专利名称：一种标定模的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种标定装置，特别是关于一种在图像导航治疗手术中使用 的标定模。
技术背景在某些传统的手术中，病灶不能直接用肉眼观察，例如不开刀的微创手术或 者无创手术，或者不方便用肉眼观察，例如脑部神经外科手术，医生只能凭借肉 眼观察病灶的图像，凭经验将手术器械放置到目标位置，这种方式造成的手术器 件和病灶部位定位之间的误差，会拖延手术的时间，影响手术的质量，特别是这 种误差有时会给患者带来不必要的痛苦和损伤。手术导航系统是在医学影像设备，包括磁共振成像设备、计算机断层扫描设备(CT)、 C型臂、X线设备、超声波成 像系统等，所成图像的引导下，利用跟踪系统测量手术器械的位置，从而可以把 病灶的图像和虚拟手术器械融合并显示在屏幕上，帮助医生精确定位病灶和手术 器械的位置，并观察病灶周围的器官和组织，帮助医生避开重要的器官和组织， 将手术器械安全地放置到抵达预定地点，以便完成治疗。手术导航设备进入外科 并用计算机改进或完善了外科医师的能力以进行各项操作，在一定程度上降低了 外科治疗所造成的损伤，缩短了手术时间。最新的导航技术是将病灶图片和虚拟 的手术器械放到同一个坐标系下观测，即显示在同一个工作屏幕上(如液晶屏幕、 投影屏幕或者其它形式的显示器材)，并且屏幕上两者的相对位置和实际的病灶与 手术器械的相对位置相同，从而医生可以通过观察观测屏幕既能看到病灶，也能 看到手术器械，进而准确而快速地将手术器械放置到目标位置。图像导航手术实现的关键在于建立固定成像设备坐标系图像坐标系与手术器械坐标系之间的转换关系，为实现这一坐标转换，需要借助一个标定装置，以完成各转换关系之间的标定过程。发明内容针对上述问题，本实用新型的目的是提供一种在手术导航系统进行坐标系变 换中使用的标定模。为实现上述目的，本实用新型采取以下技术方案 一种标定模，其特征在于 它包括标定模本体，在所述本体内设置有至少三个不共线能够被成像设备识别组 成标志特征点集I的特征点，在所述本体的外表面设置有至少三个不共线能够被跟踪系统跟踪组成示踪特征点集II的特征点，特征点集I与特征点集II的位置 关系已知。所述特征点集I的特征点为三个，其分别位于所述本体的同一平面内。 所述特征点集I的特征点为四个，其不对称地位于所述本体的两个侧面内，两两对角、且两侧相互交错。所述特征点集I的特征点为设置在所述本体内安装孔中的特征标记物，所述特征标记物内设置有可被成像设备识别的物质，所述特征标记物呈中心对称的立体形状。所述特征点集II的特征点为在所述本体一侧外表面不对称设置的三个或四个 特征示踪物。所述本体上设置有安装孔的两侧，分别封接一盖板，所述本体的顶部设置有一提手。本实用新型由于采取以上技术方案，其具有以下优点1、本实用新型由于在 标定模本体内设置了能够被成像设备成像并分析得到的特征点集I，在标定模本体 表面设置了能够通过示踪器系统识别测量得到特征点集II，同时由于特征点集I 与特征点集II之间的关系确定，因此只要知道其中一个特征点集中特征点的坐标， 就能推算出另一特征点集中特征点的坐标，通过它们之间的关系便可以建立成像 设备坐标系和跟踪系统坐标系之间的变换关系，实现本实用新型进行标定和坐标 系变换的目的。2、本实用新型结构简单，操作方便，单次标定时间很短，可以广 泛用于各种坐标的标定中，特别是在手术导航系统中可以将病灶和手术器械变换 在同一个坐标系统内显示，可以方便医生进行手术操作。
图1是本实用新型结构示意图图2是与图1相对一面的结构示意图 图3是本实用新型设置有平板一侧的正视示意图 图4是本实用新型本体结构示意图 图5是本实用新型平板结构示意图 图6 8本实用新型特征点集I分布示意图 图9 11本实用新型特征点集I另一种分布示意图 图12是本实用新型特征点集II分布示意图具体实施方式
以下结合附图和实施例对本实用新型进行详细的描述。如图1 5所示，本实用新型包括一由尼龙材料或其它材料制成的长方形标定 模本体l，在本体l的两相对的侧面，相互交错的对角上不对称地设置四个安装 孔2，即在本体1的一个侧面对角地设置两个安装孔2，在本体1另一个侧面对角地设置另两个安装孔2，四个安装孔2不对称地设置在四个角上。在每一个安 装孔2中通过粘接或其它方式连接一个特征标记物3。四个特征标记物3的四个 中心构成特征点集I的四个特征点31、 32、 33、 34。在本体1的设置安装孔2 以外的一个侧面通过螺钉4固定一平板5，在平板5的四个角上不对称地设置有 四个特征示踪物6，四个特征示踪物6的四个中心构成特征点集II的四个的特征 点61、 62、 63、 64。上述实施例中，可以在本体l的顶部设置有一提手7，以提拿使用方便。在本 体1的两侧面可以分别设置一个盖板8将两侧封闭，使本实用新型的整体更加完 善。上述实施例中，特征点集I的四个特征标记物3可以是空心的球体、方体、 椭球体、圆柱体、长方体等中心对称的立体形状(下面以空心球体为例说明)，四 个空心球体内分别充入成像设备可识别的物质，该物质可以是植物油、硫酸铜溶 液等。特征点集II的四个特征示踪物6可以是示踪球，或其它示踪结构，例如有 源的发光装置或电磁导航系统中的传感器。如图6、图7、图8所示，特征点集I的特征标记物3的位置要满足从本体的 有特征示踪物6的正面、侧面和顶面三个方向，将特征标记物3的四个特征点31、 32、 33、 34分别投影在一个平面上时，特征标记物3的投影形状彼此均没有重合。 充入物质的特征标记物3和特征示踪物6的相对位置关系可以用精密的坐标测量 仪器(例如三维扫描仪)测量得到，也可以通过机械加工保证其符合设计的相对 位置关系。本实用新型一旦加工完成，各特征点集I、 II的各特征点之间的相互 位置便是确定的，可以将各特征点的标号输入计算机，以方便随时取用。上述各实施例中，特征点集I中特征点的数量和位置是可以变化的，比如设 置在本体1内的特征标记物3为位于同一平面内但不共线的三个特征点31、 32、 33 (如图9 11所示)，又比如，组成特征点集I特征点的数量为不对称设置的五 个、六个等，但至少要有不共线的三个。当特征点为三个以上时，特征点可以不 在同一平面内。特征点集II各特征点的数量也是可以变化的(如图12所示)，但 至少也要有三个不共线的特征点61、 62、 63。特征点集II的数量与特征点集I 的数量可以相同，也可以不相同。本实用新型主要是用于标定和检验各坐标系之间的相互位置，由于特征点集I的特征点能够从固定成像设备所成的图像中分析得到，特征点集II的特征点能够 被跟踪系统识别测量得到，并且特征点集I与特征点集II之间的关系已知(称为 标定模的几何信息)，只要知道其中特征点集I中特征点或者特征点集II中特征 点的坐标，就能推算出特征点集II中特征点或特征点集I中特征点的坐标，通过 它们之间的关系便可以建立固定成像设备坐标系和跟踪系统坐标系之间的变换关 系。
权利要求1、一种标定模，其特征在于它包括标定模本体，在所述本体内设置有至少三个不共线能够被成像设备识别组成标志特征点集I的特征点，在所述本体的外表面设置有至少三个不共线能够被跟踪系统跟踪组成示踪特征点集II的特征点，特征点集I与特征点集II的位置关系已知。
2、 如权利要求1所述的一种标定模，其特征在于所述特征点集I的特征点 为三个，其分别位于所述本体的同一平面内。
3、 如权利要求1所述的一种标定模，其特征在于所述特征点集I的特征点 为四个，其不对称地位于所述本体的两个侧面内，两两对角、且两侧相互交错。
4、 如权利要求1或2或3所述的一种标定模，其特征在于所述特征点集I 的特征点为设置在所述本体内安装孔中的特征标记物，所述特征标记物内设置有 可被成像设备识别的物质，所述特征标记物呈中心对称的立体形状。
5、 如权利要求1或2或3所述的一种标定模，其特征在于所述特征点集II 的特征点为在所述本体一侧外表面不对称设置的三个特征示踪物。
6、 如权利要求4所述的一种标定模，其特征在于所述特征点集II的特征 点为在所述本体一侧外表面不对称设置的三个特征示踪物。
7、 如权利要求1或2或3所述的一种标定模，其特征在于所述特征点集II 的特征点为在所述本体一侧外表面不对称设置的四个特征示踪物。
8、 如权利要求4所述的一种标定模，其特征在于所述特征点集II的特征 点为在所述本体一侧外表面不对称设置的四个特征示踪物。
9、 如权利要求1或2或3或6或8所述的一种标定模，其特征在于所述本体上设置有安装孔的两恻，分别封接一盖板，所述本体的顶部设置有一提手。
10、 如权利要求7所述的一种标定模，其特征在于所述本体上设置有安装孔的两侧，分别封接一盖板，所述本体的顶部设置有一提手。
专利摘要本实用新型涉及一种标定模，其特征在于它包括标定模本体，在所述本体内设置有至少三个不共线能够被成像设备识别组成特征点集I的特征点，在所述本体的外表面设置有至少三个不共线能够被跟踪系统跟踪组成特征点集II的特征点，特征点集I与特征点集II的位置关系已知。本实用新型特征点集I与特征点集II之间的关系确定的，只要知道其中一个特征点集中特征点的坐标，就能推算出另一特征点集中特征点的坐标，通过它们之间的关系便可以建立成像设备坐标系和跟踪系统坐标系之间的变换关系。本实用新型结构简单，操作方便，单次标定时间很短，可以广泛用于各种坐标的标定中，特别是在手术导航系统将病灶和手术器械变换在同一个坐标系统内显示。
文档编号A61B19/00GK201085689SQ20072017534
公开日2008年7月16日 申请日期2007年9月5日 优先权日2007年7月23日
发明者亮 代, 刘华根, 解焕南, 磊 赵, 巍 韦 申请人:新奥博为技术有限公司