手术导航系统和确定医疗器械尖端进针深度的方法技术方案

本发明专利技术公开了一种手术导航系统和确定医疗器械尖端进针深度的方法，系统包括：机械臂和手术器械，手术器械通过套筒连接在机械臂的末端；第一动态基准、第二动态基准和第三动态基准，分别固定设置在机械臂上、患者的手术部位、手术器械上；影像设备，用于在术前采集手术部位的医学图像；立体相机，用于采集影像设备、第一、第二、第三动态基准的图像；处理设备，用于确定手术器械尖端与第三动态基准的相对位置关系，并根据相对位置关系、医学图像、立体相机采集的图像确定手术器械的实时尖端位置，以及根据实时尖端位置得到手术器械的进针深度。该系统可实时跟踪手术器械深入患处的距离，以便确定是否到达预先设计的位置，从而可保证手术的精确性。术的精确性。术的精确性。

【技术实现步骤摘要】
手术导航系统和确定医疗器械尖端进针深度的方法


[0001]本专利技术涉及医疗
，尤其涉及一种手术导航系统和确定医疗器械尖端进针深度的方法。

技术介绍

[0002]目前，对于手术过程中的检测，相关技术中提出的骨科手术导航机器人、神经导航机器人都只是通过机械臂定位患处的位置和病灶方向，螺钉或者探针具体深入多少比较合适全凭医生手感以及尺子测量，误差较大。还有一些技术中提出的手术导航系统，手术过程中只是提供手术器械的实时位置，实际操作仍是全凭医生手感，无法保证手术的精度。

技术实现思路

[0003]本专利技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本专利技术的一个目的在于提出一种手术导航系统，以实现实时跟踪手术器械深入患处的距离，保证手术的精确性。
[0004]本专利技术的另一个目的在于提出一种确定医疗器械尖端进针深度的方法。
[0005]为达到上述目的，本专利技术第一方面实施例的手术导航系统，包括：
[0006]机械臂和手术器械，所述手术器械通过套筒连接在所述机械臂的末端；
[0007]第一动态基准、第二动态基准和第三动态基准，所述第一动态基准固定设置在所述机械臂上，所述第二动态基准固定设置在患者的手术部位，所述第三动态基准固定设置在所述手术器械上；
[0008]影像设备，用于在术前采集所述手术部位的医学图像；
[0009]立体相机，用于在所述影像设备采集所述医学图像时，采集所述影像设备、所述第一动态基准和所述第二动态基准的第一图像，以及在术中采集所述第一动态基准、所述第二动态基准和所述第三动态基准的实时图像；
[0010]处理设备，用于确定所述手术器械尖端与所述第三动态基准的相对位置关系，并根据所述相对位置关系、所述医学图像、所述第一图像和所述实时图像确定所述手术器械的实时尖端位置，以及根据所述实时尖端位置得到所述手术器械的进针深度。
[0011]为达到上述目的，本专利技术第二方面实施例的确定医疗器械尖端进针深度的方法，该方法为利用上述第一方面实施例的手术导航系统获取所述医疗器械尖端进针深度的方法。
[0012]根据本专利技术实施例的手术导航系统和确定医疗器械尖端进针深度的方法，通过在手术器械上固定一个第三动态基准，并通过立体相机采集该第三动态基准及第一、第二动态基准、影像设备的图像，通过处理设备处理立体相机采集的图像和影像设备采集的图像，可得到手术器械的实时尖端位置，进而可实时跟踪手术器械深入患处的距离，以便确定是否到达预先设计的位置，保证手术的精确性。
[0013]本专利技术附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变
得明显，或通过本专利技术的实践了解到。
附图说明
[0014]图1是本专利技术一个实施例的手术导航系统的结构示意图；
[0015]图2是本专利技术一个实施例的手术器械及套筒的示意图；
[0016]图3是本专利技术一个实施例的基台及手术器械的示意图。
[0017]附图标记：
[0018]100、手术导航系统，01、手术床；
[0019]1、机械臂，2手术器械，3、第二动态基准，4、第一动态基准，5、第三动态基准，6、影像设备，7、立体相机，8、处理设备，9、套筒，10、患者，11、第一标志，12、第二标志，13、基台，14、第四动态基准，15、基点；
[0020]O0x0y0z0、医学图像坐标系；O1x1y1z1、相机坐标系；O2x2y2z2、机械臂坐标系；O3x3y3z3、第一动态空间坐标系；O4x4y4z4、第二动态空间坐标系；O5x5y5z5、影像设备坐标系；O6x6y6z6、第三动态空间坐标系；O7x7y7z7、第四动态空间坐标系。
具体实施方式
[0021]下面详细描述本专利技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。
[0022]下面参考附图描述本专利技术实施例的手术导航系统。
[0023]图1是本专利技术一个实施例的手术导航系统的结构示意图。
[0024]如图1所示，手术导航系统100包括：机械臂1、手术器械2、第一动态基准4、第二动态基准3、第三动态基准5、影像设备6、立体相机7和处理设备8。
[0025]参见图1，手术器械2通过套筒9连接在机械臂1的末端；第二动态基准3固定设置在位于手术床01上患者10的手术部位(即病人患处)，第一动态基准4固定设置在机械臂1 上，第三动态基准5固定设置在手术器械2上。
[0026]作为一个可行的实施方式，套筒9包括至少两截套管(如1、2示出了两截套管)，第三动态基准5夹持在任意两相邻套管之间的手术器械2上。
[0027]具体地，手术器械2可以是可拆卸，在使用时可将手术器械2安装在机械臂1末端套筒9上后，将第三动态基准5夹持在手术器械2上，跟手术器械2保持刚性连接。以套筒 9包括两截套管为例，由于手术器械2中包含克氏针等材料，为了保持其刚性，可将套筒设计成图2所示，套筒9由两截套管构成，手术器械2固定在套管中后，两截套管中间部分可以保证其刚性，保证手术器械2在进入人体过程中的刚度。第三动态基准5可夹持在两截套管中间靠上的部分,这样设置便于将第三动态基准5设置在手术器械2，当手术器械到达手术部位附近时，不管是由机械臂1继续操作将手术器械穿入人体，还是有医生手动操作，将带有第三动态基准5的手术器械2穿入人体(手术器械2和第三动态基准5相对机械臂1向人体运动)，都可以保证手术器械2的刚度，以及手术器械2和将第三动态基准 5连接的稳定性。手术器械2和第三动态基准5固定好以后，可通过手动测量或实验得到手术器械2尖端与第三动态基准5的相对位置关系，以便后续手术器械2的实时尖端位置的计算。
[0028]需要说明的是，第三动态基准5在手术器械2上的安装位置可在一定范围内随意调整，由此可减少使用过程中的安装难度。可设置第三动态基准5和/或手术器械2均可拆卸，进而其可经消毒后重复使用，且不需要每个手术器械2上都配置一个第三动态基准5，降低了设备成本。
[0029]在该实施例中，影像设备6用于在术前采集手术部位的医学图像。立体相机7用于在影像设备6采集医学图像时，采集影像设备6、第一动态基准4和第二动态基准3的第一图像，以及在术中采集第一动态基准4、第二动态基准3和第三动态基准5的实时图像。处理设备8用于确定手术器械2尖端与第三动态基准5的相对位置关系，并根据相对位置关系、医学图像、第一图像和实时图像确定手术器械2的实时尖端位置，以及根据实时尖端位置得到手术器械2的进针深度。
[0030]具体地，参见图1，影像设备6上可设有至少三个不共线的第一标志11，第一标志11 用于建立影像设备坐标系。第一动态基准4、第二动态基准3、第三动态基准5上均设有至少三个不共线的第二标志12，各第二标志12分别用于建立相应的第一动本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种手术导航系统，其特征在于，包括：机械臂和手术器械，所述手术器械通过套筒连接在所述机械臂的末端；第一动态基准、第二动态基准和第三动态基准，所述第一动态基准固定设置在所述机械臂上，所述第二动态基准固定设置在患者的手术部位，所述第三动态基准固定设置在所述手术器械上；影像设备，用于在术前采集所述手术部位的医学图像；立体相机，用于在所述影像设备采集所述医学图像时，采集所述影像设备、所述第一动态基准和所述第二动态基准的第一图像，以及在术中采集所述第一动态基准、所述第二动态基准和所述第三动态基准的实时图像；处理设备，用于确定所述手术器械尖端与所述第三动态基准的相对位置关系，并根据所述相对位置关系、所述医学图像、所述第一图像和所述实时图像确定所述手术器械的实时尖端位置，以及根据所述实时尖端位置得到所述手术器械的进针深度。2.如权利要求1所述的手术导航系统，其特征在于，所述手术导航系统还包括基台和第四动态基准，所述第四动态基准固定设置在所述基台上；其中，所述立体相机还用于在所述手术器械尖端卡在所述基台的基点上时，采集所述第三动态基准、所述第四动态基准的第二图像；所述处理设备具体用于根据所述第二图像确定所述手术器械尖端与所述第三动态基准的相对位置关系。3.如权利要求1所述的手术导航系统，其特征在于，所述处理设备还用于：根据所述医学图像、所述第一图像和所述实时图像确定所述手术器械需要到达的病灶位置和病灶方向。4.如权利要求3所述的手术导航系统，其特征在于，所述处理设备还用于：根据所述尖端位置、所述病灶位置和病灶方向对所述机械臂进行控制。5.如权利要求3所述的手术导航系统，其特征在于，所述处理设备在得到所述病灶位置和病灶方向时，具体用于：获取第一动态空间坐标系到机械臂坐标系的第一旋转平移矩阵，根据所述第一图像得到第二动态空间坐标系到相机坐标系的第二旋转平移矩阵和影像设备坐标系到所述相机坐标系的第三旋转平移矩阵，根据所述实时图像得到所述第一动态空间坐标系到所述相机坐标系的第四旋转平移矩阵和所述第二动态空间坐标系到所述相机坐标系的第五旋转平移矩阵，根据所述医学图像得到所述影像设备坐标系到医学图像坐标系的第六旋转平移矩阵，其中，所述第一动态空间坐标系为所述第一动态基准所确定的坐标系，所述机械臂坐标系为所述机械臂所确定的坐标系，所述第二动态空间坐标系为所述第二动态基准所确定的坐标系，所述相机坐标系为所述立体相机所确定的坐标系，所述影像设备坐标系为所述影像设备所确定的坐标系，所述医学图像坐标系为所述医学图像所述确定的坐标系；根据所述医学图像得到所述医学图像坐标系中患处位置坐标和患处入针方向；根据所述第二旋转平移矩阵、所述第三旋转平移矩阵、所述第六旋转平移矩阵，得到所述医学图像坐标系到所述第二动态空间坐标系的第七旋转平移矩阵；根据所述第一旋转平移矩阵、所述第四旋转平移矩阵、所述第五旋转平移矩阵、所述第七旋转平移矩阵，得到所述医学图像坐标系到所述机械臂坐标系的第八旋转平移矩阵；
根据所述第八旋转平移矩阵、所述患处位置坐标、所述患处入针方向，得到所述机械臂坐标系中所述病灶位置和病灶方向。6.如权利要求5所述的手术导航系统，其特征在于，所述处理设备在得到所述第七旋转平移矩阵时，具体用于：根据所述第六旋转平移矩阵得到所述医学图像坐标系到所述影像设备坐标系的第九旋转平移矩阵；根据所述第三旋转平移矩阵和所述第九旋转平移矩阵得到所述医学图像坐标系到所述相机坐标系的第十旋转平移矩阵；根据所述第二旋转平移矩阵得到所述相机坐标系到所述第二动态空间坐标系的第十一旋转平移矩阵；根据所述第十旋转平移矩阵和所述第十一旋转平移矩阵得到所述第七旋转平移矩阵。7.如权利要求6所述的手术导航系统，其特征在于，所述处理设备在得到所述第八旋转平移矩阵时，具体用于：根据所述第四旋转平移矩阵...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋诚谦，蔡广杰，叶泽群，唐运先，
申请(专利权)人：合肥美亚光电技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：