【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及手术导航，尤其涉及一种基于光学定位的靶点消融呼吸门控方法及系统。
技术介绍
1、基于标记物的光学定位设备是一种利用特殊标记物追踪和定位对象位置的技术。这些标记物通常具有反射性，能够被动反射光信号或主动发出光信号，从而使光学设备能够准确地检测它们的位置。在基于光学定位设备的手术导航系统中，针对特定区域的患者手术位置，会贴上反射标记点。这些标记点可以是小型反射球或其他容易被光学设备识别的标记物。确保标记点的稳固放置，并且能够在呼吸过程中保持固定。
2、然而，基于光学定位设备的手术导航系统受到呼吸的影响较大。呼吸对于体内器官的追踪有较大的影响。目前，常用的呼吸运动追踪方法包括基于透视影像点、阻抗式传感器、体表光学标记点、电磁传感器以及呼吸潮气量等。
技术实现思路
1、专利技术目的：针对上述不足，本专利技术提出一种基于光学定位的靶点消融呼吸门控方法及系统，可以精确定位术中的待消融靶点与术前的待消融靶点之间位置最接近的时刻，确保靶点消融的准确性，大大提高了精度，进而提升了靶点消融的安全性。
2、技术方案：本专利技术提供一种基于光学定位的靶点消融呼吸门控方法，包括步骤：
3、s1、在患者患处对应的皮肤表面放置第一标定工具，扫描得到患者患处的术前影像；
4、s2、在机器人的机械臂末端安装第二标定工具，通过光学定位系统获取所述第二标定工具的位姿，并据此进行手眼标定；
5、s3、通过光学定位系统获取所述第一标定工具的实时位姿，
6、s4、以s3中得到的配准误差最小的时刻作为术中的待消融靶点与术前的待消融靶点之间位置最接近的时刻，并据此结合在所述术前影像中规划的待消融靶点指导靶点消融。
7、具体地，所述第一标定工具为若干非均匀排布的反光球，所述第二标定工具为若干共面不共线排布的反光球。
8、更具体地，所述s3中，所述配准具体为：
9、根据s1得到的术前影像中提取的第一标定工具的位姿及光学定位系统获取的第一标定工具的实时位姿，即得到术前影像和光学定位系统中若干反光球的位置，对二者进行配准，计算得到术前影像与光学定位系统之间的变换关系。
10、进一步地，所述s3中，所述配准误差计算如下：基于所述术前影像与光学定位系统之间的变换关系将若干反光球的位置变换的同一参照下，据此计算所述配准误差。
11、更进一步地，所述配准误差具体为：
12、以基于所述术前影像与光学定位系统之间的变换关系将若干反光球的位置变换至同一参照下，以同一参照下两组反光球中对应的反光球之间距离之和作为所述配准误差，或以同一参照下两组反光球中所有对应的反光球之间距离平均值作为所述配准误差。
13、具体地，所述s2中，所述手眼标定具体为：
14、控制机械臂改变其末端位姿，并在每次改变后计算其末端位姿；
15、通过光学定位系统获取机械臂末端上的第二标定工具的实时位姿，进而得到若干组机械臂末端位姿与第二标定工具的实时位姿数据；
16、通过tsai标定算法计算得到光学定位系统和机器人之间的变换关系。
17、具体地，所述s4中，所述指导靶点消融具体为：
18、s41、根据所述术前影像中规划的待消融靶点计算术中所述待消融靶点的位置，据此计算机械臂末端的目标位姿；
19、s42、通过光学定位系统获取所述第二标定工具的实时位姿，根据所述s2的手眼标定计算得到机械臂末端的实时位姿，结合所述s41得到的机械臂末端的目标位姿实时控制机械臂。
20、更具体地，所述s41中，根据所述术前影像中规划的待消融靶点计算术中所述待消融靶点的位置具体为：
21、在所述术前影像中规划待消融靶点和对应皮肤表面的入点的位置，在所述s3中得到的配准误差最小时，根据对应的配准得到术中待消融靶点 p ot和对应皮肤表面的入点 p or的位置。
22、进一步地，所述s41中，计算所述机械臂末端的目标位姿包括如下步骤：
23、（1）构建约束条件；
24、1）安装于机械臂末端上的超声换能器的焦点 p位于所述s41得到的待消融靶点 p ot的位置；
25、2）所述超声换能器的轴向向量 v与向量重合；
26、3）第一标定工具始终面向光学定位系统；
27、（2）根据所述步骤（1）构建的约束条件计算机械臂末端的目标位姿。
28、本专利技术还提供一种基于前述的靶点消融呼吸门控方法的靶点消融呼吸门控系统，包括：
29、第一标定工具，放置于患者患处对应的皮肤表面；
30、第二标定工具，安装于机器人的机械臂末端；
31、机器人，其机械臂末端上安装有超声换能器；
32、光学定位系统，用于获取第一标定工具和第二标定工具的实时位姿；
33、透视影像设备，在术前扫描患者患处，得到对应的术前影像；
34、机器人将光学定位系统获取的第一标定工具的实时位姿与术前影像中提取的第一标定工具的位姿进行配准，得到配准误差，并选取其中配准误差最小的时刻作为术中的待消融靶点与术前的待消融靶点之间位置最接近的时刻；
35、机器人在配准误差最小时，根据在术前影像中规划的待消融靶点和对应皮肤表面的入点的位置，进而根据对应的配准得到术中的待消融靶点和对应皮肤表面的入点的位置，据此得到超声换能器焦点位置及超声换能器的轴向向量，进而求得机械臂末端的目标位姿，并据此控制机械臂运动。
36、有益效果：本专利技术通过基于配准误差的呼吸追踪，实时追踪病人呼吸状态，可以精确定位术中的待消融靶点与术前的待消融靶点之间位置最接近的时刻，确保靶点消融的准确性，大大提高了精度，进而提升了靶点消融的安全性；同时患者在整个过程中可以自然呼吸，无需特别控制呼吸节律，进而提高了患者的舒适性。
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1.基于光学定位的靶点消融呼吸门控方法，其特征在于，包括步骤：
2.根据权利要求1所述的靶点消融呼吸门控方法，其特征在于，所述第一标定工具为若干非均匀排布的反光球，所述第二标定工具为若干共面不共线排布的反光球。
3.根据权利要求2所述的靶点消融呼吸门控方法，其特征在于，所述S3中，所述配准具体为：
4.根据权利要求3所述的靶点消融呼吸门控方法，其特征在于，所述S3中，所述配准误差计算如下：基于所述术前影像与光学定位系统之间的变换关系将若干反光球的位置变换的同一参照下，据此计算所述配准误差。
5.根据权利要求4所述的靶点消融呼吸门控方法，其特征在于，所述配准误差具体为：
6.根据权利要求1所述的靶点消融呼吸门控方法，其特征在于，所述S2中，所述手眼标定具体为：
7.根据权利要求1所述的靶点消融呼吸门控方法，其特征在于，所述S4中，所述指导靶点消融具体为：
8.根据权利要求7所述的靶点消融呼吸门控方法，其特征在于，所述S41中，根据所述术前影像中规划的待消融靶点计算术中所述待消融靶点的位置具体为：p>
9.根据权利要求8所述的靶点消融呼吸门控方法，其特征在于，所述S41中，计算所述机械臂末端的目标位姿包括如下步骤：
10.一种基于权利要求1-9任一所述的靶点消融呼吸门控方法的靶点消融呼吸门控系统，其特征在于，包括：
...【技术特征摘要】
1.基于光学定位的靶点消融呼吸门控方法，其特征在于，包括步骤：
2.根据权利要求1所述的靶点消融呼吸门控方法，其特征在于，所述第一标定工具为若干非均匀排布的反光球，所述第二标定工具为若干共面不共线排布的反光球。
3.根据权利要求2所述的靶点消融呼吸门控方法，其特征在于，所述s3中，所述配准具体为：
4.根据权利要求3所述的靶点消融呼吸门控方法，其特征在于，所述s3中，所述配准误差计算如下：基于所述术前影像与光学定位系统之间的变换关系将若干反光球的位置变换的同一参照下，据此计算所述配准误差。
5.根据权利要求4所述的靶点消融呼吸门控方法，其特征在于，所述配准误差具...
【专利技术属性】
技术研发人员：李昕，
申请(专利权)人：杭州海沛仪器有限公司，
类型：发明
国别省市：
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