[發明專利]一種三維圖像專用定位標尺、手術導航系統及其定位方法

在審

• 申請號: 202110112288.1
• 申請日: 2021-01-27
• 公開（公告）號: CN112932667A
• 公開（公告）日: 2021-06-11
• 發明（設計）人: 周振宇;羅丹
• 申請（專利權）人: 南京逸動智能科技有限責任公司
• 主分類號: A61B34/20
• 分類號: A61B34/20;A61B34/10
• 代理公司: 南京知識律師事務所 32207
• 代理人: 張蘇沛

1.一種三維圖像專用定位標尺，其能夠調整角度，其特征在于：它包括一標定器、一底座、一和底座配合旋轉部件、一標定器連接桿、一用于緊固底座和克氏針緊固螺釘一、一用于緊固底座和旋轉部件緊固螺釘二和一用于緊固標定器和標定器連接桿緊固螺釘三；

所述標定器一端與所述標定器連接桿連接，實現繞標定器連接桿旋轉任意角度，所述標定器面上設置不少于三個且不在同一條直線上的標記點。

2.根據權利要求1所述的三維圖像專用定位標尺，其特征在于：所述標定器表面為可透X光的材料制成，所述標記點包括一個不透X光部件和一個可透X光圓形貼片，所述不透X光部件使用不透X光材料制成，能夠在CT所生成的圖中清晰識別出來，所述圓形貼片為可透X光材料制成，圓形貼片表面可反射紅外光，可被光學跟蹤器識別位置。

3.根據權利要求2所述的三維圖像專用定位標尺，其特征在于：所述不透X光部件與圓形貼片分開設置或合并設置，所述合并設置包括所述不透X光部件的中心與所述圓形貼片的圓心重合設置。

4.根據權利要求1或2所述的三維圖像專用定位標尺，其特征在于：所述標定器表面上的各標記點的排布形狀具有各向異性，任意兩個標記點之間的距離均不相等。

5.根據權利要求1所述的三維圖像專用定位標尺，其特征在于：和底座配合的旋轉部件以垂直于標定器連接桿旋轉，實現標尺在另外一個方向上的旋轉，易于調節標尺的角度。

6.一種手術導航系統，其特征在于：包括一手術機器人、一上位機、一光學跟蹤器、一機器人示蹤器、一三維成像設備以及如權利要求1只5之一所述三維圖像專用定位標尺；

所述手術機器人為一具有至少三個平移自由度和三個旋轉自由度的機械臂；

所述上位機與所述手術機器人、所述光學跟蹤器連接，用于對所述手術機器人的運動進行控制和讀取光學跟蹤器識別的標記點的坐標；

所述手術機器人的末端可拆卸機器人示蹤器；所述機器人示蹤器是由光學跟蹤器讀取的工具；

所述光學跟蹤器是可以識別機器人示蹤器和所述三維圖像專用定位標尺的空間坐標并把數據傳給上位機；

所述三維成像設備用于掃描所述三維圖像專用定位標尺和患者手術部位并將標記點圖像和患者圖像傳輸給所述上位機；所述上位機對圖像中標記點與所述三維圖像專用定位標尺上的標記點進行對應識別。

7.根據權利要求6所述的手術導航系統，其特征在于：

它還包括導向器，所述導向器與所述手術機器人的末端可拆卸地連接。

8.一種定位方法，其特征在于，它包括以下步驟：

步驟一、將三維圖像專用定位標尺通過克氏針固定在患者身體手術部位表面，采用三維成像設備對三維圖像專用定位標尺和患者手術部位共同進行掃描，三維成像設備獲取三維圖像專用定位標尺上的標記點的圖像和患者圖像，并傳輸給上位機；與此同時，光學跟蹤器獲取三維圖像定位標尺的坐標并傳輸給上位機；

步驟二、上位機對圖像中的標記點與預先設置的標記點幾何特征循環進行比較，實現三維圖像專用定位標尺中的標記點與圖像中的標記點的對應識別；

步驟三、上位機通過三維圖像專用定位標尺上的標記點與光學跟蹤器讀取的標記點之間的坐標關系，計算出患者圖像與光學跟蹤器之間的坐標變換關系；

步驟四、根據患者圖像與光學跟蹤器之間的坐標變換關系，計算出患者圖像中任意點對應的空間點在光學坐標系下的坐標；

步驟五、醫生在患者圖像中規劃手術路徑，可直接轉到光學跟蹤器坐標系下的手術路徑；

步驟六、將三維圖像專用定位標尺旋轉到不阻礙手術路徑的位置，作為術中患者位置是否移動的示蹤器；

步驟七、將機器臂移動到合適的位置，光學跟蹤器讀取機械臂示蹤器的位置，傳遞給上位機，上位機根據傳輸的機械臂示蹤器坐標和機械臂示蹤器在機器臂坐標系中的坐標，計算出機械臂和光學跟蹤器之間的坐標轉化關系；

步驟八、根據已經轉到光學跟蹤器上的手術路徑，計算出在機器臂中的手術路徑。