单点定位手术器械、标定工具及标定方法技术

一种单点定位手术器械、标定工具及标定方法，属于医疗设备技术领域。该单点定位手术器械包括器械本体和感光标记物；器械本体为直线型杆状结构，沿轴向设置有尺寸刻度；感光标记物固定在器械本体末端或中下部，感光标记物上一对称轴线与器械本体轴线处于同一直线上。本发明专利技术能够提高手术器械标定的效率和精度，降低标定复杂程度，简化标定过程。

【技术实现步骤摘要】
单点定位手术器械、标定工具及标定方法
本专利技术涉及的是一种医疗设备领域的技术，具体是一种单点定位手术器械、标定工具及标定方法。
技术介绍
手术导航系统，是指把病人的影象学资料与病人的解剖位置通过高性能计算机准确地对应起来，进而在影象学资料上显示手术器械方位，以达到辅助医生手术操作、判断手术进展情况的计算机辅助系统。在手术导航系统中，存在着多个空间变换关系，根据系统的需求，一般把坐标分成以下几个：图形坐标系，人体坐标系，空间坐标系和参考坐标系。在手术导航前必须设定图像坐标系和空间坐标系。导航的时候，定位系统获得手术器械在空间坐标系下的坐标，根据计算好的配准变换关系，映射到图像坐标系的位置。在配准的时候，计算不同模态图像到参考坐标系的变换，配准后，不同模态图像最后都变换到参考坐标系下进行融合显示。手术导航系统的空间定位方法分为：电磁式定位法和光学定位法，光学定位方法定位精度高，是目前应用最多的定位方式。光学定位方法采用摄像机观察目标，然后应用双眼视觉原理重建出目标的空间位置，根据被观察目标是否主动发射光线，可将其分为主动式与被动式两种。被动式光学定位器是导航系统中空间定位方法的主流。被动式光学定位器的原理如下：一般摄像头上的位置传感器从它的照明上发出红外线，而带有逆向反馈涂层的标定球，反馈红外线到摄像头上的定位传感器，然后系统逐一记录标定球的位置，计算和它们组合的工具的位置和方向。一个参考标定球的测量位置是在标定的中心，位置传感器测量标定点的位置和计算工具的空间转换，从而传播转换数据到主计算机上以便收集，展示进一步操纵。通常为了提高工具移动的准确性，一般规定手术器械上参考标定球的最少数量是3个。如标准US6675040B1，US8386022B2，US2017/0086941，CN109171962A。但是对于追踪细小的器械，如活检针之类的工具，多个标定球存在以下缺点：1)固定的结构比较大，比较累赘，医生使用起来不方便；2)标定球是一次性的，多个标定球增加了使用的成本；3)手术导航系统需要跟踪和计算多个球的位置，时间比较长，有可能出现追踪不到的情况。此外，为了导航仪准确地跟踪带有参考标记的手术器械，需要在每次手术的导航开始之前，建立对手术器械末端、轴向向量与手术器械参考标记空间位置之间的坐标变换关系，进行手术器械的标定。而现有的标定方法，如专利申请CN109171962A和US7763030B2，存在标定的效率和精度低，标定过程繁琐，时间花费长等缺点。为了解决现有技术存在的上述问题，本专利技术由此而来。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术存在的上述不足，提出了一种单点定位手术器械、标定工具及标定方法，能够提高手术器械标定的效率和精度，降低标定复杂程度，简化标定过程。本专利技术第一方面提供了一种单点定位手术器械，包括器械本体和感光标记物；器械本体为直线型杆状结构，沿轴向设置有尺寸刻度；感光标记物固定在器械本体末端或中下部，感光标记物上一对称轴线与器械本体轴线处于同一直线上。单点定位手术器械可以是活检针、穿刺针等具有较大长径比的手术器械。感光标记物优选平板状或球状结构，表面贴有反光材料，获得反光效果。本专利技术第二方面提供了一种标定工具，包括标定台，标定台上设有V型凹槽和三个参考标定物；沿长度方向，V型凹槽一端开放，一端设有挡板封闭，挡板用于对单点定位手术器械刺入端进行限位；三个参考标定物的几何中心位于同一平面上，形成三角形。本专利技术第三方面提供了一种标定方法，基于上述标定工具对单点定位手术器械进行标定，包括以下步骤：S11，沿V型凹槽两斜面，将单点定位手术器械垂直插入，至单点定位手术器械刺入端与V型凹槽挡板相抵，之后在V型凹槽中转动单点定位手术器械，校验单点定位手术器械是否弯曲；对于检查合格未弯曲的单点定位手术器械，保持轴向位置不变，将其压紧在V型凹槽中；否则检查下一个单点定位手术器械，至找到合格的单点定位手术器械；S12，基于导航仪的双目视觉系统，获取导航坐标系下包括标定台上三个参考标定物以及被压紧在V型凹槽中单点定位手术器械上感光标记物在内的三维坐标信息，再根据标定坐标系下三个参考标定物感光点的三维坐标信息以及标定台几何参数信息，得到单点定位手术器械上感光标记物至刺入端的距离L，从而完成单点定位手术器械的标定。优选地，步骤S12的具体过程如下：S121，在导航坐标系下，通过导航仪测得标定台上三个参考标定物的三维坐标P′A、P′B、P′C，记为T′＝{P′A，P′B，P′C}；以及测得单点定位手术器械上感光标记物的三维坐标PI′；S122，以标定台上任一点为原点设定标定坐标系，确定三个参考标定物的三维坐标PA、PB、PC，记为T＝{PA，PB，PC}，此过程中标定台状态与步骤S121相同；根据T′和T，通过SVD算法计算得到导航坐标系和标定坐标系的相互关系，即导航坐标系向标定坐标系进行变换的旋转矩阵R和平移向量据此得到标定坐标系下单点定位手术器械上感光标记物的三维坐标PI，S123，根据标定坐标系下单点定位手术器械上感光标记物的三维坐标PI，得到该坐标与挡板上任一点的向量继而得到单点定位手术器械上感光标记物至刺入端的距离L，为标定坐标系下挡板法向向量。技术效果与现有技术相比，本专利技术能够提高手术器械标定的效率和精度，降低标定复杂程度，简化标定过程，节省导航准备时间；在标定结束后操作时，根据距离L以及刺入方向，可以清楚地知晓刺入端与目标区域的相对位置，方便单点定位手术器械刺入端准确到达目标区域；附图说明图1a为实施例1中一种单点定位手术器械的示意图；图1b为实施例1中一种单点定位手术器械的示意图；图1c为实施例1中一种单点定位手术器械的示意图；图1d为实施例1中一种单点定位手术器械的示意图；图2为实施例1标定工具示意图；图3为实施例1标定系统示意图；图4为实施例1中导航系统结构示意图；图中：单点定位手术器械1、器械本体11、感光标记物12；标定工具2、标定台21、V型凹槽22、参考标定物23、平面挡板24；导航仪3、计算机4、触摸显示器5、头颅模型6、模拟病灶区域7、止位器8。具体实施方式下面结合附图及具体实施方式对本专利技术进行详细描述。实施例1如图1a-图1d所示，本实施例涉及一种单点定位手术器械1，包括器械本体11和感光标记物12；器械本体11为直线型杆状结构，沿轴向设置有尺寸刻度，如每隔10mm做一个刻度标记；感光标记物12固定在器械本体末端如图1a和图1c所示，或根据器械特点固定在中下部如图1b和图1d所示，感光标记物上一对称轴线与器械本体轴线处于同一直线上；感光标记物12优选平面圆板状结构如图1a和图1b所示，或球状结构如图1c和图1d所示，表面贴有反光材料，获得反光效果。本实施例中单点定位手术器械采本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种单点定位手术器械，其特征在于，包括器械本体和感光标记物；器械本体为直线型杆状结构，沿轴向设置有尺寸刻度；感光标记物固定在器械本体末端或中下部，感光标记物上一对称轴线与器械本体轴线处于同一直线上。/n

【技术特征摘要】
1.一种单点定位手术器械，其特征在于，包括器械本体和感光标记物；器械本体为直线型杆状结构，沿轴向设置有尺寸刻度；感光标记物固定在器械本体末端或中下部，感光标记物上一对称轴线与器械本体轴线处于同一直线上。


2.根据权利要求1所述单点定位手术器械，其特征是，所述单点定位手术器械包括活检针、穿刺针。


3.根据权利要求1所述单点定位手术器械，其特征是，所述感光标记物为平板状或球状结构，表面贴有反光材料，获得反光效果。


4.一种标定工具，其特征在于，包括标定台，标定台上设有V型凹槽和三个参考标定物；沿长度方向，V型凹槽一端开放，一端设有挡板封闭，挡板用于对权利要求1-3任一项所述单点定位手术器械进行限位；三个参考标定物的几何中心位于同一平面上，形成三角形。


5.一种标定方法，其特征在于，基于权利要求4所述标定工具对单点定位手术器械进行标定，包括以下步骤：
S11，沿V型凹槽两斜面，将单点定位手术器械垂直插入，至单点定位手术器械刺入端与V型凹槽上挡板相抵，挡板与单点定位手术器械轴向垂直；之后在V型凹槽中转动单点定位手术器械，校验单点定位手术器械是否弯曲；对于检查合格未弯曲的单点定位手术器械，保持轴向位置不变，将其压紧在V型凹槽中；否则检查下一个单点定位手术器械，至找到...

【专利技术属性】
技术研发人员：王春慧，
申请(专利权)人：苏州理禾医疗技术有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32