可转离式C形臂校准靶制造技术

一种医用工程技术领域的可转离式Ｃ形臂校准靶。本发明专利技术包括：主体框架、校准模板组件，主体框架上设有一个转轴，校准模板组件上设有对应的轴孔，主体框架和校准模板组件通过转轴、轴孔配合连接，装配后校准模板组件能绕该转轴相对于主体框架转动。本发明专利技术校准靶制备均采用现有成熟工艺。校准靶在模板组件转离Ｘ光视野时用于获取患者解剖图像，在模板组件转进Ｘ光视野时用于获取锥孔投影图像。校准靶主体选用锻铝材，部分零件选用不锈钢，采用锻造与常规切削工艺加工。新校准靶成本低、获取患者图像质量高、使导航系统性能发挥对图像处理算法健壮性依赖减少。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及的是一种医用工程
的器件，具体是一种可转离式C形臂校准靶。
技术介绍
临床医疗工程领域中存在多类计算机辅助外科手术导航系统，而基于C形臂X线透视图像的导航系统是其中的一类。C形臂校准靶是该类手术导航系统中的一个关键部件，它是导航系统实现C形臂位置跟踪、图像变形校正及C形臂相机校准功能所必需的工具，而这三项功能又是该类手术导航系统的关键技术，校准靶设计的优劣不仅直接影响靶体本身的制作成本，而切会影响手术导航系统的整体性能。校准靶随校准方案的不同而不同。导航系统可采用在线校准和离线校准两种方案。若采用在线校准方案，则上述的光学跟踪、变形校正、相机校准3项功能都必须在手术过程中现场实现，为了实现光学跟踪功能，校准靶上必须安装定位标记物；为了求取变形校正和相机校准参数，校准靶上必须按一定规律排列一定数目的标志物，用于在线校准方案的校准靶一般采用一体式结构。若采用离线校准方案，则系统分初始化和实际使用两个阶段。初始化阶段中对校准靶的要求与采用在线校准方案时一致。在实际使用阶段中另需一个与初始化阶段不同的靶体，该校准靶应可实现光学跟踪功能。现有的C形臂校准靶存在以下三个缺点制造成本高，处理后的患者解剖图像质量差，图像处理算法复杂、健壮性难以保证。经对现有技术的文献检索发现，Delia Soimu等在《computerized MedicalImaging and Graphics》(医学图像图形计算机处理，2003年27卷79-85)上发表的“A novel approach for distortion correction for X-ray imageintensifiers”(一种新颖的X线图像影像增强器变形校正方法)，该文中提出一种仅含一层割槽铝制模板的校准靶用于X线图像的变形校正，其不足在于该靶体仅能实现变形校正功能，而C形臂相机校准功能的实现还要依赖另一套复杂的专门用于校准的靶体，把本来顺序相连的变形校正功能和相机校准功能强行分离，操作过程繁琐，整体导航精度受两个靶体加工及安装精度影响大。Kevin T.Foley等在《Neurosurg Focus》(神经外科手术论坛，2001年10卷1-9)上发表的“Percutaneous pedicle screw fixation of the lumbar spine”(腰椎椎弓钉经皮植入)，该文采用含有双层校准模板的一体式校准靶用于实现在线校准方案中的变形校正与相机校准功能。其不足在于处理后的患者解剖图像质量差，部分标志物小球投影不能被去除而残留在解剖图像上与患者的解剖信息混淆，且越是解剖信息比较复杂的区域残留小球投影越多，影响了医生的判断。
技术实现思路
本专利技术克服了现有C形臂校准靶本身的缺点及其对导航系统整体性能的不良影响，提供一种可转离式C形臂校准靶，使其降低了校准靶本身的加工成本，提高了患者解剖图像的质量，降低了系统性能发挥对图像处理算法健壮性的依赖。本专利技术是通过以下技术方案实现的，本专利技术所述的可转离式C形臂校准靶，包括主体框架、校准模板组件，其中主体框架上设有一个转轴，校准模板组件上设有对应的轴孔。主体框架和校准模板组件通过转轴、轴孔配合连接，装配后校准模板组件可绕该转轴相对于主体框架转动。所述的主体框架，其主要部分为一鼓状结构，其上设有3个定位爪。其中两个固定定位爪直接安装在鼓状结构下缘上侧，另一个定位爪为可动定位爪，可沿固定在鼓状结构下缘上的径向槽滑动，可动定位爪的伸缩与定位通过旋在径向槽底端上的紧定螺杆实现。3个定位爪内侧面均为直径与匹配C形臂影像增强器外侧壁直径一致的圆柱面，该设计可保证鼓状结构与C形臂影像增强器之间的准确定位，而旋动紧定螺杆前推可动定位爪可实现鼓状结构在C形臂影像增强器上的可靠固定。所述的主体框架，在其鼓状结构下缘上设有一转轴，该转轴通过与校准模板组件上的轴孔配合来承载校准模板组件并使其可绕该转轴相对于主体框架转动。转轴与鼓状结构的连接部分设有一菱形定位销罩壳，该机构上设有内台阶通孔用于容纳弹簧与大锥度头定位销，该销用于固定校准模板组件与主体框架的相对位置。所述的主体框架，其鼓状结构上缘外侧圆柱面上及下缘外侧圆柱面上按一定的规律布置了一定数目的光学定位标记物。这里所指的光学定位标记物为红外反射球，红外反射球与主体框架之间通过小基台连接，红外反射球与小基台均由加拿大NDI公司(北方数码股份有限公司)作为Polaris光学立体定位跟踪系统配套产品提供。为了保证各小球的位置精度，主体框架上安装小基台处都设计成小平面。所述的校准模板组件，包括两层校准模板、用于承载校准模板的上下两个箍架以及用于定位与隔离两层校准模板的套筒。所述的上、下箍架，为两个扁平网球拍状结构，其上设有内凸缘用于把持两层校准模板，其一侧突出形成类似球拍柄的结构，该结构上设有通孔用于与主体框架上转轴配合。所述的上层校准模板，其为一薄板，其上设有规格一致的锥孔，锥孔采用正交方式排列；上层校准模板上边缘处沿圆周方向设有狭长槽，使得X线可通过第二层校准模板上的小孔投影成像而不至于受到第一层校准模板的遮挡。所述的下层校准模板，其为一个圆环上沿周向平均分布的若干个内伸脚，每个伸脚上都设有一个锥孔，伸脚的数目与布局与上层校准模板上的狭长槽的数目与布局对应。所述的套筒，其为一个薄壁筒，用于两层校准模板的隔离与相互位置确定。本专利技术校准靶用于在线校准方案，导航系统无需进行术前初始化；结构简单，采用常规工艺，材料易获得且价格适中，成本低；获取的患者解剖图像质量高；降低图像处理算法健壮性对导航系统性能的不良影响。附图说明图1为可转离式校准靶总体结构示意2为转轴结构示意3为定位销罩壳结构示意4为上箍架结构示意5为上层校准模板结构示意6为下层校准模板结构示意7伸脚及锥孔结构几何模型 具体实施例方式如图1所示，本专利技术校准靶由可绕轴相互转动的主体框架与校准模板组件两大主要部分组成，具体部件包括鼓状结构1、红外反射球2、固定定位爪3、可动定位爪滑槽4、可动定位爪5、紧定螺杆6、定位销罩壳7、固定螺母8、转轴9、上层校准模板10、下层校准模板11、下箍架12、上箍架13、套简14、铆钉15。其中，鼓状结构1、红外反射球2、固定定位爪3、可动定位爪5滑槽4、可动定位爪5、紧定螺杆6、定位销罩壳7、转轴9属于主体框架的组成。固定定位爪3通过螺钉固定在鼓状结构1的下缘上侧面上，可动定位爪5的末端为一圆柱形带缺口通槽，可动定位爪5滑槽4末端为一螺纹孔，孔内旋紧定螺杆6，其头部为一有颈球头，装配后该有颈球头应置于可动定位爪5末端的圆柱形通槽中，通过旋动紧定螺杆6可实现可动定位爪5的伸缩。3个定位爪内侧面均为直径与匹配C形臂影像增强器外侧壁直径一致的圆柱面，该设计可保证校准靶与C形臂影像增强器之间的准确定位，而旋动紧定螺杆6带动可动定位爪5前伸可实现校准靶在C形臂影像增强器上的可靠固定。定位销罩壳7通过转轴9的轴肩压紧在鼓状结构1的下端面上，定位销罩壳7内容弹簧及定位销。固定螺母8、上层校准模板10、下层校准模板11、下箍架12、上箍架13、套筒14、铆钉15属于校准模板组件的组成部分。其中上层校准模板10、下层校准模板11、上箍架13、下箍架12、套筒14通过铆钉15固本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可转离式Ｃ形臂校准靶，包括：主体框架、校准模板组件，其特征在于，主体框架上设有一个转轴（９），校准模板组件上设有对应的轴孔（２５），主体框架和校准模板组件通过转轴（９）、轴孔（２５）配合连接，装配后校准模板组件能绕转轴（９）相对于主体框架转动。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王成焘，闫士举，苏颖颖，钱理为，张建国，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]