[發(fā)明專利]一種多位置跟蹤儀的工具實(shí)時(shí)定位裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810542286.4
• 申請(qǐng)日: 2018-05-30
• 公開（公告）號(hào): CN108742841B
• 公開（公告）日: 2020-11-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 秦春霞;陳曉軍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海交通大學(xué)
• 主分類號(hào): A61B34/20
• 分類號(hào): A61B34/20
• 代理公司: 上?？剖⒅R(shí)產(chǎn)權(quán)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(shí)時(shí)定位裝置，其特征在于，執(zhí)行程序時(shí)實(shí)現(xiàn)以下步驟：

步驟S1：設(shè)置并固定至少兩個(gè)位置跟蹤儀，

步驟S2：建立手術(shù)工具、病人參考架、各位置跟蹤儀坐標(biāo)系，

步驟S3：分別在各位置跟蹤儀下標(biāo)定手術(shù)工具，并取均值得到在工具坐標(biāo)系下手術(shù)工具的尖點(diǎn)坐標(biāo)和軸向向量，

步驟S4：根據(jù)各個(gè)位置跟蹤儀的定位，通過坐標(biāo)轉(zhuǎn)換實(shí)時(shí)獲得手術(shù)工具在病人參考坐標(biāo)系中的位置姿態(tài)，

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(tài)的均值為手術(shù)工具的實(shí)時(shí)定位；

所述步驟S1具體為：基于所有位置跟蹤儀可檢測(cè)空間范圍疊加后的最終空間范圍最大化的原則，設(shè)置并固定至少兩個(gè)位置跟蹤儀，其中，最終空間范圍為各位置跟蹤儀的監(jiān)測(cè)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(shù)工具上安裝含有反光小球的定位參考架，并根據(jù)定位參考架建立手術(shù)工具坐標(biāo)系，

步驟S22：在與病人手術(shù)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(biāo)系，

步驟S23：將各位置跟蹤儀的內(nèi)置坐標(biāo)系作為各位置跟蹤儀坐標(biāo)系。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多位置跟蹤儀的工具實(shí)時(shí)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(zhuǎn)求多值平均的方法確定手術(shù)工具尖點(diǎn)在各位置追蹤儀定位時(shí)手術(shù)工具坐標(biāo)系下的坐標(biāo)；

步驟S32：標(biāo)定手術(shù)工具的軸向向量R；

步驟S33：根據(jù)手術(shù)工具尖點(diǎn)在手術(shù)工具坐標(biāo)系下的坐標(biāo)和手術(shù)工具的軸向向量，求得手術(shù)工具在手術(shù)工具坐標(biāo)系下的尖點(diǎn)坐標(biāo)X(x,y,z)^T和手術(shù)工具的軸向向量R(rx,ry,rz)^T。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種多位置跟蹤儀的工具實(shí)時(shí)定位裝置，其特征在于，所述步驟S31包括：

步驟S311：在手術(shù)工具被各個(gè)位置追蹤儀均定位到的狀態(tài)下，圍繞一個(gè)不動(dòng)點(diǎn)旋轉(zhuǎn)手術(shù)工具；

步驟S312：各位置追蹤儀捕捉設(shè)定個(gè)數(shù)的手術(shù)工具旋轉(zhuǎn)過程中的位置姿態(tài)T_Oij；

步驟S313：取任意連續(xù)兩組計(jì)算手術(shù)工具的尖點(diǎn)坐標(biāo)：

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(shù)工具的尖點(diǎn)坐標(biāo)，R_Oij為轉(zhuǎn)換矩陣T_oij分解而來的旋轉(zhuǎn)矩陣，其中T_oij為第i個(gè)位置追蹤儀捕捉到的手術(shù)工具到其工具坐標(biāo)系的第j個(gè)轉(zhuǎn)換矩陣，t_Oij+1和t_Oij分別為轉(zhuǎn)換矩陣T_oij+1和T_oij分解得到的平移向量，n為單個(gè)位置追蹤儀捕捉到的位置姿態(tài)的個(gè)數(shù)；

步驟S314：求取平均值得到在第i個(gè)位置追蹤儀定位時(shí)手術(shù)工具尖點(diǎn)在手術(shù)工具坐標(biāo)系下的坐標(biāo)X_i：

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種多位置跟蹤儀的工具實(shí)時(shí)定位裝置，其特征在于，所述步驟S32包括：

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

步驟S322：根據(jù)下式求得手術(shù)工具在手術(shù)工具坐標(biāo)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(shù)工具坐標(biāo)系到第i個(gè)位置追蹤儀坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換矩陣，T_Ci為標(biāo)定工具坐標(biāo)系到第i個(gè)位置追蹤儀坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換矩陣。