一种手术导航工具的标定方法
【专利摘要】一种手术导航工具的标定方法，它属于手术导航领域。它采用的标定方法是：1)、将尖端固定在一个点；2)、固定该点，向任意方向转动手术器械，同时令追踪器对手术器械的位置和方向信息进行采样；3)、计算尖端的位置和误差；4)、接受误差，结束标定；或者拒绝误差，重新进行标定；5)、固定手术器械的主轴；6)、围绕主轴旋转手术器械，同时对位置和方向进行采样；7)、计算主轴的方向；本发明通过以主轴为旋转轴进行旋转，传感器进行多次采样，循环校正，保证了标定的精度；适用于各种6自由度的导航传感器及各个类型的手术器械的尖端、轴线的标定，同时还可以兼容任何6自由度的导航工具。
【专利说明】
一种手术导航工具的标定方法
技术领域
[0001] 本发明属于手术导航领域，具体涉及一种手术导航工具的标定方法。
【背景技术】
[0002] 众所周知，不同手术器械厂家所生产的工具尺寸有很大区别，通常手术导航器械 的形状、尺寸、追踪器的位置都是严格定义的。导航过程中，导航系统根据这些精确的信息 计算出手术器械的位置以及方向。然而，这种高度的定制性限制了手术导航的广泛应用。手 术器械的种类很多，为每种器械都定制追踪器成本很高。
[0003] 专利CN201389080Y公布了一种手术导航器械的通用标准模块，然而该专利所描述 的标定模块只能局限于光学导航设备，不能标定电磁导航设备。另外，该模块在标定主轴的 时候，需要手动将工具摆放到固定的位置，该方法有很大的局限性，如果手术器械的体积较 大，形状不规则，造成传感器方向与轴线方向偏离过大，使用该方法会造成很大的误差。
[0004] 综上所述，将手术器械用于手术导航的过程中，导航系统需要获得手术器械的尖 端位置信息以及轴线方向的信息。因此，需要一种方法帮助医生标定追踪传感器和手术器 械的位置关系。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于针对现有技术的缺陷和不足，提供一种手术导航工具的标定方 法，它通过以主轴为旋转轴进行旋转，传感器进行多次采样，循环校正，保证了标定的精度； 适用于各种6自由度的导航传感器及各个类型的手术器械的尖端、轴线的标定，同时还可以 兼容任何6自由度的导航工具。
[0006] 为实现上述目的，本发明采用的标定方法是：
[0007] 1)、将尖端固定在一个点；
[0008] 2)、固定该点，向任意方向转动手术器械，同时令追踪器对手术器械的位置和方向 信息进行采样；
[0009] 3)、计算尖端的位置和误差；
[0010] 4)、接受误差，结束标定;或者拒绝误差，重新进行标定；
[0011] 5)、固定手术器械的主轴；
[0012] 6)、围绕主轴旋转手术器械，同时对位置和方向进行采样；
[0013] 7)、计算主轴的方向。
[0014] 本发明有益效果为:通过以主轴为旋转轴进行旋转，传感器进行多次采样，循环校 正，保证了标定的精度;适用于各种6自由度的导航传感器及各个类型的手术器械的尖端、 轴线的标定，同时还可以兼容任何6自由度的导航工具。
【附图说明】
[0015] 图1是本发明标定方法计算的示意图。
【具体实施方式】
[0016]为了便于本领域普通技术人员理解和实施本发明，下面结合附图和实施例对本发 明作进一步的详细描述，应当理解，此处所描述的实施示例仅用于说明和解释本发明，并不 用于限定本发明。
[0017]参看如图1所示，本【具体实施方式】采用以下标定方法：
[0018] 1)、将尖端固定在一个点；
[0019] 2)、固定该点，向任意方向转动手术器械，同时令追踪器对手术器械的位置和方向 信息进行采样；
[0020] 3)、计算尖端的位置和误差；
[0021 ] 4)、接受误差，结束标定;或者拒绝误差，重新进行标定；
[0022] 5)、固定手术器械的主轴；
[0023] 6)、围绕主轴旋转手术器械，同时对位置和方向进行采样；
[0024] 7)、计算主轴的方向。
[0025]本【具体实施方式】从追踪传感器传回的位置和方向信息可以表示为：[Rntd;首先 计算手术器械尖端的平移变换，表示为tflX(3d;待标定的工具绕着目标点任意转动，得到一系 列的采样点；从传感器的坐标和方向得到目标点的方法可以表示为:Ritti P+ti = tfixed。其中 的未知量为ttip和tfixed。
[0027] 通过最小二乘法求伪逆矩阵，可以得到ttip，然后计算传感器到手术工具轴线的旋 转矩阵，表示为Rrot，主轴方向信息表示为R_。
[0028] 所述的传感器到手术工具轴线的旋转矩阵的旋转过程可以表示为:RrotRiiR^。
[0029] 本【具体实施方式】通过以主轴为旋转轴进行旋转，传感器进行多次采样，循环校正， 保证了标定的精度;适用于各种6自由度的导航传感器及各个类型的手术器械的尖端、轴线 的标定，同时还可以兼容任何6自由度的导航工具。
[0030] 应当理解的是，上述针对较佳实施例的描述较为详细，并不能因此而认为是对本 发明专利保护范围的限制，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明权 利要求所保护的范围情况下，还可以做出替换或变形，均落入本发明的保护范围之内，本发 明请求保护范围应以所附权利要求为准。
【主权项】
1. 一种手术导航工具的标定方法，其特征在于它采用的标定方法是： 1) 、将尖端固定在一个点； 2) 、固定该点，向任意方向转动手术器械，同时令追踪器对手术器械的位置和方向信息 进行采样； 3) 、计算尖端的位置和误差； 4) 、接受误差，结束标定;或者拒绝误差，重新进行标定； 5) 、固定手术器械的主轴； 6 )、围绕主轴旋转手术器械，同时对位置和方向进行采样； 7)、计算主轴的方向。2. 根据权利要求1所述的一种手术导航工具的标定方法，其特征在于标定方法步骤中 从追踪传感器传回的位置和方向信息可W表示为：[Ri，ti]。3. 根据权利要求1所述的一种手术导航工具的标定方法，其特征在于标定方法步骤中 首先计算手术器械尖端的平移变换，表示为tfixed ;待标定的工具绕着目标点任意转动，得到 一系列的义样点。4. 根据权利要求1所述的一种手术导航工具的标定方法，其特征在于标定方法步骤中 从传感器的坐标和方向得到目标点的方法可W表示为:Rittip + ti = tfixed;其中的未知量为 ttip 和；通过最小二乘法求伪逆矩阵，可W得到ttip，然后计算传感器到手术工具轴线的旋转矩 阵，表示为Rrot,主轴方向信息表示为Raxe。5. 根据权利要求4所述的一种手术导航工具的标定方法，其特征在于标定方法步骤中 所述的传感器到手术工具轴线的旋转矩阵的旋转过程可W表示为:RrDtRi = Raxe。
【文档编号】A61B34/10GK105902312SQ201610341175
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年5月20日
【发明人】石海利, 李乐宁
【申请人】深圳市智图医疗技术有限责任公司