【技术实现步骤摘要】
本公开涉及一种用于手术机器人的电磁导航方法。
技术介绍
1、外科手术机器人是用于辅助外科手术，定制三维术前方案、手术部位更清楚清晰明确、减少震颤和以提高手术精度、减少对健康骨骼和组织的损伤、减少失血、保护神经、缩短住院时间和加快康复，并可指导远程手术和降低术中透视(如x射线等)来降低辐射。
2、机器人辅助骨科手术是骨科手术机器人的一项重要应用。过去外科医生以人手或在手术中大量拍摄的x光照片的协助下，在脊柱骨中放置螺钉以进行复杂的脊柱手术，患者及外科医生存在辐射暴露的风险。此外，脊柱手术中对螺钉放置的精确性要求较高，将螺钉放置于错误或并非最理想的位置的后果非常严重。
3、骨科手术机器人能够提供基于电脑化术前规划的指引系统，显著提高准确度及降低错置螺钉的风险。然而现有骨科手术机器人一般仅有单臂或双臂，用于术中导航和/或放置克氏针。常规骨科机器人脊柱椎弓根置钉手术根据术中规划，置入导针，再通过导针置入空心椎弓根螺钉，最终还是依赖医生进行手动钻孔打钉，置钉效率低。现有的骨科手术机器人一般配备红外导航系统，该导航系统易受术中物品遮挡，以及患者或患者支撑装置移动的影响，造成导航偏差以及手术中断等。
技术实现思路
1、本公开要解决的技术问题是，提供一种用于手术机器人的电磁导航方法，通过该方法使手术机器人的定位导航效果不受手术空间内物体遮挡的影响。
2、该技术问题通过一种用于手术机器人的电磁导航方法解决，所述电磁导航方法包括步骤：
3、s1:提供参考
4、s2：通过术中医学成像设备对参考架装置进行成像扫描，以获得显影装置在术中医学成像设备空间中的坐标；
5、s3：根据显影装置在电磁空间中的坐标和显影装置在术中医学成像设备空间中的坐标计算从电磁空间坐标到术中医学成像设备空间坐标转换的第一转换矩阵；
6、s4：借助第一转换矩阵将术中医学成像设备中的手术操作信息转换为在电磁空间中的手术操作信息；
7、s5：获取手术工具在电磁空间中的坐标和手术工具在机器人坐标系中的坐标；
8、s6:基于手术工具在电磁空间中和机器人坐标系中的坐标计算用于电磁空间与机器人坐标系之间的第二转换矩阵；
9、s7:借助第二转换矩阵将电磁空间中的手术操作信息转换为在机器人坐标系中的坐标，根据此坐标进行手术工具的导航。通过本公开的这种用于骨科手术机器人的电磁导航方法，使骨科手术机器人的定位导航效果不会受到手术空间内物体遮挡的影响，因此，可以提供定位导航效果稳定的骨科手术机器人。
10、在本公开扩展的方案中规定，显影装置设计为至少三个钽标记，其设置在参考架本体上，其中，在步骤s2中对所述至少三个钽标记进行定序，并且在步骤s3中，基于术中医学成像设备空间中已定序的至少三个钽标记求取所述第一转换矩阵。
11、在本公开进一步扩展的方案中规定，根据定位传感器装置在电磁空间中的坐标以及显影装置在定位传感器装置空间中的坐标确定显影装置在电磁空间中的坐标。
12、在本公开进一步扩展的方案中规定，术中医学成像设备中的手术操作信息由术前手术操作信息转换得到，该术前手术操作信息是术前医学成像设备在三维模型上规划的用于骨科手术操作的信息。
13、在本公开进一步扩展的方案中规定，将所述参考架本体设计为用于植入待手术区域中的植入物或用于夹持在刚性组织上的夹持装置，使得定位传感器装置处于最靠近手术区域的位置。根据本公开的定位传感器装置由于设置在植入物或夹持装置上而处于手术区域，区别于现有技术中的情况，其中一种情况是参考架设置在非手术区域，其中另一种情况是目前红外导航的参考架需要通过打进体内来固定，因此，根据本公开的电磁导航方法能够至少减少这一麻烦的步骤，从而达到简化操作工序的效果，此外，还能够省去单独作为参考架设计的设备，因此节约了设备成本。根据本公开植入物或夹持装置上设置的电磁定位传感器装置处于最靠近手术区域的位置，由此可以提高骨科手术机器人的定位导航精度。
14、在本公开的进一步扩展的方案中规定，在所述步骤s1中还包括用于获得定位传感器装置和所述至少三个钽标记之间的第一位置关系矩阵的第一校准过程。
15、在本公开的进一步扩展的方案中规定，所述第一校准过程包括步骤：
16、s11：提供用于固持参考架的第一校准装置，在其上固定地装有第一校准传感器装置；
17、s12：分别获取定位传感器装置和第一校准传感器装置在电磁空间中的坐标；
18、s13：根据该坐标计算从第一校准传感器装置到定位传感器装置的第一校准转换矩阵；
19、s14：基于显影装置和第一校准传感器装置在第一校准装置中的布置预先确定第一校准传感器装置与显影装置之间的位置关系；
20、s15：根据计算出的第一校准转换矩阵和第一校准传感器装置与显影装置之间预先确定的位置关系计算定位传感器装置和所述至少三个钽标记之间的第一位置关系矩阵。
21、在本公开的进一步扩展的方案中规定，在所述步骤s2中实现定序的方式是：
22、a.三维空间二值化，用于从术中医学成像设备的图像中提取所述至少三个钽标记的区域；
23、b.基于二值化结果分离所述至少三个钽标记的区域，以获得所述至少三个钽标记在术中医学成像设备空间中的坐标；
24、c.获得用于相应钽标记的点坐标，并且计算至少三个钽标记彼此之间的中心坐标；
25、d.根据所述至少三个钽标记各自到所述中心坐标的距离对至少三个钽标记进行定序。
26、根据本公开存在以下两种布置用于电磁感测骨科手术工具的手术工具的电磁传感器装置的方式：
27、当将用于电磁感测手术工具的传感器装置固定连接在手术工具上时，通过以手术工具的尖端为原点转动进行拟合，从而获取手术工具的尖端在用于电磁感测手术工具的传感器装置坐标系中的坐标。
28、当将用于电磁感测手术工具的传感器装置固定连接在手术工具机械臂上时，有利地规定，将用于电磁感测手术工具的传感器装置固定连接在手术工具机械臂上离手术工具的尖端最近的部位，同时保持与手术工具机械臂的距离大于150mm。
29、在本公开的进一步扩展的方案中规定，步骤s5还包括用于获取机器人的机械臂末端坐标和用于电磁感测手术工具的传感器装置坐标的转换矩阵的第二校准过程，其中，所述第二校准过程包括步骤：
30、s21：提供用于对手术工具机械臂的末端进行校准的第二校准装置，在其上固定不动地装有第二校准传感器装置，并且将第二校准装置可拆卸地连接到用于手术工具机械臂的快换接头上；
31、s22:在电磁空间下分别获取用于电磁感测手术工具的传感器装置和第二校准传感器装置在电磁空间中的坐标；
32、s23:根据获取的所述坐标计算从第二校准传感器装置到用于本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于手术机器人的电磁导航方法，其特征在于，所述电磁导航方法包括步骤：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，显影装置设计为至少三个钽标记，其设置在参考架本体上，其中，在步骤S2中对所述至少三个钽标记进行定序，并且在步骤S3中，基于术中医学成像设备空间中已定序的至少三个钽标记求取所述第一转换矩阵。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，根据定位传感器装置在电磁空间中的坐标以及显影装置在定位传感器装置空间中的坐标确定显影装置在电磁空间中的坐标。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，将所述参考架本体设计为用于植入待手术区域中的植入物或用于夹持在刚性组织上的夹持装置，使得定位传感器装置处于最靠近手术区域的位置。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在所述步骤S1中还包括用于获得定位传感器装置和所述至少三个钽标记之间的第一位置关系矩阵的第一校准过程。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述第一校准过程包括步骤：
7.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在所述步骤S2中实现定
8.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，当将用于电磁感测手术工具的传感器装置固定连接在手术工具上时，通过以手术工具的尖端为原点转动进行拟合，从而获取手术工具的尖端在用于电磁感测手术工具的传感器装置坐标系中的坐标。
9.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，将用于电磁感测手术工具的传感器装置固定连接在手术工具机械臂上离手术工具的尖端最近的部位，同时保持与手术工具机械臂的距离大于150mm。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述步骤S5还包括用于获取机器人的机械臂末端坐标和用于电磁感测手术工具的传感器装置坐标的转换矩阵的第二校准过程，其中，所述第二校准过程包括步骤：
11.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，根据手术工具机械臂的末端和安装在手术工具机械臂的末端上的手术工具，获得手术工具机械臂的末端与手术工具的尖端之间的位置关系。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，根据手术工具机械臂的末端与手术工具的尖端之间的位置关系和第二位置关系矩阵，获取手术工具的尖端在用于电磁感测手术工具的传感器装置坐标系中的坐标。
...【技术特征摘要】
1.一种用于手术机器人的电磁导航方法，其特征在于，所述电磁导航方法包括步骤：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，显影装置设计为至少三个钽标记，其设置在参考架本体上，其中，在步骤s2中对所述至少三个钽标记进行定序，并且在步骤s3中，基于术中医学成像设备空间中已定序的至少三个钽标记求取所述第一转换矩阵。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，根据定位传感器装置在电磁空间中的坐标以及显影装置在定位传感器装置空间中的坐标确定显影装置在电磁空间中的坐标。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，将所述参考架本体设计为用于植入待手术区域中的植入物或用于夹持在刚性组织上的夹持装置，使得定位传感器装置处于最靠近手术区域的位置。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在所述步骤s1中还包括用于获得定位传感器装置和所述至少三个钽标记之间的第一位置关系矩阵的第一校准过程。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述第一校准过程包括步骤：
7.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在所述步骤s2中实现定序的方式是：<...
【专利技术属性】
技术研发人员：请求不公布姓名，请求不公布姓名，请求不公布姓名，
申请(专利权)人：春风化雨苏州智能医疗科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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