颅骨微孔的测量系统技术方案

本发明专利技术实施例提供一种颅骨微孔的测量系统，涉及手术机器人技术领域，包括双目视觉系统和植入系统；所述双目视觉系统，用于确定至少一个植入微孔在基准相机坐标系中的参考表面中心位置，并将所述至少一个植入微孔的参考表面中心位置发送至所述植入系统；所述植入系统，用于获取所述至少一个植入微孔在颅骨坐标系中的第一表面中心位置和颅骨孔道方向向量，并基于所述至少一个植入微孔的所述参考表面中心位置、所述至少一个植入微孔的所述第一表面中心位置和颅骨孔道方向向量，确定所述至少一个植入微孔在所述基准相机坐标系中的实际表面中心位置和实际颅骨孔道方向向量。本发明专利技术实现了对颅骨微孔的测量。实现了对颅骨微孔的测量。实现了对颅骨微孔的测量。

【技术实现步骤摘要】
颅骨微孔的测量系统


[0001]本专利技术涉及手术机器人
，尤其涉及一种颅骨微孔的测量系统。

技术介绍

[0002]侵入式脑机接口需要将柔性电极植入大脑的目标脑区，以采集大脑神经元的电信号和对大脑神经元产生电刺激。相比于基于颅窗的柔性电极植入手术，基于颅骨微孔通道的柔性电极植入手术所带来的创伤更小。颅骨微孔的直径在百微米级，单个微孔可以植入一根柔性电极，如果需要植入多根柔性电极，则需要利用激光技术在颅骨上打穿多个微孔，形成微孔阵列。
[0003]在柔性电极植入前，首先需要精确测量各个微孔的表面中心位置与颅骨孔道的轴线方向；然后才能将植入针沿着颅骨孔道植入脑组织。微孔的表面中心位置可以从外界观测到，但由于颅骨孔道在颅骨组织内部，无法从外界直接观测，所以颅骨孔道的轴线方向的测量，是一个难以解决的问题。
[0004]因此，现在亟需一种颅骨微孔的测量系统来解决上述问题。

技术实现思路

[0005]针对现有技术中的问题，本专利技术实施例提供一种颅骨微孔的测量系统。
[0006]具体地，本专利技术实施例提供了以下技术方案：
[0007]第一方面，本专利技术实施例提供了一种颅骨微孔的测量系统，包括双目视觉系统和植入系统；
[0008]所述双目视觉系统，用于确定至少一个植入微孔在基准相机坐标系中的参考表面中心位置，并将所述至少一个植入微孔的参考表面中心位置发送至所述植入系统；
[0009]所述植入系统，用于获取所述至少一个植入微孔在颅骨坐标系中的第一表面中心位置和颅骨孔道方向向量，并基于所述至少一个植入微孔的所述参考表面中心位置、所述至少一个植入微孔的所述第一表面中心位置和颅骨孔道方向向量，确定所述至少一个植入微孔在所述基准相机坐标系中的实际表面中心位置和实际颅骨孔道方向向量。
[0010]根据本专利技术提供的颅骨微孔的测量系统，所述植入系统，还用于基于所述至少一个植入微孔在所述基准相机坐标系中的实际表面中心位置和实际颅骨孔道方向向量控制针状工具将柔性电极植入至每个植入微孔中。
[0011]根据本专利技术提供的颅骨微孔的测量系统，还包括激光打孔系统和植入手术规划系统；
[0012]所述植入手术规划系统，用于生成所述目标颅骨上激光打孔的空间规划信息，并将所述空间规划信息发送至所述激光打孔系统和所述植入系统；所述空间规划信息包括每个植入微孔在所述颅骨坐标系中的第一表面中心位置和颅骨孔道方向向量；
[0013]所述激光打孔系统，用于基于每个植入微孔的第一表面中心位置和颅骨孔道方向向量在目标颅骨上进行打孔，得到所述目标颅骨上的多个植入微孔。
[0014]根据本专利技术提供的颅骨微孔的测量系统，所述激光打孔系统，具体用于基于每个植入微孔的第一表面中心位置和颅骨孔道方向向量，控制打孔激光束穿过所述目标颅骨上每个植入微孔的第一表面中心位置，且控制所述打孔激光束的方向与每个植入微孔的颅骨孔道方向平行，得到所述目标颅骨上的多个植入微孔。
[0015]根据本专利技术提供的颅骨微孔的测量系统，所述双目视觉系统包括运动平台、以及设置在所述运动平台上的第一相机和第二相机，所述第一相机和所述第二相机上均安装有显微镜头；
[0016]所述第一相机的光轴和所述第二相机的光轴形成夹角，且所述第一相机的显微镜头靠近所述第二相机的显微镜头，以使所述第一相机和所述第二相机具有共同视野的夹角。
[0017]根据本专利技术提供的颅骨微孔的测量系统，所述运动平台，用于调整所述第一相机和所述第二相机的位置，使得目标植入微孔进入所述第一相机和所述第二相机的共同视野，并获取所述运动平台的当前位置；
[0018]所述第一相机，用于采集所述目标颅骨上的所述目标植入微孔的第一图像，并将所述第一图像发送至所述运动平台；
[0019]所述第二相机，用于采集所述目标颅骨上的所述目标植入微孔的第二图像，并将所述第二图像发送至所述运动平台；
[0020]所述运动平台，还用于基于所述运动平台的当前位置、所述第一图像和所述第二图像确定所述目标植入微孔在所述基准相机坐标系中的参考表面中心位置。
[0021]根据本专利技术提供的颅骨微孔的测量系统，所述运动平台，具体用于基于所述第一图像确定所述目标植入微孔在所述第一图像中的第一表面中心坐标，基于所述第二图像确定所述目标植入微孔在所述第二图像中的第二表面中心坐标；
[0022]所述运动平台，还具体用于基于所述第一表面中心坐标、所述第二表面中心坐标、所述第一相机的参数和所述第二相机的参数确定所述目标植入微孔在当前相机坐标系中的第二表面中心位置，并基于所述第二表面中心位置、所述运动平台到第一相机之间的第一旋转变换矩阵、以及所述运动平台的当前位置确定所述目标植入微孔在所述基准相机坐标系中的参考表面中心位置；所述基准相机坐标系为在所述运动平台位于基准位置时以所述第一相机的光心或者所述第二相机的光心作为原点的坐标系，所述当前相机坐标系为所述第一相机和所述第二相机移动后对应的坐标系。
[0023]根据本专利技术提供的颅骨微孔的测量系统，所述植入系统，具体用于基于所述至少一个植入微孔的所述参考表面中心位置和所述至少一个植入微孔的所述第一表面中心位置，确定所述颅骨坐标系到所述基准相机坐标系的第二旋转变换矩阵和平移向量；
[0024]所述植入系统，还具体用于基于所述第二旋转变换矩阵和所述平移向量，对所述至少一个植入微孔在所述颅骨坐标系中的第一表面中心位置和颅骨孔道方向向量进行坐标变换，得到目标颅骨上的所述至少一个植入微孔在所述基准相机坐标系中的实际表面中心位置和实际颅骨孔道方向向量。
[0025]根据本专利技术提供的颅骨微孔的测量系统，所述植入系统，还具体用于获取所述针状工具的针尖轴线在所述基准相机坐标系中的方向向量；
[0026]所述植入系统，还具体用于基于第三旋转变换矩阵、所述方向向量和所述实际颅
骨孔道方向向量，控制所述针状工具进行旋转，使得所述针状工具的轴线与对应植入微孔的实际颅骨孔道方向平行，并控制所述针状工具的末端位置，使所述柔性电极穿过对应植入微孔的实际表面中心位置；所述第三旋转变换矩阵为所述基准相机坐标系到所述植入系统的坐标系的旋转变换矩阵。
[0027]根据本专利技术提供的颅骨微孔的测量系统，所述激光打孔系统，还用于在所述目标颅骨上设置多个非植入微孔；所述非植入微孔未穿透所述目标颅骨的骨层。
[0028]本专利技术实施例的提供颅骨微孔的测量系统，双目视觉系统将确定的至少一个植入微孔在基准相机坐标系中的参考表面中心位置发送至植入系统，由植入系统基于至少一个植入微孔在基准相机坐标系中的参考表面中心位置、获取的至少一个植入微孔的第一表面中心位置和颅骨孔道方向向量，确定至少一个植入微孔在基准相机坐标系中的实际表面中心位置和实际颅骨孔道方向向量。可知，本专利技术可基于植入微孔在颅骨坐标系中的表面中心位置和颅骨孔道方向向量、以及植入微孔在基准相机坐标系中的参考表面中心位置，确定植入微孔在基准相机坐标系中的实际表面中心位置和实际颅骨孔道方本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种颅骨微孔的测量系统，其特征在于，包括双目视觉系统和植入系统；所述双目视觉系统，用于确定至少一个植入微孔在基准相机坐标系中的参考表面中心位置，并将所述至少一个植入微孔的参考表面中心位置发送至所述植入系统；所述植入系统，用于获取所述至少一个植入微孔在颅骨坐标系中的第一表面中心位置和颅骨孔道方向向量，并基于所述至少一个植入微孔的所述参考表面中心位置、所述至少一个植入微孔的所述第一表面中心位置和颅骨孔道方向向量，确定所述至少一个植入微孔在所述基准相机坐标系中的实际表面中心位置和实际颅骨孔道方向向量。2.根据权利要求1所述的颅骨微孔的测量系统，其特征在于，所述植入系统，还用于基于所述至少一个植入微孔在所述基准相机坐标系中的实际表面中心位置和实际颅骨孔道方向向量控制针状工具将柔性电极植入至每个植入微孔中。3.根据权利要求1所述的颅骨微孔的测量系统，其特征在于，还包括激光打孔系统和植入手术规划系统；所述植入手术规划系统，用于生成目标颅骨上激光打孔的空间规划信息，并将所述空间规划信息发送至所述激光打孔系统和所述植入系统；所述空间规划信息包括每个植入微孔在所述颅骨坐标系中的第一表面中心位置和颅骨孔道方向向量；所述激光打孔系统，用于基于每个植入微孔的第一表面中心位置和颅骨孔道方向向量在目标颅骨上进行打孔，得到所述目标颅骨上的多个植入微孔。4.根据权利要求3所述的颅骨微孔的测量系统，其特征在于，所述激光打孔系统，具体用于基于每个植入微孔的第一表面中心位置和颅骨孔道方向向量，控制打孔激光束穿过所述目标颅骨上每个植入微孔的第一表面中心位置，且控制所述打孔激光束的方向与每个植入微孔的颅骨孔道方向平行，得到所述目标颅骨上的多个植入微孔。5.根据权利要求1所述的颅骨微孔的测量系统，其特征在于，所述双目视觉系统包括运动平台、以及设置在所述运动平台上的第一相机和第二相机，所述第一相机和所述第二相机上均安装有显微镜头；所述第一相机的光轴和所述第二相机的光轴形成夹角，且所述第一相机的显微镜头靠近所述第二相机的显微镜头，以使所述第一相机和所述第二相机具有共同视野的夹角。6.根据权利要求5所述的颅骨微孔的测量系统，其特征在于，所述运动平台，用于调整所述第一相机和所述第二相机的位置，使得目标植入微孔进入所述第一相机和所述第二相机的共同视野，并获取所述运动平台的当前位置；所述第一相机，用于采集所述目标颅骨上的所述目标植入微孔的第一图像，并将所述第一图像发送至所述运动平台；所述第二相机，用于采集...

【专利技术属性】
技术研发人员：秦方博，余山，韩新勇，
申请(专利权)人：中国科学院自动化研究所，
类型：发明
国别省市：