一种精确定位导航目标点的方法技术

本发明专利技术涉及一种精确定位导航目标点的方法，包括：选定一固定位置的导航参照物，分别获取所述导航参照物和导航目标点在导航坐标系下的位置，并计算出所述导航目标点相对于所述导航参照物的位置，进而得到所述导航目标点在导航参照物坐标系下的位置。在本发明专利技术中，只要导航参照物不动，那么在整个导航过程中，导航参照物坐标系也不会发生变化，导航目标点在导航参照物坐标系下的位置参数将不会受到导航坐标系干扰。坐标系干扰。坐标系干扰。

【技术实现步骤摘要】
一种精确定位导航目标点的方法


[0001]本专利技术涉及计算机辅助手术导航
，特别涉及一种精确定位导航目标点的方法。

技术介绍

[0002]在普通的胸腹部外科手术中，主刀医生通常将患者的胸腹部完全切开，通过肉眼或是触碰等手段直观感知待处理的病灶的位置、大小、形状、硬度等信息，从而可以直接对相应的病灶进行手术处理。
[0003]微创手术却并非如此，在普通的微创手术中，主刀医生并非完全切开患者的胸腹部直接面对病灶，而是通过腹腔镜、CT、超声、核磁等辅助手段来间接观察对应的病灶，之后采用一些特定的手段来对病灶进行处理，从而达到减轻手术痛苦、减少术后并发症、加快手术伤口愈合的目的。
[0004]但微创手术也有其弊端，其最大的弊端在于获取病灶信息的间接性，因此主刀医生在术中获取相应的病灶信息时存在各种局限。以胸腹部肿瘤消融术为例，主刀医生需要在将相应的消融针穿刺到病灶指定位置之后进行消融。而由于对应的病灶藏于体内，在微创手术中对主刀医生而言是肉眼不可直接见的，因此，很多时候都采用影像(例如CT等)与导航定位手段结合辅助引导的方式帮助医生进行消融针穿刺。在此过程中，必然存在建立一导航定位数据与影像数据映射的步骤。在通常的导航定位技术中，导航信息所在的坐标系通常是以指定导航硬件(如电磁导航技术中的电磁发生器、光学导航技术中的光学摄像机等)所在的位置为基础所建立，该方法存在映射精度极易被指定硬件的位置所影响等缺点，如导航过程中指定导航硬件发生略微的震动等因素，都将严重影响导航的精度。

技术实现思路
/>[0005]为了解决上述问题，本专利技术提供了一种精确定位导航目标点的方法，包括：选定一固定位置的导航参照物，分别获取所述导航参照物和导航目标点在导航坐标系下的位置，并计算出所述导航目标点相对于所述导航参照物的位置，进而得到所述导航目标点在导航参照物坐标系下的位置。
[0006]较佳地，所述导航目标点和导航参照物上均设有定位装置，空间观测设备获取所述导航参照物的实时位置和形状特征信息以及所述导航目标点的实时位置。
[0007]较佳地，所述空间观测设备实时获取在所述导航坐标系下的所述导航参照物的旋转四元数和空间位置坐标(Qo，Qx，Qy，Qz，Tx0，Ty0，Tz0)，以及所述导航目标点的位置坐标为(Tx1，Ty1，Tz1)；
[0008]基于四元数(Qo，Qx，Qy，Qz)计算出对应的旋转矩阵M；
[0009]将导航坐标系下的所述导航参照物位置参数(Tx0，Ty0，Tz0)以及所述导航目标点的位置参数(Tx1，Ty1，Tz1)分别与旋转矩阵M相乘，得到临时坐标系下所述导航参照物位置参数(Tx01，Ty01，Tz01)和所述导航目标点位置参数(Tx11，Ty11，Tz11)，其中，所述临时坐
标系的坐标原点与所述导航坐标系的原点重合，所述临时坐标系的坐标轴的方向与所述导航参照物的形状特征一致；
[0010]基于所述临时坐标系下的所述导航参照物位置参数(Tx01，Ty01，Tz01)和所述导航目标点位置参数(Tx11，Ty11，Tz11)，计算出所述导航参照物坐标系下的导航目标点位置坐标为(Tx11
‑
Tx01，Ty11
‑
Ty01，Tz11
‑
Tz01)。
[0011]较佳地，所述导航参照物固定在病人体表不动的地方或其他与病人身体相对位置固定的地方。
[0012]较佳地，所述导航坐标系的原点位置和坐标轴方向由导航硬件所确定。
[0013]较佳地，所述导航硬件为电磁导航技术中的电磁发生器或光学导航技术中的光学摄像机。
[0014]较佳地，用于胸腹部穿刺手术中。
[0015]较佳地，所述目标点为穿刺针。
[0016]较佳地，所述导航参照物的形状为十字形。
[0017]与现有技术相比，本专利技术存在以下技术效果：
[0018]在通常的导航手术如导航穿刺手术中，由于各种各样难以避免的因素，如人为误触或者轻微震动等，导航硬件经常发生一些难以察觉的偏移。而由于导航坐标系的原点及坐标轴方向通常与相应的导航硬件有关，正所谓失之毫厘，谬以千里，这些偏移通常容易导致导航位置存在较大误差，这将影响导航精度，进而增加医生手术难度并增加病人风险。使用本方法将能够避免该问题，不仅减少医生的手术难度，更能够提升手术精度，减少手术风险，从而保护患者。
附图说明
[0019]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。附图中：
[0020]图1为导航坐标系受干扰前后变化对比图；
[0021]图2为本专利技术提供的引入导航参照物坐标系来观测导航目标点，可以保证导航目标点的位置和方向读数不会因为导航坐标系发生改变的缘故而变化的示意图；
[0022]图3为本专利技术提供的导航目标点在导航参照物坐标系下的位置计算步骤图；
[0023]图4为本专利技术提供的计算导航参照物坐标系下的导航目标点位置的流程图；
[0024]图5为本专利技术提供的导航参照物外观以及对应坐标轴的示意图。
具体实施方式
[0025]在基于导航技术的CT影像引导下的胸腹部的穿刺手术中，导航坐标系的原点位置以及对应的坐标轴方向通常由指定的导航硬件(如电磁导航技术中的电磁发生器、光学导航技术中的光学摄像机等)所确定。而在手术过程中，通常会因为有些因素(例如人员的误触碰、各种因素所导致的导航硬件轻微震动等)导致对应导航硬件的位置和朝向发生改变，因此对应的导航坐标系也会随之发生改变，基于导航坐标系下的导航目标点的位置读数也
会发生显著改变，如图1所示。
[0026]假如存在一固定位置的导航参照物，将其固定于某处，且可以确保其位置朝向不会受到各种因素(例如前文所述之人员的误触碰、各种因素所导致的硬件轻微震动等)的影响，并确保其位置朝向与确定导航坐标系的导航硬件无关，另外，其位置以及形状特征可以被手术导航系统所观测识别。那么基于此可以计算出导航参照物在导航坐标系下的位置和形状方向，并基于此构建一导航参照物坐标系，基于此坐标系观测导航目标点，可以保证导航目标点的位置和方向读数不会因为导航坐标系发生改变的缘故而变化，如图2所示。
[0027]请参考图2，导航坐标系发生变化后，导航参照物在导航坐标系下的坐标位置也会发生变化，而导航目标点在导航坐标系下的坐标位置也会发生变化。但是，基于导航参照物和导航目标点分别在导航坐标系下的坐标位置数据，由此而推算出来的导航目标点相对于导航参照物的相对位置是不会发生变化的。因此，可以认为，只要导航参照物不动，那么在整个导航过程中，导航参照物坐标系也不会发生变化，导航目标点在导航参照物坐标系下的位置参数将不会受到导航坐标系干扰，而且该位置(导航目标点在导航参照物坐标系下的位置参数)与本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种精确定位导航目标点的方法，其特征在于，包括：选定一固定位置的导航参照物，分别获取所述导航参照物和导航目标点在导航坐标系下的位置，并计算出所述导航目标点相对于所述导航参照物的位置，进而得到所述导航目标点在导航参照物坐标系下的位置。2.如权利要求1所述的一种精确定位导航目标点的方法，其特征在于，所述导航目标点和导航参照物上均设有定位装置，空间观测设备获取所述导航参照物的实时位置和形状特征信息以及所述导航目标点的实时位置。3.如权利要求2所述的一种精确定位导航目标点的方法，其特征在于，所述空间观测设备实时获取在所述导航坐标系下的所述导航参照物的旋转四元数和空间位置坐标(Qo，Qx，Qy，Qz，Tx0，Ty0，Tz0)，以及所述导航目标点的位置坐标为(Tx1，Ty1，Tz1)；基于四元数(Qo，Qx，Qy，Qz)计算出对应的旋转矩阵M；将导航坐标系下的所述导航参照物位置参数(Tx0，Ty0，Tz0)以及所述导航目标点的位置参数(Tx1，Ty1，Tz1)分别与旋转矩阵M相乘，得到临时坐标系下所述导航参照物位置参数(Tx01，Ty01，Tz01)和所述导航目标点位置参数(Tx11，Ty11，Tz11)，其中，所述临时坐标系的坐标原点与所述导航坐标系的原点重合...

【专利技术属性】
技术研发人员：费岱，徐顺利，宫晓鹏，王玉，姚凤杰，
申请(专利权)人：上海导向医疗系统有限公司，
类型：发明
国别省市：