本发明专利技术提供一种无植入钉和粘贴物的颅脑激光开孔导航装置及方法，该装置包括：上颚牙套支架、光电跟踪仪和激光器；上颚牙套支架包括牙套、支架和多个标记球；牙套用于贴合目标对象的牙齿咬合面；多个标记球用于确定影像坐标系和光电跟踪仪坐标系之间的坐标转换关系；坐标转换关系用于将影像坐标系下的目标颅脑开孔路径转换为光电跟踪仪坐标系下的颅脑开孔路径矢量；光电跟踪仪用于确定光电跟踪仪坐标系下的颅脑位姿变化量；激光器用于基于颅脑开孔路径矢量和颅脑位姿变化量，进行激光器光轴与目标颅脑开孔路径之间的位姿对准。本发明专利技术提供的无植入钉和粘贴物的颅脑激光开孔导航装置及方法，实现激光器光轴和开孔规划路径的位姿对准与实时跟踪。位姿对准与实时跟踪。位姿对准与实时跟踪。
【技术实现步骤摘要】
无植入钉和粘贴物的颅脑激光开孔导航装置及方法
[0001]本专利技术涉及医疗器械
，尤其涉及一种无植入钉和粘贴物的颅脑激光开孔导航装置及方法。
技术介绍
[0002]植入式脑机接口系统将电极植入颅脑，可实现对特定区域的神经元精准读写。因此，植入式脑机接口系统被应用于脑科学研究和重大脑疾病诊治。现有植入式脑机接口系统构建时需要打开颅骨后将电极植入颅脑，手术创伤较大，且存在出血和感染风险。因此，可通过激光在颅脑上开微孔，将电极沿微孔植入颅脑，降低植入手术的风险。
[0003]现有植入式脑机接口系统应用存在如下问题：
[0004](1)在颅脑上打入金属钉的方法会造成颅脑损伤，在皮肤上粘贴的标记物容易随皮肤移动或脱落，使得扫描影像数据和手术两个时刻位姿发生变化，导致医学影像和物理空间的配准时存在较大误差。
[0005](2)现有基于特征点的空间配准精度与金属钉或粘贴标记物位置有关，标记物越靠近颅脑开孔区域开孔精度越高。现有基于特征点的颅脑配准方法大多在额头、鼻翼和耳后固定标记物，特征点距离颅脑开孔位置较远，导致空间配准精度较低。
技术实现思路
[0006]本专利技术提供一种无植入钉和粘贴物的颅脑激光开孔导航装置及方法，用以解决现有技术中植入式脑机接口系统应用时空间配准精度较低的技术问题。
[0007]本专利技术提供一种无植入钉和粘贴物的颅脑激光开孔导航装置，包括：
[0008]上颚牙套支架、光电跟踪仪和激光器；
[0009]所述上颚牙套支架包括牙套、支架和多个标记球；
[0010]所述牙套和所述支架固定连接，所述牙套用于贴合目标对象的牙齿咬合面；
[0011]所述支架设有通孔区域，所述通孔区域与颅脑开孔区域相对设置；
[0012]所述多个标记球位于所述支架上，且围绕所述通孔区域设置；
[0013]所述多个标记球用于确定影像坐标系和光电跟踪仪坐标系之间的坐标转换关系；所述坐标转换关系用于将所述影像坐标系下的目标颅脑开孔路径转换为所述光电跟踪仪坐标系下的颅脑开孔路径矢量；
[0014]所述光电跟踪仪用于确定所述光电跟踪仪坐标系下的颅脑位姿变化量；
[0015]所述激光器用于基于所述颅脑开孔路径矢量和所述颅脑位姿变化量，进行激光器光轴与所述目标颅脑开孔路径之间的位姿对准。
[0016]在一些实施例中，所述装置还包括：颅骨放置平台；
[0017]所述颅骨放置平台用于放置所述上颚牙套支架；
[0018]其中，所述颅骨放置平台绕x轴旋转或沿x轴平移，或者是绕y轴旋转或沿y轴平移；所述激光器沿z轴平移。
[0019]本专利技术还提供一种无植入钉和粘贴物的颅脑激光开孔导航方法，应用于如上所述的无植入钉和粘贴物的颅脑激光开孔导航装置，所述上颚牙套支架中的牙套与目标对象的上颌牙贴合，所述方法包括：
[0020]在所述激光器光轴和所述目标颅脑开孔路径进行位姿对准的情况下，确定所述激光器光轴和所述目标颅骨开孔规划路径之间的位姿偏差；
[0021]基于所述位姿偏差和第一雅可比矩阵，确定所述颅骨放置平台的第一旋转角度变化量，所述第一雅可比矩阵基于所述颅骨放置平台的历史旋转运动确定；
[0022]在激光器聚焦光点和所述目标颅脑开孔路径对应的颅脑开孔位置进行位置对准的情况下，确定所述激光器聚焦光点和所述颅脑开孔位置之间的位置偏差；
[0023]基于所述位置偏差和第二雅可比矩阵，确定所述激光器的相对位置调整量，所述第二雅可比矩阵基于所述激光器的历史平移运动确定。
[0024]在一些实施例中，所述方法还包括：
[0025]获取所述目标对象的颅脑影像序列，所述颅脑影像序列中的每张颅脑影像包括颅脑组织影像和多个标记球的影像；
[0026]基于所述颅脑影像序列和所述多个标记球上固定的第一标志物，确定所述多个标记球在影像坐标系下的第一坐标和所述多个标记球在光电跟踪仪坐标系下的第二坐标；
[0027]基于所述第一坐标和第二坐标，确定所述影像坐标系和所述光电跟踪仪坐标系之间的第一转换矩阵；
[0028]基于所述第一转换矩阵，将所述影像坐标系下的目标颅脑开孔路径转换为所述光电跟踪仪坐标系下的颅脑开孔路径矢量。
[0029]在一些实施例中，所述基于所述位姿偏差和第一雅可比矩阵，确定所述颅骨放置平台的第一旋转角度变化量之前，所述方法还包括：
[0030]在所述历史旋转运动中，基于每次旋转运动前后的所述颅骨放置平台的第二旋转角度变化量和所述支架上固定的第二标志物的姿态变化量，确定所述第一雅可比矩阵；
[0031]在所述历史平移运动中，基于每次平移运动前后的所述激光器的位置变化量和所述激光器上固定的第三标志物的位置变化量，确定所述第二雅可比矩阵。
[0032]在一些实施例中，所述第二标志物的姿态变化量通过如下方式获取：
[0033]基于所述激光器光轴在所述光电跟踪仪坐标系下的位姿矢量和所述光电跟踪仪坐标系下的颅脑开孔路径矢量，确定所述激光器光轴和所述目标颅脑开孔路径的位姿偏差矢量；
[0034]将所述位姿偏差矢量在所述光电跟踪仪坐标系中进行分解，确定所述位姿偏差矢量与三维坐标轴之间的夹角；
[0035]基于所述位姿偏差矢量与所述三维坐标轴之间的夹角，在所述光电跟踪仪坐标系下确定所述第二标志物的姿态变化量。
[0036]在一些实施例中，所述基于所述激光器光轴在所述光电跟踪仪坐标系下的位姿矢量和所述光电跟踪仪坐标系下的颅脑开孔路径矢量，确定所述激光器光轴和所述目标颅脑开孔路径的位姿偏差矢量之前，所述方法还包括：
[0037]基于所述第二标志物在所述光电跟踪仪坐标系下的第三坐标，确定第二标志物坐标系和所述光电跟踪仪坐标系之间的第二转换矩阵；
[0038]基于所述第二转换矩阵，将所述第二标志物坐标系下的颅脑开孔路径矢量转换为所述光电跟踪仪坐标系下的颅脑开孔路径矢量。
[0039]在一些实施例中，所述基于所述激光器光轴在所述光电跟踪仪坐标系下的位姿矢量和在所述光电跟踪仪坐标系下的颅脑开孔路径矢量，确定所述激光器光轴和所述目标颅脑开孔路径的位姿偏差矢量之前，所述方法还包括：
[0040]基于所述第三标志物在所述光电跟踪仪坐标系下的第四坐标，确定第三标志物坐标系和所述光电跟踪仪坐标系之间的第三转换矩阵；
[0041]基于所述第三转换矩阵，将所述第三标志物坐标系下的激光器光轴矢量转换为所述激光器光轴在所述光电跟踪仪坐标系下的位姿矢量。
[0042]本专利技术还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述任一种所述无植入钉和粘贴物的颅脑激光开孔导航方法。
[0043]本专利技术还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述无植入钉和粘贴物的颅脑激光开孔导航方法。
[0044]本专利技术本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种无植入钉和粘贴物的颅脑激光开孔导航装置，其特征在于，包括：上颚牙套支架、光电跟踪仪和激光器；所述上颚牙套支架包括牙套、支架和多个标记球；所述牙套和所述支架固定连接，所述牙套用于贴合目标对象的牙齿咬合面；所述支架设有通孔区域，所述通孔区域与颅脑开孔区域相对设置；所述多个标记球位于所述支架上，且围绕所述通孔区域设置；所述多个标记球用于确定影像坐标系和光电跟踪仪坐标系之间的坐标转换关系；所述坐标转换关系用于将所述影像坐标系下的目标颅脑开孔路径转换为所述光电跟踪仪坐标系下的颅脑开孔路径矢量；所述光电跟踪仪用于确定所述光电跟踪仪坐标系下的颅脑位姿变化量；所述激光器用于基于所述颅脑开孔路径矢量和所述颅脑位姿变化量，进行激光器光轴与所述目标颅脑开孔路径之间的位姿对准。2.根据权利要求1所述的无植入钉和粘贴物的颅脑激光开孔导航装置，其特征在于，所述装置还包括：颅骨放置平台；所述颅骨放置平台用于放置所述上颚牙套支架；其中，所述颅骨放置平台绕x轴旋转或沿x轴平移，或者是绕y轴旋转或沿y轴平移；所述激光器沿z轴平移。3.一种无植入钉和粘贴物的颅脑激光开孔导航方法，其特征在于，应用于权利要求1或2所述的无植入钉和粘贴物的颅脑激光开孔导航装置，所述上颚牙套支架中的牙套与目标对象的牙齿咬合面贴合，所述方法包括：在所述激光器光轴和所述目标颅脑开孔路径进行位姿对准的情况下，确定所述激光器光轴和所述目标颅骨开孔规划路径之间的位姿偏差；基于所述位姿偏差和第一雅可比矩阵，确定所述颅骨放置平台的第一旋转角度变化量，所述第一雅可比矩阵基于所述颅骨放置平台的历史旋转运动确定；在激光器聚焦光点和所述目标颅脑开孔路径对应的颅脑开孔位置进行位置对准的情况下，确定所述激光器聚焦光点和所述颅脑开孔位置之间的位置偏差；基于所述位置偏差和第二雅可比矩阵，确定所述激光器的相对位置调整量，所述第二雅可比矩阵基于所述激光器的历史平移运动确定。4.根据权利要求3所述的无植入钉和粘贴物的颅脑激光开孔导航方法，其特征在于，所述方法还包括：获取所述目标对象的颅脑影像序列，所述颅脑影像序列中的每张颅脑影像包括颅脑组织影像和多个标记球的影像；基于所述颅脑影像序列和所述多个标记球上固定的第一标志物，确定所述多个标记球在影像坐标系下的第一坐标和所述多个标记球在光电跟踪仪坐标系下的第二坐标；基于所述第一坐标和第二坐标，确定所述影像坐标系和所述光电跟踪仪坐标系之间的第一转换矩阵；基于所述第一转换矩阵，将所述影像坐标系下的目标颅脑开孔路径转换为所述光电跟踪仪坐标系下的颅脑开孔路径矢量。5.根据权利要求3所述的无植入钉和粘贴物的颅脑激光开孔导航方法，其特征在...
【专利技术属性】
技术研发人员：张大朋，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：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。