一种用于手术导航系统的手术器械标定装置的制作方法

本技术涉及手术导航，具体涉及一种用于手术导航系统的手术器械标定装置。

背景技术：

1、手术导航系统在神经外科、骨外科等领域已有较为成熟的临床应用。手术导航应用时需要对部分手术器械进行实时定位跟踪，并在基于患者影像数据重建的三维视图中实时显示，直观地展示手术器械相对患者真实解剖组织的位置，实现精准治疗。

2、将手术导航系统与内窥镜手术相结合并在临床手术中应用，可以实现患者三维医学影像与内窥镜下术中患者病灶区域图像的配准重合，能够提升医生对病灶情况的判断，更有针对性地、精准地实施手术，从而降低手术风险。

3、无论是何种具体的手术器械，在手术导航中的都需要进行器械的定位，通常器械定位可采用基于红外反光点的注册方法，其原理是将红外反光点与器械绑定并利用计算机视觉技术将红外相机拍摄到的反光点进行识别，进而间接实现器械的定位。

4、现有的手术器械标定方式主要有两类。一类是通过获取手术器械本身的运动轨迹进行标定。典型的做法是让手术器械的工作部保持固定在同一个位置的状态，然后绕着工作部旋转。由于工作部与反光点的距离不会发生改变，工作部作为球心，通过计算球面方程可得到工作部位置，完成手术器械的标定。但方法需要进行迭代计算，迭代初始量的选择对于最终运算结果影响较大，计算稳定性差。此外，此方法仅适用工作部比较尖细的手术器械，如果工作部是球状或者管状，误差会更大。另一类是借助参考装置，通过一个已标定的参考坐标来定位手术器械。如cn105919669a设计了一种标定装置，但其只有三种不同型号的针型参考点，无法适配更多的手术器械。而且当手术器械是弯曲状时，受限于参考点的形状，无法使用此装置。以上两种类型的标定方法目前都没有解决能够使不同型号、不同尺寸、不同用途的手术器械在同一方法下快速完成准确标定的问题。

5、在实际手术中，手术器械品种多样、尺寸不一，更重要的是，手术器械定位的准确度会直接影响手术的最终效果。此外，标定手术器械的步骤也需要简洁、快速。

6、因此，如何解决上述现有技术存在的不足，便成为本实用新型所要研究解决的课题。

技术实现思路

1、本实用新型的目的是提供一种用于手术导航系统的手术器械标定装置。

2、为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是：

3、一种用于手术导航系统的手术器械标定装置，包括器械定位架以及器械标定架；

4、所述器械定位架包括第一红外反光工具和定位结构；所述第一红外反光工具上设有至少三个不共线的第一反光点；所述定位结构包括一定位部，该定位部用于结合一手术器械；

5、所述器械标定架包括第二红外反光工具和标定参考板，两者刚性连接；所述第二红外反光工具上设有至少三个不共线的第二反光点；所述标定参考板包括一板体，该板体的表面设有与手术器械工作部配合的标定结构。

6、上述技术方案中的有关内容解释如下：

7、1．上述方案中，所述标定参考板的板体表面间隔凹设有数个定位槽，所述定位槽作为所述标定结构，用于结合所述手术器械的工作部。

8、 2．上述方案中，所述定位槽的形状包括圆柱形、阶梯形、锥形。

9、 3．上述方案中，各所述定位槽具有不同的直径尺寸或/和深度尺寸。

10、 4．上述方案中，所述标定参考板的板体上对应各所述定位槽设置有标识文字或代码。

11、 5．上述方案中，所述标定参考板的板体表面设有二维定位标志图案，该二维定位标志图案作为所述标定结构；所述手术器械工作部为内窥镜前端的摄像镜头，该摄像镜头对应所述标定参考板的板体表面设置，用于识别所述二维定位标志图案。

12、 6．上述方案中，所述二维定位标志图案为aruco码、artoolkit码、棋盘网格中的一种或多种，且不论是某一种图案或多种图案的组合，所述标定参考板的板体表面的图案总数量大于或等于一。

13、 7．上述方案中，还包括第一连杆，所述第一红外反光工具及所述定位结构分别固设于所述第一连杆的两端；当所述手术器械结合于所述定位结构的定位部时，该手术器械相对所述第一连杆固定。

14、 8．上述方案中，还包括第二连杆，所述第二红外反光工具及所述标定参考板分别固设于所述第二连杆的两端。

15、 9．上述方案中，所述定位结构包括套管和夹紧旋钮，所述定位部为所述套管；所述夹紧旋钮转动设置于所述套管的侧部，夹紧旋钮的作用端伸入套管的内部并作用于插入套管中的所述手术器械。

16、本实用新型的工作原理及优点如下：

17、一种用于手术导航系统的手术器械标定装置，包括器械定位架及器械标定架；器械定位架包括第一红外反光工具和定位结构；第一红外反光工具上设有多个第一反光点；定位结构用于结合手术器械；器械标定架包括刚性连接的第二红外反光工具和标定参考板；第二红外反光工具上设有多个第二反光点；标定参考板表面设有与手术器械工作部配合的标定结构。

18、本实用新型具备标定精度高、操作方便等优点，适用于不同类型或尺寸的手术器械（如脑室镜、吸引管，钻头、内窥镜等），更能满足当前手术导航的需要。为了克服现有方法的不足，本实用新型主要从减少手术器械标定误差以及提高通用性等方面提出技术方案。

19、相比现有技术而言，本实用新型设计了一种能够适用于大部分手术器械，可在手术导航系统下对手术器械进行标定的装置及方法。具有使用方便、标定精度高、适用性强等优点，填补了国内空白。

20、当手术器械为内窥镜时，通过对内窥镜的标定可确定内窥镜的摄像镜头与器械定位架的位置关系，进而导航系统可通过确定器械定位架的位置间接获得内窥镜的摄像镜头的位置。在手术过程中能够简易准确完成内窥镜摄像镜头的标定，并实时追踪内窥镜摄像镜头的位置，进而可将内窥镜摄取的影像数据统一到导航系统中。实现在内窥镜影像上叠加病灶、血管、神经等医学影像信息，扩展医生的视野，更好完成手术。

技术特征：

1.一种用于手术导航系统的手术器械标定装置，其特征在于：

2.根据权利要求1所述的用于手术导航系统的手术器械标定装置，其特征在于：所述标定参考板的板体表面间隔凹设有数个定位槽，所述定位槽作为所述标定结构，用于结合所述手术器械的工作部。

3.根据权利要求2所述的用于手术导航系统的手术器械标定装置，其特征在于：所述标定参考板的板体上对应各所述定位槽设置有标识文字或代码。

4.根据权利要求1所述的用于手术导航系统的手术器械标定装置，其特征在于：所述标定参考板的板体表面设有二维定位标志图案，该二维定位标志图案作为所述标定结构；所述手术器械工作部为内窥镜前端的摄像镜头，该摄像镜头对应所述标定参考板的板体表面设置，用于识别所述二维定位标志图案。

5.根据权利要求4所述的用于手术导航系统的手术器械标定装置，其特征在于：所述二维定位标志图案为aruco码、artoolkit码、棋盘网格中的一种或多种，且数量大于或等于一。

6.根据权利要求1所述的用于手术导航系统的手术器械标定装置，其特征在于：还包括第一连杆，所述第一红外反光工具及所述定位结构分别固设于所述第一连杆的两端；当所述手术器械结合于所述定位结构的定位部时，该手术器械相对所述第一连杆固定。

7.根据权利要求6所述的用于手术导航系统的手术器械标定装置，其特征在于：还包括第二连杆，所述第二红外反光工具及所述标定参考板分别固设于所述第二连杆的两端。

8.根据权利要求7所述的用于手术导航系统的手术器械标定装置，其特征在于：所述定位结构包括套管和夹紧旋钮，所述定位部为所述套管；所述夹紧旋钮转动设置于所述套管的侧部，夹紧旋钮的作用端伸入套管的内部并作用于插入套管中的所述手术器械。

技术总结
一种用于手术导航系统的手术器械标定装置，包括器械定位架及器械标定架；器械定位架包括第一红外反光工具和定位结构；第一红外反光工具上设有多个第一反光点；定位结构用于结合手术器械；器械标定架包括第二红外反光工具和标定参考板；第二红外反光工具上设有多个第二反光点；标定参考板凹设有数个定位槽，用于结合手术器械的工作部。本技术设计了一种能够适用于大部分手术器械（如脑室镜、吸引管，钻头等），可在手术导航系统下对手术器械进行标定的装置。具有使用方便、标定精度高、适用性强等优点，填补了国内空白。

技术研发人员：周至宜,王沐晴
受保护的技术使用者：苏州寻是科技有限公司
技术研发日：20220801
技术公布日：2024/1/15