标定装置，系统，方法及存储介质制造方法及图纸

本申请实施例提供了一种标定装置，包括：底座和标定结构；标定结构设置在底座上，标定结构用于容置待标定工具，以对待标定工具进行标定；底座上还设置有第一标识，第一标识用于被传感器模块感应，得到指示标定装置位姿的位姿数据，以配合标定结构对待标定工具进行标定，位姿数据包括标定装置的位置数据和标定装置的姿态数据。本申请实施例所提供的标定装置体积小，可以手持固定，使用方便，可以标定多种自定义手术工具上固定位置的特征点与手术工具的相对位姿关系，有效的避免将工具的加工误差，形变误差等带入的手术导航系统中，提高了导航的精度。

【技术实现步骤摘要】
标定装置，系统，方法及存储介质
本申请实施例涉及手术导航领域，尤其涉及一种标定装置，系统，方法及存储介质。
技术介绍
近年来，随着医学成像技术、图像处理技术等研究领域的发展，手术导航系统在微创外科领域发挥着越来越重要的作用。手术导航系统(SurgicalNavigationSystem)通过对局部解剖结构的可视化，高精度定位病变部位的位置，有效地引导手术器械，扩大医生有限的视觉范围，使外科手术更精确和安全。医生使用手术导航系统进行手术时，需要通过计算机屏幕观察和操作手术器械，因此手术器械实时跟踪是手术导航的关键技术之一。目前有多种手术器械跟踪方法，如机械跟踪、超声跟踪、光学跟踪(opticaltracking,OPT)、电磁跟踪(electromagnetictracking,EMT)等。无论是哪类跟踪方法，都需要识别器械固定位置上的特征点，再利用已知的工具参数转换为器械的位置和姿态来进行显示。而手术中的大部分器械我们无法获得其理论参数，且在实际应用当中，工具的加工过程造成的尺寸误差、工具自身受环境影响而带来的形变误差等等，这些误差均会引入到导航的误差中，因此在将手术工具投入使用之前先需要对其进行标定，确定手术工具上固定位置的特征点与手术工具的相对位姿关系，以便于在使用手术导航系统时能够根据手术工具上固定位置的特征点的位姿数据得到手术工具的位姿数据。
技术实现思路
有鉴于此，本申请实施例提供了一种标定装置，方法及存储介质，用以对工具进行标定。第一方面，本申请实施例提供了一种标定装置，包括：底座和标定结构；标定结构设置在底座上，标定结构用于容置待标定工具，以对待标定工具进行标定；底座上还设置有第一标识，第一标识用于被传感器模块感应，得到指示标定装置位姿的位姿数据，以配合标定结构对待标定工具进行标定，位姿数据包括标定装置的位置数据和标定装置的姿态数据。可选地，在一种具体地的实施方式中，标定结构包括标定槽，标定槽设置在底座的顶部，标定槽相对于第一标识的位姿数据为已知数据。可选地，在一种具体地的实施方式中，标定装置还包括压力模块，压力模块用于向待标定工具施加压力以将待标定工具固定在标定结构中。可选地，在一种具体地的实施方式中，标定装置还包括压盖，压盖设置于底座的顶部，用于安装压力模块。可选地，在一种具体地的实施方式中，压力模块包括调节元件，连接元件和施压元件；连接元件贯穿压盖，上端伸出压盖的顶部，下端位于标定结构中；施压元件与连接元件的下端连接，施压元件用于向待标定工具施加压力以固定待标定工具；调节元件与连接元件的上端连接，调节元件用于调节施压元件向待标定工具施加的压力。可选地，在一种具体地的实施方式中，标定结构还包括至少一个标定孔，标定孔设置在底座上，标定孔相对于第一标识的位姿数据位已知数据。可选地，在一种具体地的实施方式中，底座设置有凹槽，将底座分为标定板和底座主体；标定孔位于标定板上并贯穿标定板，以使得待标定工具穿过标定孔和凹槽，并抵在底座主体上。可选地，在一种具体地的实施方式中，每个标定孔的直径数据不同，且标定孔旁设置有用于指示标定孔直径数据的数字。可选地，在一种具体地的实施方式中，标定装置包括至少三个第一标识，第一标识设置在底座的顶部，呈圆形，圆内由黑白两色间隔填充。可选地，在一种具体地的实施方式中，底座上还设置有至少一个验证凹槽，验证凹槽用于验证标定装置的标定精度，验证凹槽相对于第一标识的位姿数据为已知数据。可选地，在一种具体地的实施方式中，底座的底部还设置有手持部，用于通过握持固定标定装置。第二方面，本申请实施例提供了一种标定系统，包括：如第一方面任一项标定装置，传感器模块，待标定工具和计算模块；待标定工具固定在标定装置的标定结构中；传感器模块与计算模块通信连接；传感器模块用于根据感应到的标定装置上的第一标识，生成第一标识相对于传感器模块的第一位姿数据，第一位姿数据包括第一标识相对于传感器模块的位置数据和第一标识相对于传感器模块的姿态数据；传感器模块还用于根据感应到待标定工具上的第二标识，生成第二标识相对于传感器模块的第二位姿数据，第二位姿数据包括第二标识相对于传感器模块的位置数据和第二标识相对于传感器模块的姿态数据；计算模块用于根据第一位姿数据和第二位姿数据对待标定工具进行标定。第三方面，本申请实施例提供了一种标定方法，包括：根据传感器模块感应到的标定装置上的第一标识，生成第一标识相对于传感器模块的第一位姿数据，第一位姿数据包括第一标识相对于传感器模块的位置数据和第一标识相对于传感器模块的姿态数据；根据传感器模块感应到待标定工具上的第二标识，生成第二标识相对于传感器模块的第二位姿数据，第二位姿数据包括第二标识相对于传感器模块的位置数据和第二标识相对于传感器模块的姿态数据；根据第一位姿数据和第二位姿数据对待标定工具进行标定。可选地，在一种具体地的实施方式中，根据第一位姿数据和第二位姿数据对待标定工具进行标定，包括：根据第一位姿数据和第二位姿数据得到第一标识相对于第二标识的第三位姿数据，第三位姿数据包括第一标识相对于第二标识的位置数据和第一标识相对于第二标识的姿态数据；读取与待标定工具的端部直径适配的标定孔相对于第一标识的位姿数据；根据第三位姿数据和与待标定工具的端部直径适配的标定孔相对于第一标识的位姿数据得到待标定工具的端部相对于第二标识的标定位姿数据。可选地，在一种具体地的实施方式中，第二位姿数据包括初始第二位姿数据和多组旋转第二位姿数据，初始第二位姿数据用于指示待标定工具在初始位置时第二标识相对于传感器模块的位姿数据，多组旋转第二位姿数据用于指示待标定工具在标定槽中旋转不同角度时第二标识相对于传感器模块的位姿数据。可选地，在一种具体地的实施方式中，根据第一位姿数据和第二位姿数据对待标定工具进行标定，包括：根据第一位姿数据和初始第二位姿数据得到第一标识相对于在初始位置时第二标识的第四位姿数据，第四位姿数据包括第一标识相对于在初始位置时第二标识的位置数据和第一标识相对于在初始位置时第二标识的姿态数据；读取标定槽相对于第一标识的位姿数据；根据多组旋转第二位姿数据和标定槽相对于第一标识的位姿数据得到待标定工具的端部相对于第一标识的位姿数据；根据待标定工具的端部相对于第一标识的位姿数据和第四位姿数据得到待标定工具的端部相对于第二标识的标定位姿数据。可选地，在一种具体地的实施方式中，根据多组旋转第二位姿数据和标定槽相对于第一标识的位姿数据得到待标定工具的端部相对于第一标识的位姿数据，包括：将多组旋转第二位姿数据通过最小二乘法拟合得到待标定工具的端部相对于传感器模块的位姿数据；根据待标定工具的端部相对于传感器模块的位姿数据和第一位姿数据得到待标定工具的端部相对于第一标识的位姿数据。可选地，在一种具体地的实施方式中，方法还包括：读取验证凹槽相对本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种标定装置，其特征在于，包括：底座和标定结构；所述标定结构设置在所述底座上，所述标定结构用于容置待标定工具，以对所述待标定工具进行标定；所述底座上还设置有第一标识，所述第一标识用于被传感器模块感应，得到指示所述标定装置位姿的位姿数据，以配合所述标定结构对所述待标定工具进行标定，所述位姿数据包括所述标定装置的位置数据和所述标定装置的姿态数据。/n

【技术特征摘要】
1.一种标定装置，其特征在于，包括：底座和标定结构；所述标定结构设置在所述底座上，所述标定结构用于容置待标定工具，以对所述待标定工具进行标定；所述底座上还设置有第一标识，所述第一标识用于被传感器模块感应，得到指示所述标定装置位姿的位姿数据，以配合所述标定结构对所述待标定工具进行标定，所述位姿数据包括所述标定装置的位置数据和所述标定装置的姿态数据。


2.根据权利要求1所述的标定装置，其特征在于，所述标定结构包括标定槽，所述标定槽设置在所述底座的顶部，所述标定槽相对于所述第一标识的位姿数据为已知数据。


3.根据权利要求1所述的标定装置，其特征在于，所述标定装置还包括压力模块，所述压力模块用于向所述待标定工具施加压力以将所述待标定工具固定在所述标定结构中。


4.根据权利要求3所述的标定装置，其特征在于，所述标定装置还包括压盖，所述压盖设置于所述底座的顶部，用于安装所述压力模块。


5.根据权利要求4所述的标定装置，其特征在于，所述压力模块包括调节元件，连接元件和施压元件；
所述连接元件贯穿所述压盖，上端伸出所述压盖的顶部，下端位于所述标定结构中；
所述施压元件与所述连接元件的下端连接，所述施压元件用于向所述待标定工具施加压力以固定所述待标定工具；
所述调节元件与所述连接元件的上端连接，所述调节元件用于调节所述施压元件向所述待标定工具施加的压力。


6.根据权利要求1所述的标定装置，其特征在于，所述标定结构还包括至少一个标定孔，所述标定孔设置在所述底座上，所述标定孔相对于所述第一标识的位姿数据位已知数据。


7.根据权利要求6所述的标定装置，其特征在于，所述底座设置有凹槽，将所述底座分为标定板和底座主体；所述标定孔位于所述标定板上并贯穿所述标定板，以使得所述待标定工具穿过所述标定孔和所述凹槽，并抵在所述底座主体上。


8.根据权利要求6所述的标定装置，其特征在于，每个所述标定孔的直径数据不同，且所述标定孔旁设置有用于指示所述标定孔直径数据的数字。


9.根据权利要求1所述的标定装置，其特征在于，所述标定装置包括至少三个所述第一标识，所述第一标识设置在所述底座的顶部，呈圆形，圆内由黑白两色间隔填充。


10.根据权利要求1所述的标定装置，其特征在于，所述底座上还设置有至少一个验证凹槽，所述验证凹槽用于验证所述标定装置的标定精度，所述验证凹槽相对于所述第一标识的位姿数据为已知数据。


11.根据权利要求1所述的标定装置，其特征在于，所述底座的底部还设置有手持部，用于通过握持固定所述标定装置。


12.一种标定系统，其特征在于，包括：权利要求1-11任一项所述的标定装置，传感器模块，待标定工具和计算模块；所述待标定工具固定在所述标定装置的标定结构中；所述传感器模块与所述计算模块通信连接；
所述传感器模块用于根据感应到的标定装置上的第一标识，生成所述第一标识相对于所述传感器模块的第一位姿数据，所述第一位姿数据包括所述第一标识相对于所述传感器模块的位置数据和所述第一标识相对于所述传感器模块的姿态数据；
所述传感器模块还用于根据感应到待标定工具上的第二标识，生成所述第二标识相对于所述传感器模块的第二位姿数据，所述第二位姿数据包括所述第二标识相对于所述传感器模块的位置数据和所述第二标识相对于所述传感器模块的姿态数据；
所述计算模块用于根据所述第一位姿数据和所述第二位姿数据对所述待标定工具进行标定。


13.一种标定方法，其特征在于，包括：
根据传感器模块感应到的标定装置上的第一标识，生成所述第一标识相对于所述传感器模块的第一位姿数据，所述第一位...

【专利技术属性】
技术研发人员：王棋，谢永召，宫明波，肖森雄，
申请(专利权)人：北京柏惠维康科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11