【技术实现步骤摘要】
一种解决光学遮挡的手术导航装置及导航方法
[0001]本专利技术属于医疗器械
，具体涉及一种解决光学遮挡的手术导航装置以及导航方法。
技术介绍
[0002]近年来，计算机软硬件技术、空间定位技术、医学影像技术的飞速发展，使得手术导航系统可以应用在更多类型的外科手术中。手术导航系统根据患者术前采集的影像数据(MRI、CT等)重建手术部位的三维模型，该模型在术前协助医生制定手术方案，在术中向医生反馈手术器械与病灶的相对位置。
[0003]在传统的外科手术中，病患受到的创伤较大、恢复时间较长。微创外科手术通过轻微的创伤，将手术工具或药物送入人体中，进行一系列的外科手术操作，从而达到治疗的效果。与传统外科手术相比，微创手术具有创伤小、恢复时间短的特点。因此，微创外科手术逐渐被普及到更多类型的外科手术中。但是，微创外科手术也大大地增加了手术难度。现今，应用于临床的手术导航系统大多是基于光学跟踪方法的，这种基于光学跟踪的手术导航系统具有较高的跟踪精度。但是，一旦跟踪光线受到了遮挡，导航系统就会丢失内窥镜和手术工具的空间位置...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种解决光学遮挡的手术导航装置，其特征在于，包括：光学跟踪设备(d)；组合装置(a)，所述组合装置(a)包括被动式跟踪刚体(a1)、内窥镜(a2)以及相机(a3)，所述被动式跟踪刚体(a1)刚性固定于内窥镜(a2)尾端上方，相机(a3)刚性固定于内窥镜(a2)尾端下方；支架(c)；所述支架(c)尾端固定于手术部位附近的手术台上；以及棋盘标定板(b)；所述棋盘标定板(b)刚性固定于支架(c)顶端。2.基于权利要求1所述的一种解决光学遮挡的手术导航装置的导航方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：在手术前，分别需要获取以下变换矩阵：1)棋盘标定板(b)坐标系至相机(a3)坐标系的变换矩阵，记为并记录当前位姿下被动式跟踪刚体(a1)坐标系至世界坐标系的变换矩阵，记为相机(a3)的内参矩阵，记为M；2)被动式跟踪刚体(a1)坐标系至内窥镜(a2)坐标系的变换矩阵，记为3)被动式跟踪刚体(a1)坐标系至相机(a3)坐标系的变换矩阵，记为4)内窥镜(a2)坐标系至相机(a3)坐标系的变换矩阵，记为5)棋盘标定板(b)坐标系至世界坐标系的变换矩阵，记为步骤二：在手术中，将光学跟踪设备(d)捕获的内窥镜(a2)的位姿信息O与利用组合装置(a)捕获的内窥镜(a2)的位姿信息B修正后的位姿信息B
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输入扩展卡尔曼滤波器中，由扩展卡尔曼滤波器估计出较优的位姿信息，并以此作为内窥镜(a2)的跟踪结果；其中，当光学跟踪设备(d)的跟踪光线没有被遮挡时，扩展卡尔曼滤波器主要根据位姿信息O与修正后的位姿信息B
’
来估计出较优的位姿信息；当跟踪光线被遮挡时，扩展卡尔曼滤波器根据修正后的组合装置(a)捕获的内窥镜(a2)的位姿信息B'来估计出较优的位姿信息。3.根据权利要求2所述导航方法，其特征在于，步骤一中第1)条获取的变换矩阵的方法具体为：利用相机(a3)、被动式跟踪刚体(a1)、棋盘标定板(b)、光学跟踪设备(d)根据张正友标定法，获取相机(a3)的内参矩阵M与棋盘标定板(b)坐标系至相机(a3)坐标系的变换矩阵并通过光学跟踪设备(d)记录当前位姿下被动式跟踪刚体(a1)坐标系至世界坐标系的变换矩阵，记为4.根据权利要求2所述导航方法，其特征在于，步骤一中第2)条获取的变换矩阵的方法具体为：利用内窥镜(a2)、被动式跟踪刚体(a1)、棋盘标定板(b)、光学跟踪设备(d)根据手眼标定法，获取被动式跟踪刚体(a1)坐标系至内窥镜(a2)坐标系的变换矩阵，记为5.根据权利要求2所述导航方法，其特征在于，步骤一中第3)条获取的变换矩阵的方法具体为：
利用相机(a3)、被动式跟踪刚体(a1)、棋盘标定板(b)、光学跟踪设备(d)根据手眼标定法，获取被动式跟踪刚体(a1)坐标系至相机(a3)坐标系的变换矩阵6.根据权利要求2所述导航方法，其特征在于，步骤一中第4)条获取的变换矩阵的方法具体为：根据式(一)求得内窥镜(a2)坐标系至相机(a3)坐标系的变换矩阵根据式(一)求得内窥镜(a2)坐标系至相机(a3)坐标系的变换矩阵其中：为术前获得的的逆矩阵。7.根据权利要求2所述导航方法，其特征在于，步骤一中第5)条获取的变换矩阵的方法具体为根据公式(二)求解出棋盘标定板(b)坐标系至世界坐标系的变换矩阵根据公式(二)求解出棋盘标定板(b)坐标系至世界坐标系的变换矩阵其中：为术前获得的的逆矩阵。...
【专利技术属性】
技术研发人员：殷雷，蒋振刚，魏国栋，师为礼，许毅，李永辉，李岩芳，
申请(专利权)人：长春理工大学，
类型：发明
国别省市：
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