一種手術(shù)導航工具的標定方法
【專利摘要】一種手術(shù)導航工具的標定方法，它屬于手術(shù)導航領(lǐng)域。它采用的標定方法是：1)、將尖端固定在一個點；2)、固定該點，向任意方向轉(zhuǎn)動手術(shù)器械，同時令追蹤器對手術(shù)器械的位置和方向信息進行采樣；3)、計算尖端的位置和誤差；4)、接受誤差，結(jié)束標定；或者拒絕誤差，重新進行標定；5)、固定手術(shù)器械的主軸；6)、圍繞主軸旋轉(zhuǎn)手術(shù)器械，同時對位置和方向進行采樣；7)、計算主軸的方向；本發(fā)明通過以主軸為旋轉(zhuǎn)軸進行旋轉(zhuǎn)，傳感器進行多次采樣，循環(huán)校正，保證了標定的精度；適用于各種6自由度的導航傳感器及各個類型的手術(shù)器械的尖端、軸線的標定，同時還可以兼容任何6自由度的導航工具。
【專利說明】
一種手術(shù)導航工具的標定方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于手術(shù)導航領(lǐng)域，具體涉及一種手術(shù)導航工具的標定方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 眾所周知，不同手術(shù)器械廠家所生產(chǎn)的工具尺寸有很大區(qū)別，通常手術(shù)導航器械 的形狀、尺寸、追蹤器的位置都是嚴格定義的。導航過程中，導航系統(tǒng)根據(jù)這些精確的信息 計算出手術(shù)器械的位置以及方向。然而，這種高度的定制性限制了手術(shù)導航的廣泛應用。手 術(shù)器械的種類很多，為每種器械都定制追蹤器成本很高。
[0003] 專利CN201389080Y公布了一種手術(shù)導航器械的通用標準模塊，然而該專利所描述 的標定模塊只能局限于光學導航設備，不能標定電磁導航設備。另外，該模塊在標定主軸的 時候，需要手動將工具擺放到固定的位置，該方法有很大的局限性，如果手術(shù)器械的體積較 大，形狀不規(guī)則，造成傳感器方向與軸線方向偏離過大，使用該方法會造成很大的誤差。
[0004] 綜上所述，將手術(shù)器械用于手術(shù)導航的過程中，導航系統(tǒng)需要獲得手術(shù)器械的尖 端位置信息以及軸線方向的信息。因此，需要一種方法幫助醫(yī)生標定追蹤傳感器和手術(shù)器 械的位置關(guān)系。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的缺陷和不足，提供一種手術(shù)導航工具的標定方 法，它通過以主軸為旋轉(zhuǎn)軸進行旋轉(zhuǎn)，傳感器進行多次采樣，循環(huán)校正，保證了標定的精度； 適用于各種6自由度的導航傳感器及各個類型的手術(shù)器械的尖端、軸線的標定，同時還可以 兼容任何6自由度的導航工具。
[0006] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的標定方法是：
[0007] 1)、將尖端固定在一個點；
[0008] 2)、固定該點，向任意方向轉(zhuǎn)動手術(shù)器械，同時令追蹤器對手術(shù)器械的位置和方向 信息進行采樣；
[0009] 3)、計算尖端的位置和誤差；
[0010] 4)、接受誤差，結(jié)束標定;或者拒絕誤差，重新進行標定；
[0011] 5)、固定手術(shù)器械的主軸；
[0012] 6)、圍繞主軸旋轉(zhuǎn)手術(shù)器械，同時對位置和方向進行采樣；
[0013] 7)、計算主軸的方向。
[0014] 本發(fā)明有益效果為:通過以主軸為旋轉(zhuǎn)軸進行旋轉(zhuǎn)，傳感器進行多次采樣，循環(huán)校 正，保證了標定的精度;適用于各種6自由度的導航傳感器及各個類型的手術(shù)器械的尖端、 軸線的標定，同時還可以兼容任何6自由度的導航工具。
【附圖說明】
[0015] 圖1是本發(fā)明標定方法計算的示意圖。
【具體實施方式】
[0016]為了便于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員理解和實施本發(fā)明，下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā) 明作進一步的詳細描述，應當理解，此處所描述的實施示例僅用于說明和解釋本發(fā)明，并不 用于限定本發(fā)明。
[0017]參看如圖1所示，本【具體實施方式】采用以下標定方法：
[0018] 1)、將尖端固定在一個點；
[0019] 2)、固定該點，向任意方向轉(zhuǎn)動手術(shù)器械，同時令追蹤器對手術(shù)器械的位置和方向 信息進行采樣；
[0020] 3)、計算尖端的位置和誤差；
[0021 ] 4)、接受誤差，結(jié)束標定;或者拒絕誤差，重新進行標定；
[0022] 5)、固定手術(shù)器械的主軸；
[0023] 6)、圍繞主軸旋轉(zhuǎn)手術(shù)器械，同時對位置和方向進行采樣；
[0024] 7)、計算主軸的方向。
[0025]本【具體實施方式】從追蹤傳感器傳回的位置和方向信息可以表示為：[Rntd;首先 計算手術(shù)器械尖端的平移變換，表示為tflX(3d;待標定的工具繞著目標點任意轉(zhuǎn)動，得到一系 列的采樣點；從傳感器的坐標和方向得到目標點的方法可以表示為:Ritti P+ti = tfixed。其中 的未知量為ttip和tfixed。
[0027] 通過最小二乘法求偽逆矩陣，可以得到ttip，然后計算傳感器到手術(shù)工具軸線的旋 轉(zhuǎn)矩陣，表示為Rrot，主軸方向信息表示為R_。
[0028] 所述的傳感器到手術(shù)工具軸線的旋轉(zhuǎn)矩陣的旋轉(zhuǎn)過程可以表示為:RrotRiiR^。
[0029] 本【具體實施方式】通過以主軸為旋轉(zhuǎn)軸進行旋轉(zhuǎn)，傳感器進行多次采樣，循環(huán)校正， 保證了標定的精度;適用于各種6自由度的導航傳感器及各個類型的手術(shù)器械的尖端、軸線 的標定，同時還可以兼容任何6自由度的導航工具。
[0030] 應當理解的是，上述針對較佳實施例的描述較為詳細，并不能因此而認為是對本 發(fā)明專利保護范圍的限制，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明權(quán) 利要求所保護的范圍情況下，還可以做出替換或變形，均落入本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)，本發(fā) 明請求保護范圍應以所附權(quán)利要求為準。
【主權(quán)項】
1. 一種手術(shù)導航工具的標定方法，其特征在于它采用的標定方法是： 1) 、將尖端固定在一個點； 2) 、固定該點，向任意方向轉(zhuǎn)動手術(shù)器械，同時令追蹤器對手術(shù)器械的位置和方向信息 進行采樣； 3) 、計算尖端的位置和誤差； 4) 、接受誤差，結(jié)束標定;或者拒絕誤差，重新進行標定； 5) 、固定手術(shù)器械的主軸； 6 )、圍繞主軸旋轉(zhuǎn)手術(shù)器械，同時對位置和方向進行采樣； 7)、計算主軸的方向。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種手術(shù)導航工具的標定方法，其特征在于標定方法步驟中 從追蹤傳感器傳回的位置和方向信息可W表示為：[Ri，ti]。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種手術(shù)導航工具的標定方法，其特征在于標定方法步驟中 首先計算手術(shù)器械尖端的平移變換，表示為tfixed ;待標定的工具繞著目標點任意轉(zhuǎn)動，得到 一系列的義樣點。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種手術(shù)導航工具的標定方法，其特征在于標定方法步驟中 從傳感器的坐標和方向得到目標點的方法可W表示為:Rittip + ti = tfixed;其中的未知量為 ttip 和；通過最小二乘法求偽逆矩陣，可W得到ttip，然后計算傳感器到手術(shù)工具軸線的旋轉(zhuǎn)矩 陣，表示為Rrot,主軸方向信息表示為Raxe。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種手術(shù)導航工具的標定方法，其特征在于標定方法步驟中 所述的傳感器到手術(shù)工具軸線的旋轉(zhuǎn)矩陣的旋轉(zhuǎn)過程可W表示為:RrDtRi = Raxe。
【文檔編號】A61B34/10GK105902312SQ201610341175
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年5月20日
【發(fā)明人】石海利, 李樂寧
【申請人】深圳市智圖醫(yī)療技術(shù)有限責任公司