一种实时监测患者参考阵列松动偏移的方法技术

本发明专利技术涉及影像导航技术领域，尤其涉及一种实时监测患者参考阵列松动偏移的方法，包括如下步骤：确定患者参考阵列的反光标记物排布；安装患者参考阵列与监控标记物；确定患者参考阵列与监控标记物的初始位置关系；实时监测患者参考阵列是否松动偏移

【技术实现步骤摘要】
一种实时监测患者参考阵列松动偏移的方法


[0001]本专利技术涉及影像导航
，尤其涉及一种实时监测患者参考阵列松动偏移的方法
。

技术介绍

[0002]在影像导航式骨科手术中，确保光学参考阵列与患者手术部位连接的刚性十分重要，其中光学参考阵列附有若干可被双目定位相机识别的反光标记物
(
反光球或反光片，数量大于等于
3)。
[0003]以导航式全髋关节置换手术为例
(
如图1和2所示
)
，手术器械与患者盆骨部位的三维建模在术前导入电脑；术中，手术器械与盆骨均固连光学参考阵列，经过配准操作，现实空间
(
手术室真实场景
)
与图像空间
(
电脑屏幕显示场景
)
的映射关系得以建立，系统通过双目定位相机实时追踪光学参考阵列的位姿，以确定手术器械与患者盆骨的相对位置关系，并将该相对位置关系呈现于图像空间，从而帮助医生更好地了解当前手术状态
。
[0004]一旦患者参考阵列在术中发生松动，系统会误以为患者盆骨发生了移动，由此导致图像中手术器械模型与患者盆骨模型的相对位置关系显示错误，若医生继续参考该图像进行手术将会存在风险
。
[0005]故影像导航式骨科手术中，需要存在一种验证机制，用来确定患者光学参考阵列是否发生松动偏移
。
[0006]为检验患者光学参考阵列在手术过程中是否发生松动，临床中，患者参考阵列附近的骨头处会被额外植入一个与光学探针尖端适配的标记钉
。
使用光学探针采集标记钉在定位相机下的位置，并将之与患者参考阵列在相机下的位置进行比较，就可以判断患者参考阵列是否发生松动偏移
。
此种方法的局限性在于，医生需要主动使用光学探针，将探针尖端置于标记钉处，而术中医生双手需要操持其他手术器械，只能在部分关键时间节点
(
如骨制备和安装假体开始之前
)
进行该操作，无法对参考阵列的松动进行全程监控
。
为此，我们提出一种实时监测患者参考阵列松动偏移的方法
。

技术实现思路

[0007]基于
技术介绍
存在的技术问题，本专利技术提出了一种实时监测患者参考阵列松动偏移的方法，能够实时自动监测患者参考阵列是否松动偏移，手术进行过程中，无需医生中断手术操作使用光学探针进行患者参考阵列的松动检查，解决了现有技术在影像导航式骨科手术中，无法对参考阵列的松动进行全程监控的问题
。
[0008]本专利技术提供如下技术方案：一种实时监测患者参考阵列松动偏移的方法，包括如下步骤：
[0009]S1、
确定患者参考阵列的反光标记物排布，获得患者参考阵列各反光标记物在同一坐标系下的坐标值，将坐标点构成的矩阵
M
代表的点集中心化，即对点集进行整体平移，使得平移后点集的几何中心
c
位于坐标系原点，计算点集中心化后，点集坐标构成的矩阵记
为
M
’
；
[0010]S2、
安装患者参考阵列与监控标记物，在患者手术区域附近的硬骨处安装参考阵列，在参考阵列周围的硬骨区域植入一额外克氏针，并在其上安装监控标记物；
[0011]S3、
确定患者参考阵列与监控标记物的初始位置关系；从定位相机获取总共
n+1
个反光标记物，在定位相机坐标系下的坐标，由各点坐标构成的矩阵
A
；将
A
代表的点集，以刚体方式移动至
M
’
所代表点集的位置，使得二者所含代表患者参考阵列反光标记物的
n
个点一一重合，整体移动后，监控标记物的点坐标变为
p0；
[0012]S4、
定位相机实时采集患者参考阵列与监控标记物的位置关系，将二者实时位置关系与
p0比较，以此判断患者参考阵列是否松动偏移
。
[0013]优选的，所述步骤
S1
中获得患者参考阵列各反光标记物在同一坐标系下的坐标值的方法以下两种方法中的任意一种：
[0014]硬件设计阶段，在三维设计图纸上任意确定一坐标系，获取各反光标记物在该坐标系下的坐标值；
[0015]确保定位相机视野范围内可被识别的只有患者参考阵列，从定位相机系统获取各反光标记物在定位相机坐标系下的坐标值
。
[0016]优选的，所述步骤
S1
中设参考阵列上反光标记物的数量为
n
，
n≥3
，由各点坐标构成的矩阵
M
为
[0017][0018]将矩阵
M
代表的点集中心化，即对点集进行整体平移，使得平移后点集的几何中心位于坐标系原点；
[0019]计算点集的几何中心坐标
c
[0020][0021]计算点集中心化后，点集坐标构成的矩阵记为
M
’
[0022][0023]矩阵
M
’
即为患者参考阵列的反光标记物排布
。
[0024]优选的，所述步骤
S2
中，按照常规克氏针固定的方式，在患者手术区域附近的硬骨处安装参考阵列；在参考阵列周围，不影响手术操作，且能够被定位相机可见的患者硬骨区域，植入一带有反光标记物转接头的克氏针，克氏针植入完毕后，在其上安装反光标记物，该额外反光标记物即为监控标记物
。
[0025]优选的，所述步骤
S4
的具体过程如下：
[0026]S41、
记术中的某一时刻，从定位相机获取总共
m
个反光标记物在定位相机坐标系下的坐标，由各点坐标构成的矩阵
S
，其中
m≥n+1
，患者参考阵列上
n
个，1个监控标记物，外加其他导航式器械上所附反光标记物；
[0027]S42、
将
S
代表的点集，以刚体方式移动至
M
’
所代表点集的位置，使得二者所含代表患者参考阵列反光标记物的
n
个点一一重合；
[0028]S43、
遍历计算移动完成后
S
中各点与
p0的距离，若某距离值小于相机定位误差，说明患者参考阵列与监控标记物未发生相对移动，即患者参考阵列未松动偏移；若每一组距离都大于相机定位误差，说明患者参考阵列与监控标记物发生相对移动，即患者参考阵列很可能发生了松动偏移，此时导航系统发出警示；
[0029]S44、
定位相机实时捕获视野范围内各反光标记物的坐标，重复上述步骤
S41
‑
S43
，即可实现对患者参考阵列松动偏移的实时侦测
。
[0030]本专利技术提供了一种实时监测患者参考阵列松动偏移本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种实时监测患者参考阵列松动偏移的方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1、
确定患者参考阵列的反光标记物排布，获得患者参考阵列各反光标记物在同一坐标系下的坐标值，将坐标点构成的矩阵
M
代表的点集中心化，即对点集进行整体平移，使得平移后点集的几何中心
c
位于坐标系原点，计算点集中心化后，点集坐标构成的矩阵记为
M
’
；
S2、
安装患者参考阵列与监控标记物，在患者手术区域附近的硬骨处安装参考阵列，在参考阵列周围的硬骨区域植入一额外克氏针，并在其上安装监控标记物；
S3、
确定患者参考阵列与监控标记物的初始位置关系；从定位相机获取总共
n+1
个反光标记物，在定位相机坐标系下的坐标，由各点坐标构成的矩阵
A
；将
A
代表的点集，以刚体方式移动至
M
’
所代表点集的位置，使得二者所含代表患者参考阵列反光标记物的
n
个点一一重合，整体移动后，监控标记物的点坐标变为
p0；
S4、
定位相机实时采集患者参考阵列与监控标记物的位置关系，将二者实时位置关系与
p0比较，以此判断患者参考阵列是否松动偏移
。2.
根据权利要求1所述的一种实时监测患者参考阵列松动偏移的方法，其特征在于：所述步骤
S1
中获得患者参考阵列各反光标记物在同一坐标系下的坐标值的方法以下两种方法中的任意一种：硬件设计阶段，在三维设计图纸上任意确定一坐标系，获取各反光标记物在该坐标系下的坐标值；确保定位相机视野范围内可被识别的只有患者参考阵列，从定位相机系统获取各反光标记物在定位相机坐标系下的坐标值
。3.
根据权利要求1所述的一种实时监测患者参考阵列松动偏移的方法，其特征在于：所述步骤
S1
中设参考阵列上反光标记物的数量为
n
，
n≥3
，由各点坐标构成的矩阵
M
为将矩阵
M
代表...

【专利技术属性】
技术研发人员：周再望，黄志俊，刘金勇，钱坤，
申请(专利权)人：杭州柳叶刀机器人有限公司，
类型：发明
国别省市：