设备识别的标志，用于计算机辅助外科手术导航系统中。本发明专利技术可以放置在C性臂成像空间范围的任何一处，尤其是手术靶点处，提供C型臂空间标定精度。

A C type arm space calibrator

The invention relates to the field of medicine, in particular to a C arm space calibrator. The calibrator consists of five planes: one upper plane A intersects with the other four planes; two planes B and C with calibration points intersect with other two supporting planes; the calibration points 1,2,5,6,7 are on the plane C, and the calibration points 3,4,8,9 are on the plane B; (1,5,6) three points are collinear; the lines (1,5,6), (2,7), (3,8), (4,9) intersect at the same point. O 2; Lines (1,2), (3,4), (6,7), (8,9) intersect at point O1; Lines (7,8), (6,9) intersect at point O 3; Lines (1,4), (6,9) are parallel. The calibration points are made of materials that can be developed by X-ray, and the upper planes A, B and C are marked by visual tracking equipment, which can be used in computer-aided surgical navigation system. The invention can be placed anywhere in the imaging space range of C arm, especially at the surgical target, to provide the space calibration accuracy of C arm.

【技术实现步骤摘要】
一种C型臂空间标定器
本专利技术涉及医学领域，尤其涉及一种C型臂空间标定器。
技术介绍
今年来，随着计算机技术的发展，计算机辅助外科手术导航技术逐渐被应用到临床中。计算机辅助外科手术导航技术中最要的问题就是各种空间的配准，尤其是CT、X光等影像空间。而C型臂作为外科手术当中常用的一种影像设备，其所拍摄的X光片是计算机辅助外科手术导航技术空间配准中常用到的配准数据。因此，很多学者对C型臂的空间标定开展了多种研究，但是传统的C型臂标定模块都采用平行的双层平面标定器来进行标定，标定器多放置于C型臂的影像增强器一端，手术靶点在标定器的空间范围外，由于C型臂的X图像存在畸变，标定点的选取存在误差等问题，采用传统方法标定出C型臂内外参数来计算手术靶点空间位置并不准确。因此，本专利技术提出了一种可放置于手术靶点区域的C型臂空间标定装置，提高手术靶点的空间标定精度。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题本专利技术的目的在于提供一种C型臂空间标定器，用于高手术靶点的空间标定精度。(二)技术方案为达成上述目的，本专利技术一种C型臂空间标定器，包括以下几个部分：由5个面组成；上平面上与其余4个面相交；两个带标定点的平面分别与其他2个支撑平面相交。根据本专利技术，标定点1,2,5,6,7在平面上，标定点3,4,8,9在平面B上。根据本专利技术，标定点分布，满足以下特征:(1,5,6)三点共线；直线(1,5,6)、(2,7)、(3,8)、(4,9)相交于同一点O2；直线(1,2)、(3,4)、(6,7)、(8,9)相交于点O1；直线(7,8)、(6,9)相交于一点O3；直线(1,4)、(6,9)平行。根据本专利技术，上平面A、平面B、平面C上有可以被视觉跟踪设备识别的标志。通过视觉跟踪设备跟踪标定器上的标志，可建立C型臂相机空间与视觉空间的转换关系。每个视觉跟踪标志有3个黑白相间的角点，沿角点分割方向首尾相连，存在垂直的两条向量；角点内侧颜色统一，若为白色，两向量逆时针旋转，反之顺时针旋转；两直线中较长直线中点为坐标系原点，长轴为X轴，短轴为Y轴。根据本专利技术，标定点采用可以在X光下显影的材料；标定器主体平面采用在X光不显影或微显影材料。根据本专利技术，通过标记点在C型臂成像的位置，可以求解出C型臂的内外部参数。C型臂的模型如下：A1x+A2y+A3z+A4-A5xu-A6yu-A7zu＝uA8x+A9y+A10z+A11-A5xv-A6yv-A7zv＝v给定n(n≥6)组标记点的空间坐标(xi,yi,zi)(n＝1,2,Λn)以及相应的屏幕坐标(ui,vi)(n＝1,2,Λn)，则可以得到2n个关于Ai(i＝1,2,Λ11)的线性方程组，表示成矩阵的形式为：A11×1＝[A1A2A3A4A5A6A7A8A9A10A11]TC(2×n)×1＝[u1u2…unv1v2…vn]T所以E·A＝CA＝(ETE)-1ETC从而求得Ai(i＝1，2，Λ11)。根据本专利技术，可以根据标定后的相机参数，求解图像中的点在空间对应的直线方程；图像上一点对应的空间直线l方程：根据本专利技术，每个视觉跟踪标志有3个黑白相间的角点，沿角点分割方向首尾相连，存在垂直的两条向量；角点内侧颜色统一，若为白色，两向量逆时针旋转，反之顺时针旋转；两直线中较长直线中点为坐标系原点，长轴为X轴，短轴为Y轴。(三)有益效果本专利技术提出的一种C型臂空间标定器，可放置于手术靶点区域，提高手术靶点的空间标定精度。附图说明图1是一种C型臂空间标定器标记点位置关系示意图；图2是本专利技术的标记点的平面分布情况；图3是视觉跟踪标志位置示意图；图4是视觉跟踪标记的几种示例；图5是C型臂空间标定器的使用示意图；图6是标定器与膝关节拍摄的X光图片。具体实施方式下面结合实施例及其附图详细说明本专利技术所述的一种C型臂空间标定器，但本专利技术的保护范围不局限于下述的实施例。参照图1，本专利技术一种C型臂空间标定器，包括以下几个部分：由5个面组成；上平面上与其余4个面相交；两个带标定点的平面分别与其他2个支撑平面相交。标定点采用可以在X光下显影的材料；标定器主体平面采用在X光不显影或微显影材料。参照图2，标定点1,2,5,6,7在平面上，标定点3,4,8,9在平面B上。参照图1，标定点分布，满足以下特征:1)(1,5,6)三点共线；2)直线(1,5,6)、(2,7)、(3,8)、(4,9)相交于同一点O2；3)直线(1,2)、(3,4)、(6,7)、(8,9)相交于点O1；4)直线(7,8)、(6,9)相交于一点O3；5)直线(1,4)、(6,9)平行。参照图3，上平面A、平面B、平面C上有可以被视觉跟踪设备识别的标志。通过视觉跟踪设备跟踪标定器上的标志，可建立C型臂相机空间与视觉空间的转换关系。图4是视觉跟踪标志的几种示意图。视觉跟踪标志设备除满足以下要求外，可根据需要自行设计：1)每个视觉跟踪标志有3个黑白相间的角点，沿角点分割方向首尾相连，存在垂直的两条向量；2)角点内侧颜色统一，若为白色，两向量逆时针旋转，反之顺时针旋转；3)两直线中较长直线中点为坐标系原点，长轴为X轴，短轴为Y轴。参照图5，将标定器放置在C型臂的程序范围内，同时保证手术靶点在标定器的空间区域内，拍摄X光片，同时视觉跟踪设备记录标记板的位置坐标。根据如图6所示的X光片上各标记点的图像坐标求解出以下C型臂模型中的11个内外部参数。C型臂的模型如下：A1x+A2y+A3z+A4-A5xu-A6yu-A7zu＝uA8x+A9y+A10z+A11-A5xv-A6yv-A7zv＝v给定n(n≥6)组标记点的空间坐标(xi，yi，zi)(n＝1，2，Λn)以及相应的屏幕坐标(ui，vi)(n＝1，2，Λn)，则可以得到2n个关于Ai(i＝1，2，Λ11)的线性方程组，表示成矩阵的形式为：A11×1＝[A1A2A3A4A5A6A7A8A9A10A11]TC(2×n)×1＝[u1u2…unv1v2…vn]T所以E·A＝CA＝(ETE)-1ETC从而求得Ai(i＝1,2,Λ11)。反之，可以根据标定后的相机参数，求解图像中的点在空间对应的直线方程；图像上一点对应的空间直线l方程：根据本专利技术，每个视觉跟踪标志有3个黑白相间的角点，沿角点分割方向首尾相连，存在垂直的两条向量；角点内侧颜色统一，若为白色，两向量逆时针旋转，反之顺时针旋转；两直线中较长直线中点为坐标系原点，长轴为X轴，短轴为Y轴最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本专利技术的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本专利技术进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本专利技术各实施例技术方案的精神和范围。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种C型臂空间标定器，其特征在于，包括以下几个部分：由5个面组成；上平面与其余4个面相交；两个带标定点的平面B、平面C分别与其他2个支撑平面相交；其中，标定点1,2,5,6,7在平面C上，标定点3,4,8,9在平面B上；(1,5,6)三点共线；直线(1,5,6)、(2,7)、(3,8)、(4,9)相交于同一点O2；直线(1,2)、(3,4)、(6,7)、(8,9)相交于点O1；直线(7,8)、(6,9)相交于一点O3；直线(1,4)、(6,9)平行。

【技术特征摘要】
1.一种C型臂空间标定器，其特征在于，包括以下几个部分：由5个面组成；上平面与其余4个面相交；两个带标定点的平面B、平面C分别与其他2个支撑平面相交；其中，标定点1,2,5,6,7在平面C上，标定点3,4,8,9在平面B上；(1,5,6)三点共线；直线(1,5,6)、(2,7)、(3,8)、(4,9)相交于同一点O2；直线(1,2)、(3,4)、(6,7)、(8,9)相交于点O1；直线(7,8)、(6,9)相交于一点O3；直线(1,4)、(6,9)平行。2.一种C型臂空间标定器，其特征在于，上平面A、平面B、平面C上有可以被视觉跟踪设备识别的标志。3.一种C型臂空间标定器，其特征在于，标定点采用可以在X光下显影的材料；标定器主体平面采用在X光不显影或微显影材料。4.一种C型臂空间标定器，其特征在于，使用时放置在C性臂成像范围的任何一处。5.一种C型臂空间标定器，其特征在于，通过标记点在C型臂成像的位置，可以求解出C型臂的内外部参数。C型臂的模型如下：A1x+A2y+A3z+A4-A5xu-A6yu-A7zu＝uA8x+A9y...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭娜，杨标，胡磊，王昱涵，刘洪升，韩仲浩，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京,11