一种用于数字化手术导航系统的定位配准装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种用于数字化手术导航系统的定位配准装置和方法，其可简化口腔牙科手术前的导航配准环节，缩短手术时间，改善病人和医生的手术体验；其通过连接杆与牙颌参考定位器相连接，所述定位配准装置包括壳体，所述壳体的上表面上布置有配准标记点，所述壳体的下表面为内凹形结构，所述壳体上开设有安装口，所述连接杆一端通过插装入所述安装口与所述壳体相连接，所述壳体的内凹口内填充有印膜填充物。填充物。填充物。

【技术实现步骤摘要】
一种用于数字化手术导航系统的定位配准装置和方法


[0001]本专利技术涉及外科手术定位配准
，具体为一种用于数字化手术导航系统的定位配准装置和方法。

技术介绍

[0002]在现代的在口腔牙齿修复、种植等手术中，为了提高手术的精准度和成功率，通常会采用数字化手术导航系统作为辅助；数字化手术导航系统是先通过拍摄病人头部CT影像，并将病人CT影像导入到计算机软件中进行手术方案设计，且在手术前通过在牙齿上佩戴配准装置、固定装置、牙颌参考定位器将病人牙颌实时配准到导航仪坐标系中，随后在手术过程中通过导航仪实时定位以实现手术导航；上述方式虽然能够实现手术导航，但是传统方法配准装置和牙颌参考定位器的固定装置是两个部件，病人在手术中的一段时间内需要同时佩戴这两个装置，病人会感到一定的不适，且在进行配准时，往往需要在病人躺在手术台上后，医生将配准装置佩戴到病人口中才可进行口内配准，而此时由于导航仪的视野被人的脸部组织遮挡无法看到配准，故无法直接定位配置装置，只能通过其他可以被导航仪看见的器械的尖端，来逐一触碰配准装置上的标记点进行位置采集后才能得出配准装置的位置，从而计算出各个坐标系配准的结果，配准过程耗时较长(通常大于等于5分钟)，这对病人的就医体验和医生的手术便利性有一定的不良影响。

技术实现思路

[0003]针对上述问题，本专利技术提供了一种用于数字化手术导航系统的定位配准装置和方法，其可简化口腔牙科手术前的导航配准环节，缩短手术时间，改善病人和医生的手术体验。
[0004]其技术方案是这样的：一种用于数字化手术导航系统的定位配准装置，其通过连接杆与牙颌参考定位器相连接，其特征在于：所述定位配准装置包括壳体，所述壳体的上表面上布置有配准标记点，所述壳体的下表面为内凹形结构，所述壳体上开设有安装口，所述连接杆一端通过插装入所述安装口与所述壳体相连接，所述壳体的内凹口内填充有印膜填充物。
[0005]进一步地，所述配准标记点的材质为高反光材质；
[0006]进一步地，所述配准标记点至少有三个，且分散布置于所述壳体的上表面上；
[0007]进一步地，所述印膜填充物采用温敏树脂或硅橡胶；
[0008]一种用于数字化手术导航系统的定位配准方法，其特征在于：其包括以下步骤：
[0009]S1、首先，在手术前，将印模填充物填充到壳体的内凹口内，并在所述印模填充物固化前将定位配准装置佩戴到病人牙齿上，待所述印模填充物固化后进行拍摄CT，随后将所述定位配准装置从病人口中取出，并将CT图像导入导航系统中进行手术方案设计，从而确定需要实施手术的牙位和所述定位配准装置在CT中的位置；
[0010]S2、然后，在手术前，将所述定位配准装置与牙颌参考定位器组装在一起，形成牙
颌参考定位器组，将所述牙颌参考定位器组面向导航仪，并通过所述导航系统完成所述牙颌参考定位器的坐标系和CT坐标系的配准；
[0011]S3、开始手术时，将所述定位配准装置再次佩戴到病人口，佩戴位置保持与拍摄CT时一致，使得CT坐标系与病人坐标系基本重合；
[0012]S4、在手术过程中，医生使用带有特征标记的手术器械进行手术，通过所述导航系统得到所述手术器械的尖端点在所述导航仪坐标系中的位置，并将该坐标位置转换到CT坐标系；
[0013]S5、所述导航系统将目标手术牙位在CT坐标系中的位置和所述手术器械的尖端点在CT坐标系中的实时位置进行对比，并在所述导航系统的软件界面上显示导航提示信息，从而指导医生正确操作手术器械。
[0014]进一步地，在所述步骤S1中，需要实施手术的牙位在CT中的位置，记为ToothPosCT＝(x
ct
,y
ct
,z
ct
)；所述定位配准装置的所有配准标记点在CT图像中的灰度值与人体组织会有明显的区别，通过图像处理，对该区域的图像进行边缘提取以获取所有配准标记点在CT中的位置，记为MposCT＝{(x
j
,y
j
,z
j
)|j＝1,2,
…
m}，其中，m为配准标记点的个数；
[0015]进一步地，在所述步骤S2中，将所述牙颌参考定位器组面向所述导航仪，采集n组所述牙颌参考定位器在所述导航仪中的变换矩阵以及所述定位配准装置的所有m个配准标记点在所述导航仪中的位置坐标，记为(T
a1
,MPosNav1)，(T
a2
,MPosNav2)
…
(T
an
,MPosNav
n
)，
[0016]其中：T
ai
，i＝1,2,
…
n，表示牙颌参考定位器在导航仪中的变换矩阵，为4行4列的矩阵；
[0017]MPosNav
i
＝{[MPx
ji
,MPy
ji
,MPz
ji
]T
|j＝1,2,..m}：表示所述定位配准装置的所有m个配准标记点在所述导航仪中的三维坐标的集合；
[0018]通过公式计算得到所述定位配准装置的第j个配准标记点在所述牙颌参考定位器坐标系的位置MPosRef
j
，MPosRef
j
为MPosRefTemp
j
的前三个元素组成的3行1列的矩阵；定义MposRef为{MPosRef
j
|j＝1,2,
…
m}，表示所述定位配准装置的m个配准标记点在牙颌参考定位器坐标系中的位置集合；随后通过点云配准算法，将MposRef配准到MposCT，得到牙颌参考定位器坐标系到CT坐标系变换矩阵T1；
[0019]进一步地，在所述步骤S4中，通过所述导航仪对所述牙颌参考定位器和手术器械进行定位，将所述牙颌参考定位器在所述导航仪中的实时变换矩阵记为T2，将所述手术器械在所述导航仪中的实时变换矩阵记为T3，并通过公式TipPosCT＝T1×
(T
2-1
×
(T3×
TipPosTool))，计算得到手术器械尖端点在CT坐标系中的实时位置TipPosCT，其中，TipPosTool表示手术器械尖端点在手术器械坐标系中的位置。
[0020]本专利技术的有益效果是，定位配准装置上集成了配准标记点和牙颌参考定位器的安装口，在手术前病人佩戴定位配准装置进行拍摄CT，将CT导入导航系统的软件中进行手术方案设计，在手术前将定位配准装置与牙颌参考定位器组装在一起后可以直接在病人口外完成配准装置和牙颌参考定位器的坐标系配准，可以减少医生手术时配准环节的时间和操作，改善了医生和患者使用数字化导航系统的体验，且相比传统方案中分别需要配准装置和固定装置，本专利技术可以省去额外的固定装置，简化手术的过程，降低了产品成本，也提高
了用户使用的便捷性。
附图说明
[0021]图1是本专利技术的立体结构示意图；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于数字化手术导航系统的定位配准装置，其通过连接杆与牙颌参考定位器相连接，其特征在于：所述定位配准装置包括壳体，所述壳体的上表面上布置有配准标记点，所述壳体的下表面为内凹形结构，所述壳体上开设有安装口，所述连接杆一端通过插装入所述安装口与所述壳体相连接，所述壳体的内凹口内填充有印膜填充物。2.根据权利要求1所述的一种用于数字化手术导航系统的定位配准装置，其特征在于：所述配准标记点的材质为高反光材质。3.根据权利要求1所述的一种用于数字化手术导航系统的定位配准装置，其特征在于：所述配准标记点至少有三个，且分散布置于所述壳体的上表面上。4.根据权利要求1所述的一种用于数字化手术导航系统的定位配准装置，其特征在于：所述印膜填充物采用温敏树脂或硅橡胶。5.一种用于数字化手术导航系统的定位配准方法，其特征在于：其包括如权利要求1～4任一所述的一种用于数字化手术导航系统的定位配准装置，所述定位配准方法包括以下步骤：S1、首先，在手术前，将印模填充物填充到壳体的内凹口内，并在所述印模填充物固化前将定位配准装置佩戴到病人牙齿上，待所述印模填充物固化后进行拍摄CT，随后将所述定位配准装置从病人口中取出，并将CT图像导入导航系统中进行手术方案设计，从而确定需要实施手术的牙位和所述定位配准装置在CT中的位置；S2、然后，在手术前，将所述定位配准装置与牙颌参考定位器组装在一起，形成牙颌参考定位器组，将所述牙颌参考定位器组面向导航仪，并通过所述导航系统完成所述牙颌参考定位器的坐标系和CT坐标系的配准；S3、开始手术时，将所述定位配准装置再次佩戴到病人口，佩戴位置保持与拍摄CT时一致，使得CT坐标系与病人坐标系基本重合；S4、在手术过程中，医生使用带有特征标记的手术器械进行手术，通过所述导航系统得到所述手术器械的尖端点在所述导航仪坐标系中的位置，并将该坐标位置转换到CT坐标系；S5、所述导航系统将目标手术牙位在CT坐标系中的位置和所述手术器械的尖端点在CT坐标系中的实时位置进行对比，并在所述导航系统的软件界面上显示导航提示信息，从而指导医生正确操作手术器械。6.根据权利要求5所述的一种用于数字化手术导航系统的定位配准方法，其特征在于：在所述步骤S1中，需要实施手术的牙位在CT中的位置，记为ToothPosCT＝(x
ct
,y
ct
,z
ct
)；所述定位配准装置的所有配准标记点在CT图像中的灰度值与人体组织会有明显的区别，通过图像处理，对该区域的图像进行边缘提取以获取所有配准标记点在CT中的位置，记为MposCT＝{(x

【专利技术属性】
技术研发人员：章征贵，陈云，雷业新，谢韬，卢曙光，
申请(专利权)人：苏州迪凯尔医疗科技有限公司，
类型：发明
国别省市：