定位方法、装置、系统及计算机可读存储介质与流程

1.本技术实施例涉及机械设备及通信技术领域，尤其涉及一种定位方法、装置、系统及计算机可读存储介质。


背景技术：

2.在医学检查、手术中，对检查和手术的目标的定位至关重要。定位的方法主要是将ct三维影像与内镜、x光机配准，医生通过对待定位的该目标附近的二维或三维扫描图像判断该目标的位置。具体的，是通过ct和三维重建，在人体三维模型中确认该位置。
3.但是上述方法存在技术缺陷，ct影像与内窥镜影像的路径配准存在误差，对靶点的指向不够精准，以及ct与x光机的靶点配准存在误差，影响定位的准确性。


技术实现要素：

4.本技术实施例提供一种定位方法、装置、系统及计算机可读存储介质，可通过利用超声与x光组合定位的方式获取病灶在预先设置的机械坐标系下的实时坐标，提高定位的精准度。
5.本技术实施例一方面提供了一种定位方法，包括：
6.通过设置有超声探头标记物的超声探头装置，获得待定位的目标的超声影像；
7.根据所述目标的超声影像，得到所述目标在超声探头坐标系下的位置参数，所述超声探头坐标系是基于所述超声探头装置建立的；
8.通过x光图像采集装置获取所述超声探头标记物的x光图像，并根据所述x光图像确定所述超声探头标记物在预先建立的机械坐标系下的位置坐标；
9.根据所述超声探头标记物在所述机械坐标系下的位置坐标和所述目标在所述超声探头坐标系下的位置参数，得到所述目标在所述机械坐标系下的位置坐标。
10.本技术实施例一方面还提供了一种定位装置，包括：
11.获取模块，用于通过设置有超声探头标记物的超声探头装置，获得待定位的目标的超声影像；
12.计算模块，用于根据所述目标的超声影像，得到所述目标在超声探头坐标系下的位置参数，所述超声探头坐标系是基于所述超声探头装置建立的；
13.所述获取模块，还用于通过x光图像采集装置获取所述超声探头标记物的x光图像；
14.确定模块，用于根据所述x光图像确定所述超声探头标记物在预先建立的机械坐标系下的位置坐标；
15.所述计算模块，还用于根据所述超声探头标记物在所述机械坐标系下的位置坐标和所述目标在所述超声探头坐标系下的位置参数，得到所述目标在所述机械坐标系下的位置坐标。
16.本技术实施例一方面还提供了一种电子装置，包括：
17.存储器和处理器；
18.所述存储器存储有可执行计算机程序；
19.与所述存储器耦合的所述处理器，调用所述存储器中存储的所述可执行计算机程序，执行如上述定位方法中的各步骤。
20.本技术实施例一方面还提供一种定位系统，包括：超声探测装置、x光图像采集装置、超声探头标记物、信号转换装置以及处理器；
21.其中，所述处理器用于执行如上述定位方法中的各步骤。
22.本技术实施例一方面还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序在被处理器运行时，实现如上述实施例提供的定位方法。
23.从上述本技术各实施例可知，本技术通过设置有超声探头标记物的超声探头装置，获得待定位的目标的超声影像根据该目标的超声影像，得到该目标在超声探头坐标系下的位置参数，该超声探头坐标系是基于该超声探头装置建立的，通过x光图像采集装置获取该超声探头标记物的x光图像，并根据该x光图像确定该超声探头标记物在预先建立的机械坐标系下的位置坐标，根据该超声探头标记物在该机械坐标系下的位置坐标和该目标在该超声探头坐标系下的位置参数，得到该目标在该机械坐标系下的位置坐标，可利用超声与x光组合定位的方式获取病灶在机械坐标系下的实时坐标，实现对无法单独用x光或超声定位的含有气体的软体组织的精确定位。
附图说明
24.为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本技术的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
25.图1为本技术一实施例提供的定位系统的结构示意图；
26.图2为图1所示定位系统中超声探测装置的导管的一结构切面示意图；
27.图3a至图3d为图1所示定位系统中超声探头标记物的形态的示意图；
28.图4为图1所示定位系统中超声探测装置的导管的另一结构切面示意图；
29.图5为本技术一实施例提供的定位方法的实现流程图；
30.图6为本技术一实施例提供的x光机的整体结构示意；
31.图7为图6所示x光机的一局部放大图，其显示所述发射端stewart平台；
32.图8为图6所示x光机的另一局部放大图，其显示所述接收端stewart平台；
33.图9为本技术一实施例提供的x光机控制方法的实现流程图；
34.图10为接收端stewart平台的静平台坐标系s
tre-x
streystrezstre
和动平台坐标系m
re-x
mreymrezmre
的示意图；
35.图11为发射端stewart平台的静平台坐标系s
ttr-x
sttrysttrzsttr
和动平台坐标系m
tr-x
mtrymtrzmtr
的示意图；
36.图12为发射端stewart平台和接收端stewart平台对射示意图；
37.图13为发射端stewart平台和接收端stewart平台的位置变化示意图；
38.图14为主操作手对x光发射端stewart并联平台以及x光接收端stewart并联平台
的控制示意图；
39.图15为超声影像获取示意图；
40.图16为与图15对应的探头坐标系的一示意图；
41.图17为超声探头再次旋转得到的超声探测面的示意图；
42.图18为超声探测计算位置的原理示意图；
43.图19为配准到x光图像采集装置获取的x光图像上的目标靶点的空间坐标的示意图；
44.图20为配准到ct扫描获得的虚拟影像中的病灶位置的示意图；
45.图21为穿刺针的针尖位置与本次拍摄获得的带虚拟靶点的对比示意图；
46.图22为图1所示定位系统中导管的另一结构示意图；
47.图23至图26为图1所示定位系统中导管的工作原理示意图；
48.图27为本技术一实施例提供的定位装置的结构示意图；
49.图28为本技术一实施例提供的电子装置的硬件结构示意图。
具体实施方式
50.为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
51.在本技术的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。
52.在本技术中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，也可以是成一体；可以是机械连接，也可以是电连接，也可以是通讯连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介的间接连接，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。下面以具体地实施例对本技术的技术方案进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例不再赘述。
53.参见图1，本技术一实施例提供的定位系统的结构示意图。如图1所示，该定位系统包括：超声探测装置101、x光图像采集装置102、超声探头标记物103、信号转换装置104以及处理器105。
54.其中，如图2所示，超声探头标记物103和信号转换装置104安装在超声探测装置101上。具体的，超声探头标记物103和信号转换装置104(如，超声换能器)配置在超声探测装置101的导管111上，优选为导管111的内部，如超声探测装置101的导管111的前端的内部，如超声探头上。其中，该超声探头可选地为机械式探头，通过旋转扫描进行成像。或者，该超声探头也可为相控阵式探头，不需要旋转即可成像。利用探头检测到病灶后，可控制超
声探头停止旋转并直接用x光获取探测面、靶点的空间位置以及目标靶点在探测面内的角度信息，不需要使探头停转再获取超声换能器的起始方向。
55.超声探测装置101的导管111为具有水囊结构112的血管内超声导管，以使其能在气体环境中应用。导管111的鞘管末端设置有水囊结构以及密封结构，且鞘管可注水。将血管内超声导管插入鞘管内，鞘管带着超声导管进入支气管，避免超声导管应过软而弯折。在鞘管中注水后，可使得超声导管处于类似于血管的环境中使旋转更顺畅。鞘管末端的水囊在注水后可膨胀，使水囊表面紧密接触气管壁，从而使超声探头在液体环境中得到超声影像。
56.如图22所示，导管111包括：转接头、导管本体、水囊。导管本体的一端与转接头固定连接，另一端与水囊固定连接。转接头一端用于连接注水器，另一端是密封面，中间有小孔，可供超声导管接入。结合图23至图26，导管111的工作原理在于：注水器将水注入鞘管，使水囊膨胀接触气管壁，从而使血管内超声系统获得探头周围的超声影像。
57.超声探头标记物103可以是在x射线下能够显影的金属标记物或光学标记物。在一个实施例中，该标记物可以反映出超声探头的位置，还可以反映出超声探头的姿态。在一个例子中，该标记物通常不为规则的几何物体(例如正方体、球体等)，否则在x光的投影下难以辨别姿态。在一个例子中，该标记物可以为能指示方向的立体结构。优选的，超声探头标记物103包括定位结构，该定位结构用于定位超声探头标记物103的轮廓上的不同位置，进而实现对超声探头的位置或方向的定位，具体例如图18中所示的标记物上包括缺口和箭头的定位结构1031。
58.超声探头标记物103优选为金属标记物，用于在x光下指示超声探头的起始位置，通过测量超声探头标记物103的位置，可以测量目标靶点在探测面内与起始位置的角度，从而得到目标靶点在空间中的具体坐标。标记物的形态不是唯一的，作为示例，标记物的形态具体可参见图3a至图3d所示。在实际应用中，根据需要，标记物还可以具有其他形态，本技术不做具体限定。
59.超声探头标记物103在超声导管中的安装位置不唯一，如图2所示，优选地将超声探头标记物103安装在信号转换装置104的下方。或者，超声探头标记物103也可以安装在超声导管的其他位置，只需使标记物103指向与信号转换装置104的方向一致即可，如图4所示的信号转换装置104的上方。
60.超声探测装置101，用于采集身体内某一部位的超声图像，确定靶点的方位。
61.x光图像采集装置102，用于采集身体部位的x射线图像，并且该身体部分定位上述超声探头；上述置入超声探测装置101中的超声探头标记物103(如，显影环或者金属片)用于在x射线影像成像时，确定超声探测装置101相对于靶点的位置，具体如下文图5所示的实施例，这里暂不赘述；信号转换装置104用于将声波信号转换为电信号；处理器105被配置为用于确定超声探头的位置，将x射线图像和超声图像结合确定出超声探测装置101的位置，以及解算出靶点的几何方位，具体可以参见下文图5所示的实施例，这里暂不赘述。
62.处理器105分别与超声探测装置101、x光图像采集装置102以及信号转换装置104电性耦合，并与x光图像采集装置102和超声探测装置101进行数据交互，或者，与x光图像采集装置102和信号转换装置104进行数据交互，或者，与x光图像采集装置102、超声探测装置101和信号转换装置104进行数据交互。处理器105根据x光图像采集装置102、以及、超声探
测装置101和/或信号转换装置104发送的数据，实现以下实施例中的定位方法。其中，信号转换装置104可以直接将数据输出至处理器105，或者将数据经超声探测装置101的处理器处理后转发给处理器105。
63.在一个实施例中，处理器105还可用于规划经皮穿刺的路径，靶点穿刺路径规划主要通过与医学影像结合的方法确定的靶点的位置。
64.上述定位系统中各装置实现各自功能的具体过程可参考以下各方法实施例的相关描述，此处不再赘述。
65.可以理解的，为便于理解，图2和图4仅示出了超声探测装置101的部分结构，在实际应用中，超声探测装置101根据需要还可具有更多或更少的结构。
66.优选的，本技术一实施例还提供一种x光机，可作为上述定位系统以及下述定位方法实施例中的x光图像采集装置102。
67.在一个实施例中，本技术提供的x光机为双stewart平台对射x光机，包括：发射端stewart平台机械臂(以下简称发射端stewart平台)、x光的发射器、x光的接收器、接收端stewart平台机械臂、位置传感器和控制处理装置。
68.其中，x光发射器固定在具有多自由度机械臂的手术机器人的一只机械臂的末端，x光接收器在手术床板下方安装。在一个实施例中，可以通过接收端stewart平台机械臂来调节该x光接收器的位置和角度。例如，可以在手术床底座或者地板上安装一个可移动的接收端stewart平台机械臂，并将x光接收器安装在接收端stewart平台机械臂上，从而可以通过接收端stewart平台机械臂(以下简称接收端stewart平台)来调节x光接收器的位置和角度。
69.利用发射端和接收端这两个stewart平台灵活调节x光的发射器和接收器的位置，保证发射器与接收器始终轴线重合，根据医生的需求获得病人不同方位的透视影像。
70.控制处理装置接收发射器和接收器上的位置传感器的信号，医生通过主操作手控制发射器到达预期的透视位置。具体地，根据已知的发射器的位置信息，计算接收器应到达的接收位置，并驱动接收端stewart平台调整该接收器到达该接收位置，从而始终保证发射器和接收器在同一轴线上，即，接收器的平面实时与发射器的平面平行，且发射端stewart平台和接收端stewart平台的中垂线实时重合，这样发射端发出的x光线实时能被接收端接收，可保证透视成像的效果。
71.结合图6至图8，该x光机具体结构及控制方法如下：
72.参见图6，图6为本技术一实施例提供的x光机的结构示意图，该x光机可分为分布在手术床上下两侧的x光发射端和x光接收端；其中，x光发射端包括机械臂10、与机械臂10连接的发射端stewart平台20，以及，与发射端stewart平台20连接的x光发射器30；x光接收端包括用于接收来自x光发射器30发射的x射线的x光接收器40、以及与x光接收器40连接的接收端stewart平台50，其中x光发射器30与x光接收器40能够在机械臂10、发射端stewart平台20、以及接收端stewart平台50的驱动下保持轴线重合。
73.通过采用两个stewart平台(即发射端stewart平台20与接收端stewart平台50)，可实现灵活精确的术中透视位置与角度调整，使得x光发射器30与x射线发射器40能位于同一轴线，从而保证x射线透射成像效果，并解决了c型臂占用术中空间、与手术器械或者手术机器人发生干涉的问题。
74.图7为图6所示x光机的发射端stewart平台20的放大示意图。如图7所示，在本实施例中，发射端stewart平台20为一六自由度并联机构，包括发射端静平台21、发射端动平台22、以及连接于发射端静平台21和发射端动平台22之间的六个发射端伸缩元件23。
75.可选地，发射端静平台21与六个发射端伸缩元件23的一端采用u幅铰接或者球铰接的方法连接。本实施例中，发射端静平台21可以在x轴和y轴方向转动，但是限制了z轴方向的自由度。发射端伸缩元件23由电机和丝杠组成，通过电机驱动丝杠使其自由伸缩，从而改变发射端动平台22的运动状态。六个发射端伸缩元件23按照一定规律排列，使得发射端伸缩元件23的偏转角度较小。优选地，发射端伸缩元件23与z轴的偏转角度范围在
±
20
°
之间。本实施例中，发射端动平台22的直径小于发射端静平台21的直径。发射端动平台22的运动状态由六个发射端伸缩元件23的长度变化控制，且可实现x轴、y轴和z轴三个方向的转动。
76.发射端stewart平台20的发射端静平台21与机械臂10固定连接，发射端stewart平台20的发射端动平台22与x光发射器30固定连接。
77.x光机还包括机器人立柱60、以及连接于机器人立柱60的多个机械臂10。x射线发射器30位于多个所述机械臂10的其中一个机械臂10的末端。具体地，发射端stewart平台20连接于其中一个机械臂10的末端，x光发射器30连接于发射端stewart平台20的发射端动平台22。
78.图6中，机械臂10包括旋转机构11、第一伸缩机构12、以及第二伸缩机构13。旋转机构11的一端与机器人立柱60可转动地连接，另一端与第一伸缩机构12的一端连接。第一伸缩机构12的另一端与第二伸缩机构13的一端可转动地连接。第二伸缩机构13的另一端与发射端stewart平台20的发射端静平台21连接。
79.图8为图6所示x光机的接收端stewart平台50的局部放大图，接收端stewart平台50为一六自由度并联机构，包括接收端静平台51、接收端动平台52、以及连接于接收端静平台51和接收端动平台52之间的六个接收端伸缩元件53。
80.可选地，接收端静平台51与六个接收端伸缩元件53的一端采用u幅铰接或者球铰接的方法连接。本实施例中，接收端静平台51可以在x轴和y轴方向转动，但是限制了z轴方向的自由度。接收端伸缩元件53由电机和丝杠组成，通过电机驱动丝杠使其自由伸缩，从而改变接收端动平台52的运动状态。六个接收端伸缩元件53按照一定规律排列，使得接收端伸缩元件53的偏转角度较小。优选地，接收端伸缩元件53与z轴的偏转角度范围在
±
20
°
之间。本实施例中，接收端动平台52的直径小于接收端静平台51的直径。接收端动平台52的运动状态由六个接收端伸缩元件53的长度变化控制，且可实现x轴、y轴和z轴三个方向的转动。
81.接收端stewart平台50的接收端静平台51安装于地面，具体安装在一个十字型滑轨上，接收端stewart平台50的接收端动平台52与x光接收器40固定连接。
82.x光机还包括发射端位置传感器、接收端位置传感器、以及与发射端位置传感器和接收端位置传感器电连接的控制处理器。发射端位置传感器用于检测x光发射器30的位置，接收端位置传感器用于检测x光接收器40的位置。控制处理器用于接收发射端位置传感器以及接收端位置传感器的信号，并通过控制发射端stewart平台20和接收端stewart平台50，来控制x光发射器30和x光接收器40到达预期位置。
83.手术中，医生输入预先规划好的基于手术床70的位置信息。若发射端位置传感器检测到x光发射器30没有位于目标透射位置，则控制处理器控制机械臂10和发射端stewart平台20自动运动到规划好的位姿实现x光发射器30定位。接下来，控制处理器根据检测到的x光发射器30的位置信息，计算x光接收器40应到达的接收位置，并据此驱动接收端stewart平台50调整到准确的接收位置，从而保证x光发射器30与x光接收器40始终在同一轴线上，完成不同方位的透射影像，保证透视成像的效果。
84.进一步地，本技术还提供一种x光机控制方法，用于控制该x光机，如图9所示，该方法具体包括以下步骤：
85.步骤s901，建立接收端stewart平台的静平台坐标系stre-x
streystrezstre
和动平台坐标系mre-x
mreymrezmre
；
86.首先，如图10所示，建立接收端stewart平台的静平台坐标系s
tre-x
streystrezstre
和动平台坐标系m
re-x
mreymrezmre
。对应地，如图11所示，建立发射端stewart平台的静平台坐标系s
ttr-x
sttrysttrzsttr
和动平台坐标系m
tr-x
mtrymtrzmtr
。
87.上述坐标系的建立规则包括：接收端静平台的原点位于静平台中心，且xyz轴的方向均各自与机械坐标系的xyz轴平行；接收端动平台的原点位于动平台中心，且初始状态下xyz轴的方向均各自与机械坐标系的xyz轴平行。机械坐标系是指双stewart平台对射x光机的坐标系o-x
oyozo
。机械坐标系设置于机械臂的底座中心，坐标系原点固连于机械臂基座处，z轴由原点竖直向上，y轴由原点指向机械臂，x轴指向符合右手坐标系。滑轨的两条十字交叉的导轨方向分别平行于机械坐标系的x轴和y轴。
88.步骤s902，基于坐标系的建立规则，解算得到接收端静平台坐标系与机械坐标系之间的转换矩阵。
89.具体的，基于上述坐标系的建立规则，可解算得到x光接收端stewart并联平台静平台坐标系与机械坐标系之间的以下转换矩阵：
[0090][0091]
其中，x0，y0，z0分别为初始位置下接收端静平台坐标系原点在机械坐标系下的坐标；x
re
，y
re
分别为接收端静平台沿滑轨向x轴正方向移动的距离和接收端静平台沿滑轨向y轴正方向移动的位移。
[0092]
进一步地，在已知以及，已知机械坐标系与发射端静平台坐标系(即机械臂stewart计算坐标系)以及用户坐标系之间的转换矩阵臂stewart计算坐标系)以及用户坐标系之间的转换矩阵可知接收端静平台坐标系与机械臂stewart计算坐标系以及用户坐标系之间的转换矩阵和分别为：
[0093][0094]
[0095]
根据预设的stewart平台正逆运动学算法，可知发射端动静平台坐标系之间的转换矩阵和接收端动静平台坐标系之间的转换矩阵可求得发射端动平台坐标系与机械坐标系以及用户坐标系之间的转换矩阵和以及，接收端动平台坐标系与机械坐标系以及用户坐标系之间的转换矩阵
[0096][0097][0098][0099][0100]
步骤s903，利用该转换矩阵和预设的x光接收端的控制算法，控制该接收端stewart平台运动。
[0101]
于本步骤中，该x光接收端的控制算法具体如下：
[0102]
如图12所示，在x光发射器的平面与x光接收器的平面互相平行且中垂线重合时，可保证x发射器发出的x光线实时能被x光接收器接收。
[0103]
根据对射原理，发射端stewart平台和接收端stewart平台之间的距离对病灶检测没有影响，因此固定接收端动平台坐标系原点在机械坐标系z轴方向的坐标。接收端stewart平台在滑轨的xy平面内的移动范围较广，因此通过滑轨实现x光接收端在xy平面内的运动，由接收端stewart平台实现接收端的姿态转动。
[0104]
(一)首先将主手的运动映射到发射端stewart平台上，映射规则如下：将主手的平移运动用位移比例系数k进行缩放，旋转角度按原比例映射至发射端stewart平台的动平台上。具体实施方法如下：
[0105]
1、在t0时刻，令主手末端点在用户坐标系下的位姿矩阵为四阶单位矩阵t
m0
：
[0106][0107]
2、在t0时刻，根据已知的被动臂的正运动学和stewart平台正运动学，可解算得发射端动平台坐标系在用户坐标系下的位姿矩阵并将保存为已知值。
[0108]
3、经过一个单位周期t，根据主手正运动学解算得到t时刻主手末端点在用户坐标系下的位姿矩阵t
mt
。
[0109]
4、将主手的平移运动用位移比例系数k进行缩放，旋转角度按原比例映射至发射端动平台，映射矩阵记为t
map
：
[0110][0111]
其中，用t
mtij
表示t
mt
矩阵中第i行第j列的元素。
[0112]
(二)根据上述映射关系解算接收端stewart平台的运动，具体实施方法如下：
[0113]
1、根据映射矩阵t
map
可得发射端动平台坐标系在用户坐标系下的位姿矩阵
[0114][0115]
2、根据用户坐标系与机械坐标系的转换矩阵可得发射端动平台坐标系在机械坐标系下的位姿矩阵
[0116][0117]
3、根据接收端动平台坐标系与发射端动平台坐标系平行且反向，解算接收端动平台在机械坐标系下的姿态矩阵
[0118]
4、根据机械坐标系与接收端静平台坐标系的转换矩阵，解算接收端动平台坐标系在接收端静平台坐标系下的姿态矩阵
[0119]
5、根据和接收端动平台的逆运动学原理，可解算得到接收端stewart平台各关节的运动参数，实现接收端动平台与发射端动平台姿态的对应。
[0120]
(三)根据上述映射关系解算接收端stewart平台在滑轨(或导轨)上的运动参数，具体实施方法如下：
[0121]
1、将接收端stewart平台的动平台原点在机械坐标系下的z坐标记为0z，0z为恒定值；
[0122]
2、通过机械坐标系与发射端动平台的转换矩阵解算得到接收端动平台坐标系原点在发射端动平台坐标系下的z轴坐标
mtr
z；
[0123][0124]
由于接收端动平台坐标系原点位于发射端动平台坐标系z轴上，可得接收端动平台坐标系原点在发射端动平台坐标系下的位置向量台坐标系原点在发射端动平台坐标系下的位置向量
[0125]
3、可通过机械坐标系和发射端动平台坐标系的转换矩阵解算得到接收端动平台坐标系原点在机械坐标系下的位置向量
[0126]
[0127]
接收端动平台坐标系原点在机械坐标系xy方向的坐标，即接收端静平台坐标系原点在机械坐标系xy方向的坐标，从而可得接收端stewart平台在十字型的滑轨上的运动x
re
和y
re
：
[0128][0129][0130]
在上述运动控制中，主操作手对x光发射端stewart并联平台以及x光接收端stewart并联平台的控制，发射端stewart平台控制x光发射器从初始位置到采集位置的角度的变化和坐标的变化，以及接收端stewart平台控制x光接收器从初始位置到采集位置的角度的变化和坐标的变化，如图13和图14所示。
[0131]
通过利用上述方法控制x光接收端stewart平台运动，获得实时x光图像，一方面由于只针对机器人的位置进行控制，因此具有较高的实时性，另一方面，通过将基于x对射平台主动端的运动映射到从动端的并联平台和滑轨上，增大了协作范围。
[0132]
本发明人发现，在微创手术中，准确、快速的手术穿刺时保证手术成功、缩短治疗时间的基础。在微创手术中起主导作用的是穿刺引导，在相关技术中，穿刺引导的方法主要是c臂x光引导和超声引导，但是c臂x光引导无法照出软组织轮廓，超声引导存在穿刺针造影不清晰、引导不够直观等问题，医生通过病灶附近的二维或三维扫描图像判断合适的入针点和入针方向，然后凭借经验手动完成穿刺操作，导致医生难以把握穿刺方向和深度。当使用穿刺机器人进行手术时，机器人对于人体某些部位的病变，无法用单一的医学影像进行定位。以肺结节为例，由于肺部存在气体，无法直接用超声仪器在体外探测病灶，整个肺部均为软组织，也无法通过体外照射x光射线定位病灶。
[0133]
有鉴于此，本技术考虑通过将上述两种方式结合来实时定位病灶，获取病灶在机械坐标系下的坐标。具体的，首先将超声仪器通过导航仪器进入人体肺部内查看病变部位，获得病灶基于超声探头的位置，然后再通过在超声探头上安装的可由体外x光设备识别的标记物，获得超声探头基于体外x光设备的位置，从而得到病灶基于x光设备的位置，即获得病灶在机械坐标系下的位置，最终实现目标靶点与人体的精确配准。
[0134]
结合以下方法中的各步骤，以穿刺机器人为例，具有手术导航系统的穿刺机器人工作原理如下：首先，由穿刺机器人或第三方计算机设备，将扫描的二维图像进行三维合成形成病灶附近的三维图像；然后，由医生通过三维图像判断靶点位置和合适的入针路径并输入导航系统；之后，再由导航系统计算出机器人操作臂的当前状态和目标点并规划出一条轨迹；最后，操作臂按照规划的轨迹完成穿刺定位，再通过进针机构或医生手动完成进针，避免了纯手动操作带来的误差。
[0135]
参见图5，本技术实施例提供的定位方法的实现流程示意图。该方法可应用于图1所示的定位系统，通过处理器105实现。或者，该方法也可应用于计算机设备，该计算机设备通过利用与定位系统之间的数据交互，实现图5所示的方法。其中，处理器105可单独配置在具有数据处理功能的计算机设备中，或者，也可以集成在超声探测装置101或x光图像采集装置102中。其中，具有数据处理功能的计算机设备可以包括但不限于包括例如：手机、平板电脑等各类移动终端，台式计算机，服务器，以及具有手术导航系统的机器人等。
[0136]
具体的，如图5所示，超声与x光组合定位是先通过超声探测装置获得该目标基于
该超声探测装置的位置，该超声探测装置上安装有可由x光图像采集装置识别的超声探头标记物，再通过x光图像采集装置获得超声探头标记物的位置，从而得到该超声探测装置基于该x光图像采集装置的位置，进而得到该目标基于该x光图像采集装置的位置，通过坐标系之间的坐标转换，最终得到该目标在机械坐标系下的位置，该方法包括：
[0137]
步骤s501、通过设置有超声探头标记物的超声探头装置，获得待定位的目标的超声影像；
[0138]
步骤s502、根据该目标的超声影像，得到该目标在超声探头坐标系下的位置参数，该超声探头坐标系是基于该超声探头装置建立的；
[0139]
步骤s503、通过x光图像采集装置获取该超声探头标记物的x光图像，并根据该x光图像确定该超声探头标记物在预先建立的机械坐标系下的位置坐标；
[0140]
步骤s504、根据该超声探头标记物在该机械坐标系下的位置坐标和该目标在该超声探头坐标系下的位置参数，得到该目标在该机械坐标系下的位置坐标。
[0141]
可以理解的，x光图像采集装置与机器人集成在一起，或安装在机器人的机械手臂上，因此，可将基于x光图像采集装置建立的坐标系视为机械坐标系。根据病灶在机械坐标系下的目标位置进行导航，例如，根据该目标位置引导机器人对该病灶执行穿刺操作，或者，消融操作等其他操作。
[0142]
具体的，上述各步骤具体可通过以下方式实现：
[0143]
在步骤1，利用预设的路径规划方法规划手术路径，引导内窥镜(例如气管镜)末端到达病灶附近的支气管。
[0144]
在步骤2，将超声探测装置的超声探头放入鞘管(该鞘管可旋转)的空腔中，并一起从内镜钳道孔插入，直至出现在气管镜视野中。
[0145]
在步骤3，接着旋转超声探测装置的超声导管并获取超声影像，同时，如图15所示，通过鞘管的推进、后撤和末端的调弯来调整超声探测装置的超声探测面，直至发现病灶。可以理解的，上述路径规划方法为已知方法，目前关于路径规划的方法有很多，本技术不做具体限定。
[0146]
在步骤4，寻找病灶较优的切面，并在找到该切面后锁定鞘管的弯曲角度以及超声探头的深度，并停止超声导管的旋转。可选的，可通过利用介入手术机器人上安装的x光图像系统从多个(例如两个)不同的角度对超声导管拍摄x光，在x光图像中选取金属标记物上的3个特征点a、b、c，并计算a、b、c在机械坐标系下的坐标。
[0147]
在步骤5，重新使超声导管旋转，获取以当前金属标记物的指向为起始线的超声探测面，并获取该超声探测面内目标靶点相对起始线的位置信息。
[0148]
在步骤6，根据在步骤4中获取的x光图像计算得到超声探测面在机械坐标系下的坐标，根据在步骤5中获取的超声探测面的影像计算得到目标靶点在超声探测面内的坐标，并通过预设的坐标转换关系，计算得到目标靶点在机械坐标系下的空间坐标。
[0149]
在步骤7，将在步骤6中计算得到的目标靶点在超声探测面内的坐标，通过坐标转换关系配准到在步骤4中获取的x光图像上，以作为穿刺准确性的确认依据。
[0150]
根据本技术实施例，在超声探头装置上设置标记物作为超声探头装置的标记，同时，该标记物可以在x光下显影，使得x光图像中可以显示标记物的位姿，即可以指示超声探头装置的位姿。由于x光图像采集装置与该装置采集到的x光图像之间的位置关系固定，则
可以确定该标记物在x光图像中的位姿来确定该标记物相对于x光图像采集装置的位姿。
[0151]
在一个实施例中，可将在步骤6中计算得到的病灶配准到ct虚拟影像中，然后在ct虚拟影像构成的ct三维模型中根据新的靶点进行二次规划路径，并计算穿刺深度；之后，将超声探头从可调弯鞘管中抽出后，根据新的导航路径操纵导管指向目标靶点；然后，将穿刺针从可调弯鞘管腔内进入，对目标靶点进行穿刺；最后，当穿刺到位后，在与步骤4中相同的两个角度再次拍摄x光，将针尖位置与步骤4中获得的带虚拟靶点的图像作对比，确认穿刺针穿刺到位。
[0152]
下面进一步详细描述，并描述该预设的该平台坐标系与该机械坐标系的转换关系的计算过程，该目标以病灶为例表述。
[0153]
在步骤4中，在找到适合医生观测的较优的病灶切面后，锁定鞘管的弯曲角度以及超声探头的深度，并停止超声导管的旋转。然后，利用安装在机器人上的图6至图8所示的双stewart平台对射x光机，分别从两个不同的拍摄角度对超声导管拍摄x光，得到x光图像。之后，在该x光图像中选取超声探头标记物上可用于描述该超声探头标记物的轮廓的3个轮廓特征点a、b、c，如图16所示，图16为图15所示的超声探头影像对应的超声探头结构及超声探头坐标系的示意图，并计算a、b、c三个点在机械坐标系下的坐标，以计算a点坐标为例，方法如下：
[0154]
首先，将a点标记在x光图像中相对于该x光图像的中心点的位置，例如，可以以x光图像的中心点为原点建立坐标系，并将a点的坐标记为(x1,y1)。同时，根据主操作手(简称主手)的运动，用主从控制算法解算出此时x光发射stewart平台的运动姿态，即动平台至静平台的转换矩阵，记为
[0155]
在实际应用中，可由医生用主手操控持有x光发射端的机械臂对人体进行扫描，当在影像中发现病灶位置时，标记在这一影像中病灶相对于中心点的位置，记为(x1,y1)。
[0156]
其次，操控x光发射端偏转至另一个能看到a点的位置，并采集在该位置下的x光图像。基于该x光图像，标记在这一x光图像中a点相对于中心点的位置，例如以该x光图像的中心点为原点，将a点的坐标记为(x2，y2)；同时，根据主手的运动，用主从控制算法解算出此时x光发射stewart平台的运动姿态，即动平台至静平台的转换矩阵，记为
[0157]
再次，将第一个位置a点在动平台坐标系下的坐标记为(x1，y1，z1)，其中x1，y1是已知量，z1是未知量。将该坐标表示为位置向量，记为根据转换矩阵可得a点在静平台下的坐标：
[0158][0159]
然后，将第二个位置a点在动平台坐标系下的坐标记为(x2，y2，z2)，其中x2，y2是已知量，z2是未知量，将该坐标表示为位置向量，记为根据转换矩阵可得a点在静平台下的坐标：
[0160][0161]
之后，根据a点在静平台坐标系下的位置是不动的，可得到以下方程组：
[0162][0163]
其中表示向量中的第j个元素。
[0164]
然后，求解上述方程组得到z1，z2，通过坐标转换矩阵将a点(或，病灶)在动平台下的坐标转换至机械坐标系下的坐标：
[0165][0166]
基于上述方法，即可得到a点在机械坐标系下的坐标(xa，ya，za)，同理，可得b、c点在机械坐标系下的坐标(xb，yb，zb)和(xc，yc，zc)。
[0167]
进一步的，在上述步骤4中，还需要建立探头坐标系，结合图16，具体建立方式如下：
[0168]
根据a、b、c这3个特征点在机械坐标系下的坐标，计算探头坐标系原点od(xo,yo,zo)，以及探头坐标系z轴在机械坐标系下的方向向量odzd和x轴在机械坐标系下的方向向量odxd。
[0169]
其中，od(xo,yo,zo)：xo＝(xa+xb)/2；yo＝(ya+yb)/2；zo＝(za+zb)/2；odxd＝(x
b-xa,y
b-ya,z
b-za)；
[0170][0171]
y轴的方向向量用odyd表示，由于y轴同时垂直于z轴和x轴，可根据向量积计算公式计算得向量odyd：
[0172]
odyd＝odzd×
odxd＝(l,m,n)；
[0173]
其中，
[0174]
将x轴y轴z轴的向量单位化：
[0175][0175][0175]
[0176]
将x轴y轴z轴的单位化向量组成3x3的向量矩阵
[0177]
已知探头坐标系原点在机械坐标系下的坐标od(xo,yo,zo)以及x轴y轴z轴的向量矩阵t
xyz
，可得到探头坐标系在机械坐标系下的姿态矩阵
[0178][0179]
其中，表示t
xyz
的转置矩阵。
[0180]
进一步的，在步骤5中，再次旋转超声导管，参见图17，图17为超声探头再次旋转得到的超声探测面的示意图，获取以当前超声探头标记物的指向为起始线的超声探测面，并获取该超声探测面内目标靶点相对起始线的位置信息。
[0181]
通过测量图17中的θc和rc，根据θc和rc可计算得到目标靶点在探头坐标系下的坐标：
[0182]st
(rccosθc,-rcsinθc,lz)。
[0183]
在实际应用中，θc和rc可通过人工的方式测量，或者也由处理器自动测量。
[0184]
可以理解的，目标靶点是病灶中的一个点，例如可以是医生选取的最佳穿刺点。
[0185]
根据上述目标靶点在探头坐标系下的坐标，可得到病灶在探头坐标系下的位置矩阵其中lz为超声探头标记物的ab边到超声换能器超声发射窗口的距离，也即ab边到超声探测面的距离。lz为提前设置的参数，为已知量。根据坐标转换关系可得病灶在机械坐标系下的坐标
[0186][0187]
当得到病灶在机械坐标系下的坐标后，即可通过其他机械臂的关节信息将病灶在机械坐标系下的坐标，转换到其他手术执行机械臂的stewart计算坐标系下，
[0188][0189]
然后，已知目标靶点在手术执行机械臂stewart计算坐标系下的坐标，即可通过stewart并联平台的逆运动学解算出手术执行机械臂stewart平台的关节运动量，使手术执行机械臂器械末端精准的抵达病灶位置，从而实现对病灶的精准定位。此外，通过上述方法对病灶进行定位，还可减小超声与x光组合定位和配准的过程中对人为操作的依赖性，提高操作的安全行，且作为手术机器人的临床应用之一，不需要独立开发复杂的系统，因此还可降低开发成本。
[0190]
进一步的，步骤s502根据该目标的超声影像，得到该目标在超声探头坐标系下的位置参数，具体为根据该目标的超声影像，确定该超声探头标记物与该目标的相对位置信
息，并根据该超声探头标记物与该目标的相对位置信息，得到该目标在超声探头坐标系下的位置参数。
[0191]
根据该目标的超声影像，确定该超声探头标记物与该目标的相对位置信息，并根据该超声探头标记物与该目标的相对位置信息，得到该目标在超声探头坐标系下的位置参数，该相对位置信息包括操作目标的直线距离和夹角，该操作目标在超声探头坐标系下的位置参数包括该操作目标在该超声探头坐标系下的位置坐标和位置矩阵。具体地，测量该超声探头标记物的末端与该超声影像扫描到的该目标的直线距离和夹角，并根据该直线距离和该夹角得到该目标在该超声探头坐标系下的位置坐标和位置矩阵，更具体地，在步骤6中，计算目标靶点在机械坐标系下的空间坐标，即计算上述病灶在机械坐标系下的坐标表达式的具体过程如下：
[0192]
超声探头标记物除了要反映出超声探头的位置，还要反映出超声探头的姿态，因此超声探头标记物不能是规则的几何物体，否则在x光的投影下难以辨别姿态。超声探头标记物的形态不是唯一的，这里以图18中的形状为例说明。
[0193]
该形状基于一个直角三角形，直角位置为探头坐标系原点位置od，直角指向其中一个锐角的方向为z轴方向(即图18中示出的odzd方向)，直角指向另一个锐角的方向为x轴方向(即图18中示出的odxd方向)，y轴方向通过右手法则得到。在x光投影下，可辨别影像的每个角所对应的位置。
[0194]
超声探头的末端位于探头坐标系的z轴上，超声探测面位于探头坐标系的xoz平面内。
[0195]
进一步地，步骤s503通过x光图像采集装置获取该超声探头标记物的x光图像，并根据该x光图像确定该超声探头标记物在预先建立的机械坐标系下的位置坐标，具体包括：通过该x光图像采集装置在多个不同的位置，分别拍摄该超声探头标记物的x光图像；其中，该x光图像采集装置安装在预设平台上，每张该x光图像中包括标记该超声探头标记物的若干轮廓特征点在所述x光图像中的相对位置；获取该x光图像采集装置所在平台在采集每张x光图像时的运动参数关系；基于各张x光图像分别对应的影像信息，确定该目标在平台坐标系下的坐标；其中，该影像信息包括该相对位置和该运动参数关系；根据预设的x图像采集装置的平台的坐标系与所述机械坐标系的转换关系，将该超声探头标记物的若干轮廓特征点在该平台的坐标系下的坐标，转换为该超声探头标记物的若干轮廓特征点在该所述机械坐标系下的位置坐标。
[0196]
更具体地，该基于各张x光图像分别对应的影像信息，确定该目标在平台坐标系下的坐标包括：针对每张x光图像，基于该超声探头标记物的轮廓特征点在所述x光图像中的相对位置，确定该超声探头标记物的轮廓特征点在预设的平台的坐标系下的xy坐标；基于各张x光图像中该超声探头标记物的轮廓特征点在该平台的坐标系下的xy坐标，以及采集该x光影像时的运动参数关系，确定该超声探头标记物的轮廓特征点在该平台的坐标系下的z坐标；
[0197]
该根据预设的x图像采集装置的平台的坐标系与所述机械坐标系的转换关系，将该超声探头标记物的若干轮廓特征点在该平台的坐标系下的坐标，转换为该超声探头标记物的若干轮廓特征点在该所述机械坐标系下的位置坐标包括：根据该平台的坐标系与该机械坐标系的转换关系，将该每个轮廓特征点的xyz坐标，转换为该轮廓特征点在该机械坐标
系下的位置坐标；在每个该x光图像中，按照该轮廓特征点在该机械坐标系下的位置坐标，确定该超声探头标记物在该机械坐标系下的位置。
[0198]
在一个实施例中，x光机所在平台包括动平台和静平台，则上述x光影像的平面坐标系与发射端动平台的xoy面平行，上述xy坐标为目标在发射端动平台坐标系下的坐标。基于该动平台和静平台，上述确定z坐标的方法可以包括：基于各张x光影像中该目标在动平台坐标系下的xy坐标，以及采集该x光影像时的动静平台坐标系间的运动参数关系，以及该目标在静平台坐标系下的位置不变的条件，确定该目标在动平台坐标系下的z坐标。
[0199]
在一个实施例中，x光机所在平台包括动平台和静平台，则可以根据采集该x光影像时的动静平台坐标系间的运动参数关系，以及预设的x光机的静平台坐标系与机器人的机械坐标系的转换关系，将该目标在动平台坐标系下的坐标，转换为该目标在该机器人的机械坐标系下的位置坐标。
[0200]
其中，该预设的坐标转换矩阵即为前述
[0201]
下面进一步详细描述，该目标以病灶为例表述。
[0202]
结合图18，病灶在机械坐标系下的坐标解算包括：
[0203]
1、通过测量图18中的lc、lm和θc，可得病灶在探头坐标系下的坐标s
t
＝lcsinθc,0,lccosθc+lm，病灶在探头坐标系下的位置矩阵为
[0204]
其中，lc为该目标的超声影像上的该超声探头标记物的末端与该目标的直线距离；θc为该目标的超声影像上的该超声探头标记物的末端与该目标的夹角，lm为该目标的超声影像上的所述超声探头标记物的末端与该超声探头坐标系的原点之间的直线距离。
[0205]
在实际应用中，可在医学导航设备的辅助下将超声探测头引导至人体内，并使病灶显示在超声影像下。
[0206]
2、按照上述计算a、b、c这3个特征点在机械坐标系下的坐标的方法，计算超声探头标记物的三个角的顶点的在机械坐标系下的坐标od(xo，yo，zo)，xd(x
x
，y
x
，z
x
)，zd(xz，yz，zz)，根据三个顶点在机械坐标系下的坐标可将探头坐标系的z轴的方向向量用o
d zd表示，x轴的方向向量用o
d xd表示：
[0207]od zd＝(x
z-xo,y
z-yo,z
z-zo)，
[0208]od xd＝(x
x-xo,y
x-yo,z
x-zo)。
[0209]
y轴的方向向量用o
d yd表示，根据y轴同时垂直于z轴和x轴可得向量o
d yd为o
d zd和o
d xd的向量积：
[0210]od yd＝o
d zd×od xd。
[0211]
3、已知探头坐标系原点在机械坐标系下的坐标od(xo,yo,zo)以及三个坐标轴的方向向量o
d zd，o
d xd，o
d yd，可得探头坐标系在机械坐标系下的姿态矩阵
[0212]
4、根据坐标转换关系可得病灶在机械坐标系下的坐标
[0213][0214]
需要说明的是，超声探头为机械式探头时，需要旋转成像，超声探头为相控阵式探头时，不需要旋转即可成像。用相控阵式探头检测到病灶后可直接用x光获取探测面以及靶点的空间位置，不需要使相控阵式探头停转再获取超声换能器的起始方向。找到病灶后，可
使机械式探头超声探头停止旋转并直接拍摄x光来获取目标靶点在探测面内的角度信息。
[0215]
由于超声造影清晰且引导直观，因此可高效地掌握手术的穿刺方向。本技术中通过在超声探测装置上加入超声探头标记物(例如金属标记或光学标记)，在超声探测获取病灶3d图像的同时，利用2d坐标和3d坐标的转换，得到病灶的三维坐标信息，可实现目标靶点与人体的精确配准，且由于定位的配准的过程对人为操作的依赖性较小，因此操作更加安全。
[0216]
需要说明的是，已知病灶在机械坐标系下的坐标，即可通过手术执行机械臂的关节信息将病灶在机械坐标系下的坐标，转换到手术执行机械臂的stewart计算坐标系下，已知目标靶点在手术执行机械臂stewart计算坐标系下的坐标，即可通过stewart并联平台的逆运动学解算出手术执行机械臂stewart平台的关节运动量，使手术执行机械臂器械末端精准的抵达病灶位置。
[0217]
进一步地，上述根据x光图像计算得到超声探头坐标系在机械坐标系下的坐标，超声探头坐标系的z轴方向结合lz的值，即可得到超声探测面在机械坐标系下的坐标；上述根据超声影像计算得到目标靶点在探头坐标系下的坐标，结合lz的值，可得到目标靶点在超声探测面内的坐标；进一步通过坐标转换关系，计算得到目标靶点在机械坐标系下的空间坐标。
[0218]
进一步地，将计算得到的目标靶点的该空间坐标，通过坐标转换关系配准到x光图像采集装置获取的x光图像上，以作为穿刺准确性的确认依据，如图19所示。
[0219]
进一步的，如图20所示，将通过上述步骤计算得到的病灶位置配准到ct扫描获得的虚拟影像中。
[0220]
进一步的，通过ct和三维重建，在ct三维模型中根据新的靶点进行二次规划路径，并计算穿刺深度；将超声探头从鞘管中抽出后，根据二次规划的路径操纵导管指向目标靶点，将穿刺针从鞘管腔内进入，对目标靶点进行穿刺；穿刺到位后，x光图像采集装置再次从该两个拍摄角度拍摄x光，将穿刺针的针尖位置与本次拍摄获得的带虚拟靶点的图像作对比，确认穿刺针穿刺到位，如图21所示。
[0221]
可以理解的，本技术中使用的ct和三维重建方法为已知方法，目前ct和三维重建的方法有很多，本技术不做具体限定。
[0222]
结合上述各实施例，本技术至少具有以下创新点：
[0223]
1、采用带水囊结构的血管内超声导管，使其能在气体环境中应用；
[0224]
2、通过超声导管末端的超声探头标记物指示超声探头位置，提高定位的准确性；
[0225]
3、用鞘管搭载超声导管，避免超声导管在进入气道接近目标靶点的过程中因质地过软而弯折，从而导致无法继续推进。
[0226]
4、通过超声与x光组合定位的方式获取病灶在机械坐标系下的实时坐标。
[0227]
本技术实施例，通过对超声定位与x光定位取长补短，利用超声与x光组合定位的方式获取病灶在机械坐标系下的实时坐标，可提高定位的精准度。
[0228]
参见图27，本技术一实施例提供的定位装置的结构示意图。为了便于说明，仅示出了与本技术实施例相关的部分。该装置可单独配置在具有数据处理功能的计算机设备中，或者，也可以集成在超声探测装置101或x光图像采集装置102中。如图27所示，该装置包括：
[0229]
获取模块271，用于通过设置有超声探头标记物的超声探头装置，获得待定位的目标的超声影像；
[0230]
计算模块272，用于根据目标的超声影像，得到目标在超声探头坐标系下的位置参数，超声探头坐标系是基于超声探头装置建立的；
[0231]
获取模块271，还用于通过x光图像采集装置获取超声探头标记物的x光图像；
[0232]
确定模块273，用于根据x光图像确定超声探头标记物在预先建立的机械坐标系下的位置坐标；
[0233]
计算模块272，还用于根据超声探头标记物在机械坐标系下的位置坐标和目标在超声探头坐标系下的位置参数，得到目标在机械坐标系下的位置坐标。
[0234]
计算模块272，还用于根据该目标的超声影像，确定该超声探头标记物与该目标的相对位置信息，并根据该超声探头标记物与该目标的相对位置信息，得到该目标在超声探头坐标系下的位置参数。
[0235]
该相对位置信息包括直线距离和夹角，目标在超声探头坐标系下的位置参数包括目标在超声探头坐标系下的位置坐标和位置矩阵；
[0236]
计算模块272，还用于测量该目标的超声影像上的该超声探头标记物的末端与该超声影像扫描到的该目标的直线距离和夹角，并根据该直线距离和该夹角得到该目标在该超声探头坐标系下的位置坐标和位置矩阵。
[0237]
该超声探头装置对该目标的超声探测面位于该超声探头坐标系的xz平面内，该超声探头标记物的末端位于该超声探头坐标系的z轴上，则计算模块272，还用于通过如下表达式确定该该目标在该超声探头坐标系下的位置坐标st：
[0238]st
(l
c sinθc,0,l
c cosθc+lm)；
[0239]
通过如下公式确定该该目标在该超声探头坐标系下的位置矩阵
[0240][0241]
其中，lc为该目标的超声影像上的该超声探头标记物的末端与该目标的直线距离；θc为该目标的超声影像上的该超声探头标记物的末端与该目标的夹角；lm为该目标的超声影像上的所述超声探头标记物的末端与该超声探头坐标系的原点之间的直线距离。
[0242]
获取模块271，还用于通过该x光图像采集装置在多个不同的位置，分别拍摄该超声探头标记物的x光图像；其中，该x光图像采集装置安装在预设平台上，每张x光图像中包括标记该超声探头标记物的若干轮廓特征点在该x光图像中的相对位置。
[0243]
确定模块273，还用于获取该x光图像采集装置所在平台在采集每张x光图像时的运动参数关系；
[0244]
基于各张x光图像分别对应的影像信息，确定该目标在平台坐标系下的坐标；其中，该影像信息包括该相对位置和该运动参数关系；
[0245]
根据预设的x图像采集装置的平台的坐标系与该机械坐标系的转换关系，将该超声探头标记物的若干轮廓特征点在该平台的坐标系下的坐标，转换为该超声探头标记物的若干轮廓特征点在该机械坐标系下的位置坐标。
[0246]
确定模块273，还用于针对每张x光图像，基于该超声探头标记物的轮廓特征点在该x光图像中的相对位置，确定该超声探头标记物的轮廓特征点在预设的平台的坐标系下
的xy坐标；
[0247]
基于各张x光图像中该超声探头标记物的轮廓特征点在该平台的坐标系下的xy坐标，以及采集该x光影像时的运动参数关系，确定该超声探头标记物的轮廓特征点在该平台的坐标系下的z坐标。
[0248]
确定模块273，还用于根据该平台的坐标系与该机械坐标系的转换关系，将该每个轮廓特征点的xyz坐标，转换为该轮廓特征点在该机械坐标系下的位置坐标；
[0249]
在每个该x光图像中，按照该该轮廓特征点在该机械坐标系下的位置坐标，确定该超声探头标记物在该机械坐标系下的位置。
[0250]
计算模块272，还用于根据该超声探头标记物的各该轮廓特征点在该机械坐标系下的位置坐标，得到该超声探头坐标系的各轴的方向向量；
[0251]
根据该超声探头坐标系原点在该机械坐标系下的坐标，以及该超声探头坐标系的各轴的方向向量，得到该超声探头坐标系在该机械坐标系下的姿态矩阵；
[0252]
根据该姿态矩阵和预设的坐标转换矩阵，得到该目标在该机械坐标系下的坐标。
[0253]
上述各模块实现各自功能的具体过程可参考上述各实施例中的相关内容，此处不再赘述。
[0254]
本实施例中，通过设置有超声探头标记物的超声探头装置，获得待定位的目标的超声影像根据该目标的超声影像，得到该目标在超声探头坐标系下的位置参数，该超声探头坐标系是基于该超声探头装置建立的，通过x光图像采集装置获取该超声探头标记物的x光图像，并根据该x光图像确定该超声探头标记物在预先建立的机械坐标系下的位置坐标，根据该超声探头标记物在该机械坐标系下的位置坐标和该目标在该超声探头坐标系下的位置参数，得到该目标在该机械坐标系下的位置坐标，可利用超声与x光组合定位的方式获取病灶在机械坐标系下的实时坐标，实现对无法单独用x光或超声定位的含有气体的软体组织的精确定位。
[0255]
参见图28，本技术一实施例提供的电子装置的硬件结构示意图。如图28所示，该电子装置包括：存储器281和处理器282。
[0256]
其中，存储器281存储有可执行计算机程序283。与存储器281耦合的处理器282，调用存储器中存储的可执行计算机程序283，执行上述实施例提供的定位方法。
[0257]
示例性的，该计算机程序283可以被分割成一个或多个模块/单元，所述一个或者多个模块/单元被存储在存储器281中，并由处理器282执行，以完成本发明。所述一个或多个模块/单元可以包括上述实施例中的定位装置中的各个模块，如：获取模块271、计算模块272以及确定模块273。
[0258]
进一步地，该装置还包括：
[0259]
至少一个输入设备以及至少一个输出设备。
[0260]
上述处理器282、存储器281、输入设备和输出设备可通过总线连接。
[0261]
其中，该输入设备具体可为摄像头、触控面板、物理按键或者鼠标等等。该输出设备具体可为显示屏。
[0262]
进一步的，该装置还可包括比图示更多的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，例如网络接入设备、传感器等。
[0263]
处理器282可以是中央处理单元(central processing unit，cpu)，还可以是其他
通用处理器、数字信号处理器(digital signal processor，dsp)、专用集成电路(application specific integrated circuit，asic)、现场可编程门阵列(field-programmable gate array，fpga)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。
[0264]
存储器281可以是例如硬盘驱动存储器，非易失性存储器(例如闪存或用于形成固态驱动器的其它电子可编程限制删除的存储器等)，易失性存储器(例如静态或动态随机存取存储器等)等，本技术实施例不作限制。具体的，存储器281可以是该电子装置的内部存储单元，例如：该电子装置的硬盘或内存。存储器281也可以是该电子装置的外部存储设备，例如该电子装置上配备的插接式硬盘，智能存储卡(smart media card，smc)，安全数字(secure digital，sd)卡，闪存卡(flash card)等。进一步地，存储器281还可以既包括该电子装置的内部存储单元也包括外部存储设备。存储器281用于存储计算机程序以及终端所需的其他程序和数据。存储器281还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。
[0265]
进一步的，本技术实施例还提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质可以是设置于上述各实施例中的电子装置中，该计算机可读存储介质可以是前述图28所示实施例中的存储器281。该计算机可读存储介质上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现前述各实施例中描述的定位方法。进一步的，该计算机可存储介质还可以是u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read-only memory)、ram、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
[0266]
在本技术所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个模块或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
[0267]
所述作为分离部件说明的模块可以是或者也可以不是物理上分开的，作为模块显示的部件可以是或者也可以不是物理模块，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络模块上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。
[0268]
另外，在本技术各个实施例中的各功能模块可以集成在一个处理模块中，也可以是各个模块单独物理存在，也可以两个或两个以上模块集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。
[0269]
所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本技术的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个可读存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本技术各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的可读存储介质包括：u盘、移动硬盘、rom、ram、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
[0270]
需要说明的是，对于前述的各方法实施例，为了简便描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本技术并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本技术，某些步骤可以采用其它顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作和模块并不一定都是本技术所必须的。
[0271]
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其它实施例的相关描述。
[0272]
在本技术中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一特征和第二特征直接接触，或第一特征和第二特征通过中间媒介间接接触。
[0273]
而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可以是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度低于第二特征。
[0274]
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述，意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本技术的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任意一个或者多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
[0275]
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本技术的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本技术进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本技术各实施例技术方案的范围。
[0276]
以上为对本技术所提供的定位方法、装置、系统及计算机可读存储介质的描述，对于本领域的技术人员，依据本技术实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上，本说明书内容不应理解为对本技术的限制。