一种基于光学和惯性组合的手术器具定位方法技术

一种基于光学和惯性组合的手术器具定位方法，包括定位信息获取、数据融合和手术器具目标位置计算，定位信息获取包括光学定位信息获取和惯性定位信息获取：光学定位信息获取是通过红外摄像头获取手术器具上标记点的位置信息和手术器具的位姿信息，并基于TCP协议传入数据融合计算单元；惯性定位信息获取是通过惯性传感器获取手术器具的位移和旋转信息，并通过WIFI发送到数据融合单元；数据融合通过卡尔曼拓展滤波将光学定位信息和惯性定位信息融合；手术器具目标位置计算通过各标记点的位置信息及手术器具的位姿信息计算出手术器具上具体的目标位置。本发明专利技术能够在手术过程中短时间内光学定位系统被遮挡时保证对手术器具的跟踪定位不间断。的跟踪定位不间断。的跟踪定位不间断。

【技术实现步骤摘要】
一种基于光学和惯性组合的手术器具定位方法


[0001]本专利技术涉医学图像处理、光学定位、信息融合
，是一种基于光学和惯性组合的手术器具定位方法。

技术介绍

[0002]外科辅助导航系统是现代医学治疗中备受瞩目的新兴科技之一，为医学领域的研究提供了重要的热点。手术导航系统的出现减少了外科手术对医生经验的依赖，推动了现代手术的发展。手术导航系统能够在手术前完成手术规划，提前制定针对手术过程中可能出现的突发情况的应对措施，从而降低传统手术的风险，提高手术的安全性和可靠性。此外，在放射治疗定位、临床诊断和评估等方面，外科辅助导航系统也得到了广泛的应用。
[0003]手术器具定位是外科手术辅助导航系统中至关重要的一环。目前临床上使用的手术导航系统定位手术器具的方法主要基于光学定位。这种方法依靠可见光或红外光进行定位，但一旦定位光束被遮挡，就无法提供准确的定位信息。在实际的外科导航手术中，很难保证手术全过程定位光束不被遮挡。医生在使用手术器械进行复杂操作的同时还要注意定位光束的畅通，这给外科医生的手术操作带来了很大的不便。一旦定位信息缺失，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于光学和惯性组合的手术器具定位方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：步骤一：定位信息获取光学定位信息获取：红外摄像头通过定位手术器具上标记点的位置信息并计算出手术器具的位姿信息，以坐标和欧拉角的形式基于TCP协议传入数据融合单元；惯性定位信息获取：固定在手术器具上的惯性传感器能够获取手术器具的角速度以及三个坐标轴方向上的加速度，并且将这些信息通过WIFI信号发送到数据融合单元；步骤二：数据融合基于拓展卡尔曼滤波算法构建数据融合模型：将步骤一中获取的光学定位信息和惯性定位信息进行融合处理，获取融合后的定位信息并完成拓展卡尔曼滤波中状态向量更新及对误差的最优估计；步骤三：手术器具目标位置计算光学定位获取到的坐标信息是各个标记点的坐标，手术器具连同其固定的标记点可以认为是刚体，因此在手术器具标定完成后，使用过程中在获取到标记点的位置后通过计算得出目标位置的坐标。2.如权利要求1所述的一种基于光学和惯性组合的手术器具定位方法，其特征在于，所述的步骤二中，拓展卡尔曼滤波算法的过程如下：拓展卡尔曼滤波的系统模型为：x
k+1
＝f(x
k
，u
k
)+W
k
其中X
k+1
为第k+1步的状态变量，可以表示为(Ψ
T
,P
T
,V
T
)
T
，分别为欧拉角矢量、位置矢量和速度矢量，W
k
第k步的过程噪声，f()为拓展卡尔曼滤波中的非线性状态函数；拓展卡尔曼滤波的观测模型为：z
k
＝h(x
k
)+V
k
其中Z
k
为第k步的观测变量，可以表示为(Ψ
T
,P
T
)
T
，分别为光学定位信息中的欧拉角矢量和位置矢量，V
k
第k步的观测噪声，h()为拓展卡尔曼滤波中的量测函数；通过泰勒展开实现系统矩阵和观测矩阵的线性化：通过泰勒展开实现系统矩阵和观测矩阵的线性化：其中为第k步的后验状态估计，F
k
和Z
k
分别为f()和h()对X偏导的雅可比矩阵。3.如权利要求1所述的一种基于光学和惯性组合的手术器具定位方法，其特征在于，所述的步骤二中，拓展卡尔曼滤波状态更新算法包括以下步骤：2.1)，一步状态更新预测：其中，为上一状态的最优估计值，为当前状态的预测值；2.2)，一步预测估计误差协方差矩阵更新：
P
k+1
′
＝F
k+1|...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯远静，洪晖航，程龙，曾庆润，朱辉，卜宇辉，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：