[發明專利]一種多位置跟蹤儀的工具實時定位裝置

有效

• 申請號: 201810542286.4
• 申請日: 2018-05-30
• 公開（公告）號: CN108742841B
• 公開（公告）日: 2020-11-06
• 發明（設計）人: 秦春霞;陳曉軍
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: A61B34/20
• 分類號: A61B34/20
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司 31225
• 代理人: 蔡彭君

1.一種多位置跟蹤儀的工具實時定位裝置，其特征在于，執行程序時實現以下步驟：

步驟S1：設置并固定至少兩個位置跟蹤儀，

步驟S2：建立手術工具、病人參考架、各位置跟蹤儀坐標系，

步驟S3：分別在各位置跟蹤儀下標定手術工具，并取均值得到在工具坐標系下手術工具的尖點坐標和軸向向量，

步驟S4：根據各個位置跟蹤儀的定位，通過坐標轉換實時獲得手術工具在病人參考坐標系中的位置姿態，

步驟S5：判斷各位置追蹤儀被遮擋的情況，取步驟S4中有效的位置姿態的均值為手術工具的實時定位；

所述步驟S1具體為：基于所有位置跟蹤儀可檢測空間范圍疊加后的最終空間范圍最大化的原則，設置并固定至少兩個位置跟蹤儀，其中，最終空間范圍為各位置跟蹤儀的監測空間范圍的并集；

所述步驟S2具體包括：

步驟S21：在需要追蹤的手術工具上安裝含有反光小球的定位參考架，并根據定位參考架建立手術工具坐標系，

步驟S22：在與病人手術部位剛性連接的部位固定病人參考架，并建立病人參考架坐標系，

步驟S23：將各位置跟蹤儀的內置坐標系作為各位置跟蹤儀坐標系。

2.根據權利要求1所述的一種多位置跟蹤儀的工具實時定位裝置，其特征在于，所述步驟S3具體包括步驟：

步驟S31：采用旋轉求多值平均的方法確定手術工具尖點在各位置追蹤儀定位時手術工具坐標系下的坐標；

步驟S32：標定手術工具的軸向向量R；

步驟S33：根據手術工具尖點在手術工具坐標系下的坐標和手術工具的軸向向量，求得手術工具在手術工具坐標系下的尖點坐標X(x,y,z)^T和手術工具的軸向向量R(rx,ry,rz)^T。

3.根據權利要求2所述的一種多位置跟蹤儀的工具實時定位裝置，其特征在于，所述步驟S31包括：

步驟S311：在手術工具被各個位置追蹤儀均定位到的狀態下，圍繞一個不動點旋轉手術工具；

步驟S312：各位置追蹤儀捕捉設定個數的手術工具旋轉過程中的位置姿態T_Oij；

步驟S313：取任意連續兩組計算手術工具的尖點坐標：

X_ij＝(R_Oij-R_Oij+1)^-1(t_Oij+1-t_Oij)(j＝1，2，3……，n-1)

其中：X_ij為手術工具的尖點坐標，R_Oij為轉換矩陣T_oij分解而來的旋轉矩陣，其中T_oij為第i個位置追蹤儀捕捉到的手術工具到其工具坐標系的第j個轉換矩陣，t_Oij+1和t_Oij分別為轉換矩陣T_oij+1和T_oij分解得到的平移向量，n為單個位置追蹤儀捕捉到的位置姿態的個數；

步驟S314：求取平均值得到在第i個位置追蹤儀定位時手術工具尖點在手術工具坐標系下的坐標X_i：

4.根據權利要求3所述的一種多位置跟蹤儀的工具實時定位裝置，其特征在于，所述步驟S32包括：

步驟S321：將手術工具插入至指定標定工具的軸向孔中，其中，該標定工具的坐標系以及軸向孔在標定工具坐標系的軸向向量R_c事先確定；

步驟S322：根據下式求得手術工具在手術工具坐標系下的軸向向量R_i：

T_OiR_i^T＝T_Ci^TR_C^T

其中：T_Oi為手術工具坐標系到第i個位置追蹤儀坐標系的轉換矩陣，T_Ci為標定工具坐標系到第i個位置追蹤儀坐標系的轉換矩陣。