一种自动化调整三维空间定向系统的空间定向的方法与流程

本发明涉及创新医疗器械领域，具体涉及创新的用于脑颅外科手术的三维空间定向系统，和自动化调整三维空间定向系统的空间定向的方法。

背景技术：

1、颅内病变疾病不同，病变部位不同，症状也是不同的。颅内病变的临床症状很多，所以在颅内手术时就需要对穿刺的位置和角度需要很精确的靶向定位。脑出血血肿引流、颅内病变活检、癫痫病灶毁损、脑室穿刺外引流、dbs电极植入术等需要对颅内靶点进行精准定位和调整，是立体定向手术常见的适应证。

2、cn116327334a公开了一种颅内病变精准靶向定位装置，包括圆柱型的连接杆，所述连接杆的表面套接有可以转动的套筒，且套筒的表面一体式连接有底座，且底座远离套筒的一面通过滚动轴承转动连接有齿轮盘，所述齿轮盘的固定有导向管，所述底座的表面位于齿轮盘的一侧焊接有固定块，且固定块的中间部位穿插有横轴，所述横轴的一端固定连接有压板，且压板与齿轮盘的表面啮合，所述连接杆的两端均固定连接有弹簧夹板；该发明通过套筒在连接杆表面转动可以调节导向管上下角度方向，而齿轮盘在底座上转动可以调节导向管的左右方向，便于调节，操作方便，保证穿刺针的精准靶向定位。

3、cn112022353a公开了一种手术机器人手术器械定位组件，属于筛沙装置技术领域，其技术方案要点包括操作控制面板和固定支架，固定支架的下端面固定连接有调节伺服电机，两个固定板的前端面均固定连接有电控伸缩器，两个活动板的左右两侧均设置有与第一活动销轴相匹配的第一限位螺母，连接爪的左右两侧均设置有与第二活动销轴相匹配的第二限位螺母，x驱动丝杆位于连接轴的前方，y驱动丝杆位于连接轴的后方，x驱动座的中部设置有驱动滑块，驱动滑块的上端面固定连接有微调整伺服电机，驱动滑块的下端面设置有伸缩术刀连杆，手术器械实现x、y和z三个方向的驱动，使手术器械的灵活与便捷性能提高，便于手术器械准确驱动定位，使手术器械满足创口的精度要求。

4、cn112089481a公开了一种ct穿刺针自动导向装置，其技术方案要点是包括第一驱动杆和第二驱动杆，第一驱动杆连接有与第一齿轮啮合的第一齿板，第二驱动杆上设置有与第二齿轮啮合的第二齿板，第一长滑孔滑动连接有供穿刺针穿过的导向套，以引导穿刺针，导向套的下端穿过第二长滑孔，并与第二长滑孔滑动连接。本发明具有以下有益效果：第一驱动杆和第二驱动杆分别控制第一导向架和第二导向架转动，导向套分别沿第一长滑孔和第二长滑孔两个方向移动，以立体地改变导向套引导穿刺针的角度，从而实现自动引导穿刺针刺入的角度，以精确定位刺入的角度。

5、cn116602742a公开了一种脑室穿刺引流术穿刺辅助装置，包括基准件、穿刺针环固件，所述基准件、穿刺针环固件均为中心开孔的片状结构，所述基准件固定在头部，所述穿刺针环固件与基准件中心开孔轴向重合并且直径差距小于1mm。所述穿刺针环固件延伸出具有弯曲结构的延伸部，所述基准件开有匹配所述延伸部的凹槽，所述延伸部与所述凹槽匹配后形成固定结构连接固定所述基准件与穿刺针环固件。本发明所述的基准件可以根据穿刺位置进行固定，所述穿刺针环固件在开孔结束后调节角度辅助穿刺，所述穿刺针环固件确保穿刺的稳定性。所述穿刺针环固件还可以与所述颅骨开孔钻环固件配合适用，以保证穿刺引流过程中的隔菌效果，避免颅内感染。

6、上述现有技术的方案中，存在诸多问题和缺陷，例如：产品零部件多，笨重，不便于组装，手术准备时间长；穿刺角度计算繁琐，其精度依赖于手术医生的经验；标记物贴敷于头皮，其位置并非严格固定不动，影响精度；调节接头过于灵敏，对于调节是不便利的；整个设备构造复杂、制造成本高，而且价格高昂。

7、因此，业内需要革新的用于脑颅外科手术的新型三维空间定向系统，以减轻或甚至克服现有技术缺陷，并实现更多的有益技术效果和技术进步。

8、本发明说明书的此背景技术部分中所包括的信息，包括本文中所引用的任何参考文献及其任何描述或讨论，仅出于技术参考的目的而被包括在内，并且不被认为是将限制本发明范围的主题。

技术实现思路

1、鉴于以上所述以及其它更多的构思而提出了本发明。

2、随着计算机处理速度和成像技术的进步，本专利的发明人根据当前脑颅外科手术领域的技术现状和特点，创造性地提出基于医学影像学重建计算与三维立体定向头架/神经导航等技术相结合，以作为临床采用的改进的颅内病灶靶点(有时互换地称为“病灶”)的三维空间定位系统/手段。本发明的三维空间定向系统及其各个组成部件和相关的方法还以可以用于不限于外科手术的更多用途，包括手术前的分析、模拟和训练，医学院学生和实习医生等的教学、培训，研究和开发，等等。

3、根据本发明的一方面的构思，提供了一种自动化调整三维空间定向系统的空间定向的方法，该方法包括以下步骤：s1：将三维空间定向系统的基座固定于患者的颅骨；s2：让患者佩戴基座进行ct/mri扫描；s3：三维空间定向系统的图像处理系统获取并处理基座和患者病灶的图像；s4：图像处理系统三维重建并模拟三维空间定向系统的头架，并获得病灶靶点t与基座和头架之间的坐标关系；s5：路径优化计算得到头架的摆动杆的摆动角度θ和旋转角度φ以及穿刺深度l数据；s6：三维空间定向系统的角度控制台接收摆动角度θ和旋转角度φ以及穿刺深度l数据；s7：将头架固定于角度控制台，并且自动完成位置校零；和s8：角度控制台根据摆动角度θ和旋转角度φ数据，自动化调整摆动杆的摆动角度θ和旋转角度φ，使其达到目标角度。

4、根据一实施例，在步骤s8之前，将头架处于初始位置状态。

5、根据一实施例，在步骤s8之前，通过角度控制台对头架进行自动校准。

6、根据一实施例，在步骤s8中，在达到目标角度后，锁定摆动杆的位置。

7、根据一实施例，在步骤s6中，头架通过角度控制台的控制电路(419)接收摆动角度θ和旋转角度φ以及穿刺深度l数据。

8、根据一实施例，上述方法还包括步骤s9：角度控制台根据穿刺深度l数据，自动化调整插入摆动杆的穿刺道中的穿刺针的卡位扣，使其达到目标穿刺深度。

9、根据一实施例，上述方法还包括步骤s10：将自动化调整达到目标角度的头架和目标穿刺深度的穿刺针取下，并把头架安装到基座上。

10、根据一实施例，上述方法还包括步骤s11：将穿刺针通过穿刺道穿刺到病灶靶点t。

11、根据一实施例，锁定摆动杆的位置是通过调紧头架的旋转锁位螺丝和摆动锁位螺丝来执行的。

12、根据一实施例，上述方法应用于下列项中的至少一者：脑部手术；术前模拟；术前训练；医学讲解；医学演示；医学教学；医学培训；和医学研究和开发。

13、根据本发明的另一方面的构思，旨在提供一种创新的、可用于脑颅外科手术的三维空间定向系统。该三维空间定向系统包括：基座，基座构造成能够以位置不变的方式固定在患者脑颅上，基座包括支架和安装在支架上的显影环，其中，显影环上设有显影环零刻度点，显影环和显影环零刻度点能够通过ct或mri成像技术识别；头架，头架安装在基座上，其中，头架包括：支撑架，头架通过支撑架可拆卸地固定安装于基座；平面旋转环，其安装在支撑架之上；上盖，其固定于支撑架上且压合在平面旋转环上方，由此使平面旋转环可受控旋转地安装在支撑架与上盖之间；由横轴和纵轴构成的摆动杆，摆动杆的横轴安装在平面旋转环的直径方向上，并可随平面旋转环一起以旋转角度φ受控旋转；纵轴安装成能够以摆动角度θ受控摆动，其中，纵轴限定了供穿刺针插入的穿刺道；磁环，内嵌在平面旋转环上；图像处理系统，图像处理系统配置成：对患者脑颅和基座的ct/mri扫描的影像进行三维重建，确定ct/mri扫描的影像中的显影环平面为基座平面，并确定患者头颅内的病灶靶点t；根据基座平面和头架的高度h映射一头架平面，并由此建立三维直角坐标系(x,y,z)；计算从三维直角坐标系(x,y,z)的原点o至病灶靶点t之间的直线的长度r，并计算得到旋转角度φ和摆动角度θ；基于三维直角坐标系(x,y,z)的原点o建立三维极坐标系，在三维极坐标系中获得病灶靶点t的极坐标为(r，θ，φ)；其中，摆动杆的横轴和纵轴的交叉中心点与三维直角坐标系(x,y,z)的原点o重合。

14、根据一实施例，图像处理系统包括控制显示模块，控制显示模块配置成用于发送校准命令，以及实时显示头架的当前角度状态；和

15、图像处理系统配置成进一步根据病灶靶点t的极坐标为(r，θ，φ)数据规划穿刺针的穿刺路径。

16、根据一实施例，基座进一步包括沿着显影环设置的多个生物相容性螺钉。

17、根据一实施例，头架进一步包括固定于上盖处的角度检测控制电路。

18、根据一实施例，角度检测控制电路内置有旋转角度传感器和体姿传感器，其中，旋转角度传感器安装成相切于磁环。

19、根据一实施例，三维空间定向系统进一步包括角度控制台，角度控制台可操作地连接至头架。

20、根据一实施例，角度控制台包括：固定支架，用于固定头架并使之不偏移；传动装置，其一端与电机可操作地连接，其另一端与头架可操作地相连、并且构造成能够操纵头架以自动化地调整旋转角度φ和摆动角度θ；计算机，其配置成通过串口发送控制指令到控制电路，控制电路接收来自计算机的控制指令控制电机的旋转。

21、根据一实施例，传动装置配置成能够自动化地调整穿刺针的穿刺深度，从而使得可自动化地调整距离r。

22、根据一实施例，计算机中安装图像处理系统的图像处理软件。

23、根据一实施例，旋转角度传感器是离轴式磁编码角度传感器。

24、根据一实施例，支撑架内进一步设有锁位螺丝。

25、根据一实施例，三维空间定向系统通过六面标定算法来标定摆动角度θ。

26、根据一实施例，图像处理系统配置成：采集和处理通过ct或mri成像技术识别的影像数据。

27、根据一实施例，在手工调整上盖上设有用于固定角度检测控制电路的腔面。

28、根据一实施例，横轴和纵轴是一体成型的，使得t型摆动杆呈t型。

29、根据一实施例，穿刺针通过卡位扣和卡位螺丝固定于穿刺道中，其中，穿刺针通过卡位扣来限定穿刺深度。

30、根据一实施例，图像处理系统包括图像处理软件，图像处理软件被配置在三维空间定向系统中或者安装在三维空间定向系统以外的独立的计算机中。

31、根据一实施例，电机是高精度伺服电机，传动装置是穿过头架的中心纵轴安装的传动轴。

32、根据一实施例，原点o与平面旋转环的圆心基本上重合。

33、根据一实施例，0≤φ＜360°，-45°＜θ＜45°。

34、根据本发明的另外一方面的构思，提供了一种人工调整三维空间定向系统的空间定向的方法，该方法包括以下步骤：s1：将三维空间定向系统的基座固定于患者的颅骨；s2：让患者佩戴基座进行ct/mri扫描；s3：三维空间定向系统的图像处理系统获取并处理基座和患者病灶的图像；s4：图像处理系统三维重建并模拟三维空间定向系统的头架，并获得病灶靶点t与基座和头架之间的坐标关系；s5：路径优化计算得到头架的摆动杆的摆动角度θ和旋转角度φ以及穿刺深度l数据；s6：头架接收摆动角度θ和旋转角度φ以及穿刺深度l数据；s7：将头架固定于基座；和s8：根据摆动角度θ和旋转角度φ数据，人工调整摆动杆的摆动角度和旋转角度，使其分别达到目标角度θ和φ。

35、根据一实施例，在步骤s7之前，将头架处于初始位置状态。

36、根据一实施例，在步骤s7之前，对头架进行校准。

37、根据一实施例，校准是通过校准治具人工进行或者通过三维空间定向系统的角度控制台自动化进行的。

38、根据一实施例，在步骤s6中，头架通过角度检测控制电路无线接收摆动角度θ和旋转角度φ以及穿刺深度l数据。

39、根据一实施例，上述方法还包括步骤s9：根据穿刺深度l数据将穿刺针的卡位扣人工移动到穿刺针的目标刻度位置，再通过卡位螺丝固定，使其达到目标穿刺深度。

40、根据一实施例，上述方法还包括步骤s10：将穿刺针通过穿刺道穿刺到病灶靶点t。

41、根据一实施例，在步骤s8中，在达到目标角度后，锁定摆动杆的位置。

42、根据一实施例，锁定摆动杆的位置是通过调紧头架的旋转锁位螺丝和摆动锁位螺丝来执行的。

43、根据一实施例，上述方法应用于下列项中的至少一者：脑部手术；术前模拟；术前训练；医学讲解；医学演示；医学教学；医学培训；和医学研究和开发。

44、根据本发明的另一方面的构思，提供了一种基座，基座包括：具有环状主体的支架，支架的环状主体限定了外周边和内周边；沿着支架的外周边彼此间隔开地布置的多个生物相容性螺钉。

45、根据一实施例，基座还包括设置在环状主体上且靠近内周边的显影环，其中，显影环与支架同心地设置。

46、根据一实施例，显影环是嵌在环状主体上的金属环，或者是直接涂布在环状主体的上表面上的对比剂环形标记，其中，显影环设有显影环零刻度点并与环状主体匹配成唯一装配位置关系。

47、根据一实施例，显影环的平面设置成与环状主体的上表面的平面平齐。

48、根据一实施例，环状主体的上表面是平坦的。

49、根据一实施例，多个生物相容性螺钉是沿着支架的外周边彼此均匀地间隔开地布置的至少3个钛螺钉。

50、根据一实施例，显影环是钛金属环。

51、根据一实施例，显影环零刻度点为显影环上的一个缺口。

52、根据一实施例，在支架的环状主体上设有多个卡位柱。

53、根据一实施例，基座的大体圆环状的支架的径向尺寸，即，该支架的圆环的外径，可设计成小于或等于大约40mm。这样的设计可有助于基座的小型化，由此帮助减轻头架重量和提高定位精度，并且在某种程度上有助于优化头架和基座的制造公差和组装公差。

54、根据一实施例，多个卡位柱是设置在环状主体的上表面且在周向上彼此间隔开地布置的3个卡位柱。

55、根据本发明的另一方面的构思，提供了一种头架，头架包括：支撑架，支撑架包括支撑环体和设置在支撑环体上、轴向地向上延伸且周向地间隔开的多个支撑柱；平面旋转环，其可旋转地安装在支撑架上；上盖，其固定于平面旋转环上，使平面旋转环可受控旋转地安装在支撑架与上盖之间；和由横轴和纵轴构成的摆动杆，摆动杆安装成使得纵轴能够以摆动角度θ受控地摆动；其中，横轴安装于平面旋转环内的直径方向上，并且能够随平面旋转环一起以旋转角度φ受控地旋转；其中，纵轴垂直于横轴，并且纵轴是轴向中空的，限定了穿刺道；其中，支撑环体、平面旋转环和上盖是同轴地布置的。

56、根据一实施例，在平面旋转环上还同轴地布置有与平面旋转环一起旋转的磁环。

57、根据一实施例，摆动杆是t型摆动杆，横轴与纵轴的交叉中心点与平面旋转环是同心的。

58、根据一实施例，平面旋转环的内周设有在直径方向上相对的两个横轴承座，横轴的两端可旋转地分别安装于两个横轴承座中，使得纵轴能够摆动。

59、根据一实施例，头架设有用于将摆动杆锁定而不能摆动的摆动锁位螺丝。

60、根据一实施例，在摆动杆的纵轴的顶端或其附近设有用于检测摆动杆的摆动角度θ的摆动角度传感器，其中，摆动角度传感器是加速度传感器。

61、根据一实施例，在每个支撑柱上设有旋转锁定孔和相应的旋转锁位螺丝。

62、根据一实施例，在支撑环体上还设有周向地间隔开的多个定位孔。

63、根据一实施例，上盖整体式呈圆盘形，并且带有手柄和刻度盘。

64、根据一实施例，上盖整体上呈圆盘形，并且带有手柄和显示旋转角度的刻度盘。

65、根据一实施例，上盖上设有角度检测控制电路。

66、根据一实施例，角度检测控制电路配置有旋转角度传感器、信号处理电路、加速度传感器和主控mcu。

67、根据一实施例，旋转角度传感器定位在与磁环的边沿相切的位置。

68、根据本发明的另一方面的构思，提供了一种通过角度检测控制电路自动化地检测和验证头架的角度的方法，角度检测控制电路配置有旋转角度传感器、信号处理电路、加速度传感器和主控mcu，该方法包括以下步骤：s1：将头架处于校准的初始零点位置，对旋转角度传感器进行校准；s2：通过旋转角度传感器实时采集头架的磁环的磁场强度，并经过信号处理电路对磁场强度数据进行放大滤波处理，并传输出给主控mcu；s3：主控mcu经过算法处理得到磁环转动的角度，角度充当头架的摆动杆的旋转角度φ；s4：主控mcu采集加速度传感器的数据，以及摆动杆上或者穿刺针上的传感器数据；s5：主控mcu根据步骤s4和s5中的数据经过算法处理得出摆动杆的摆动角度θ和旋转角度φ；s6：主控mcu实时发送旋转角度φ和摆动角度θ的数据给图像处理系统，并与图像处理系统计算的目标角度进行对比；和s7：当旋转角度φ和摆动角度θ与对应的目标角度一致时，提示验证通过。

69、根据一实施例，头架是如上所述的头架；并且，在步骤s4中，摆动杆上或者穿刺针上的传感器数据是加速度传感器数据。

70、根据本发明的另一方面的构思，提供了一种头架组件，头架组件包括：基座，基座配置成用于固定在患者的脑颅上，基座包括支架、安装在支架上的多个生物相容性螺钉和显影环，其中，显影环设有显影环零刻度点，显影环和显影环零刻度点能够通过ct或mri成像技术识别；头架，头架包括：支撑架；可旋转地安装在支撑架上的平面旋转环；安装于平面旋转环上、带有显示旋转角度φ的刻度盘的上盖；由横轴和纵轴构成的摆动杆，摆动杆安装成能够以摆动角度θ受控地摆动，并且能够随平面旋转环一起以旋转角度φ受控地旋转；其中，纵轴是轴向中空的，限定了供穿刺针可拆卸地插入的穿刺道；其中，头架可拆卸地固定安装在基座上。

71、根据一实施例，支架是环状主体的支架，多个生物相容性螺钉沿着环状主体的外周边彼此间隔开地布置，并且显影环同心地设置在环状主体上且靠近其内周边；支撑架包括支撑环体和设置在支撑环体上、轴向地向上延伸且周向地间隔开的多个支撑柱；在平面旋转环上还同轴地布置有与平面旋转环一起旋转的磁环；上盖整体上呈圆盘形，并且带有手柄；摆动杆的纵轴能够以摆动角度θ受控地摆动，横轴安装于平面旋转环内的直径方向上而能够随平面旋转环一起以旋转角度φ受控地旋转；纵轴垂直于横轴；其中，支撑环体、平面旋转环、磁环和上盖是同轴地布置的。

72、根据一实施例，摆动杆是t型摆动杆，横轴与纵轴的交叉中心点与平面旋转环是同心的。

73、根据一实施例，平面旋转环的内周设有在直径方向上相对的两个横轴承座，横轴的两端可旋转地分别安装于两个横轴承座中，使得纵轴能够摆动。

74、根据一实施例，头架组件还包括穿刺针，穿刺针构造成可拆卸地插入穿刺道中。

75、根据一实施例，在摆动杆或者穿刺针上设有用于检测摆动角度θ的摆动角度传感器；头架上设有角度检测控制电路，角度检测控制电路配置有检测旋转角度φ的旋转角度传感器。

76、根据一实施例，在每个支撑柱上设有旋转锁定孔和相应的旋转锁位螺丝。

77、根据一实施例，在支撑环体上还设有周向地间隔开的多个定位孔，在支架的环状主体上设有相应的多个卡位柱，头架借助于多个定位孔和多个卡位柱之间的配合而可拆卸地固定在基座上。

78、根据一实施例，显影环上标记有显影环零刻度点，并且在刻度盘上标记有旋转角度标识和校准零刻度点。

79、根据一实施例，在头架组件的初始状态或者校准状态下，显影环零刻度点与校准零刻度点对准。

80、根据一实施例，显影环零刻度点呈缺口的形式。

81、根据一实施例，在刻度盘上标记有旋转角度标识和校准零刻度点；在头架组件的校准状态下，横轴承座对准显影环零刻度点与校准零刻度点。

82、根据一实施例，穿刺针配备有卡位扣以及卡位螺丝。

83、根据一实施例，穿刺针上设有刻度标识。

84、根据一实施例，头架组件配置成用于脑颅外科手术的三维空间定向系统。

85、根据本发明的另一方面的构思，提供了一种用于自动化调整头架角度的角度控制台，头架设有能够相对于头架以旋转角度(φ)旋转的平面旋转环，和安装在平面旋转环上能够随之一起旋转的摆动杆，其中，摆动杆安装成能够相对于平面旋转环以摆动角度(θ)摆动，角度控制台包括：配置成用于驱动头架旋转的旋转驱动组件；配置成用于驱动头架摆动的摆动驱动组件；与旋转驱动组件和摆动驱动组件二者可操作地相连的传动机械臂；控制电路，其配置成用于控制旋转驱动组件和摆动驱动组件；计算机，其配置成计算旋转角度(φ)和摆动角度(θ)，并向控制电路发送命令；和用于夹持固定头架的头架夹持机构；其中，旋转驱动组件和摆动驱动组件配置成接收来自计算机和/或控制电路的控制命令而借助于传动机械臂驱动和控制头架的部件，而执行对头架的旋转角度和摆动角度的自动化控制和调整。

86、根据一实施例，传动机械臂构造成可操作地连接和操纵摆动杆受控地旋转和摆动，以执行对旋转角度和摆动角度的自动化控制和调整。

87、根据一实施例，传动机械臂包括机械爪连接件、可拆卸地连接在机械爪连接件上的机械爪和套在机械爪上的螺旋弹簧。

88、根据一实施例，摆动杆是由纵轴和横轴构成的t型摆动杆，传动机械臂的机械爪构造成能够抓紧或者卡紧在t型摆动杆的纵轴上。

89、根据一实施例，旋转驱动组件包括安装在电机支架上的旋转驱动电机，以及与旋转驱动电机可操作地连接的旋转减速齿轮和旋转传动齿轮。

90、根据一实施例，旋转驱动组件还包括旋转编码器，旋转编码器和控制电路配置成使得旋转传动齿轮的控制精度高达0.02°。

91、根据一实施例，摆动驱动组件包括安装在电机支架上的摆动驱动电机，以及与摆动驱动电机可操作地连接的摆动减速齿轮和摆动传动装置。

92、根据一实施例，摆动驱动组件还包括摆动编码器，摆动编码器和控制电路配置成使得摆动传动装置的控制精度高达0.02°。

93、根据一实施例，传动机械臂通过控制纵轴的摆动来自动化控制和调整摆动角度，并且通过控制纵轴和平面旋转环的旋转来自动化控制和调整旋转角度。

94、根据一实施例，头架夹持机构包括夹持翻盖、夹持螺丝和夹持底座。

95、根据一实施例，角度控制台配置成能够对头架进行自动化的角度校准。

96、根据本发明的另一方面的构思，提供了一种自动化地调整头架角度的方法，方法通过角度控制台来执行，该方法包括以下步骤：将头架固定在角度控制台上；将角度控制台的传动机械臂的一端与旋转驱动组件和摆动驱动组件二者可操作地相连，另一端与头架可操作地连接；操作人员通过计算机或者控制电路发送控制命令；旋转驱动组件和摆动驱动组件接收控制命令，驱动传动机械臂操纵头架的对应部件执行对头架的旋转角度和摆动角度的自动化控制和调整。

97、根据一实施例，传动机械臂通过操纵头架的摆动杆而执行对旋转角度和摆动角度的自动化控制和调整。

98、根据一实施例，上述方法是通过如上所述的角度控制台来执行的。

99、根据本发明的另一方面的构思，提供了一种头架组件的三维重建和空间定位的方法，头架组件包括带显影环的基座和安装在基座之上的头架，头架包括：可旋转地安装在支撑架上的平面旋转环；由横轴和纵轴构成的摆动杆，摆动杆能够以摆动角度θ受控地摆动，横轴安装于平面旋转环内的直径方向上并可同平面旋转环一起以旋转角度φ受控地旋转，横轴与纵轴的交叉中心点(206)与平面旋转环是同心的，并且显影环至交叉中心点(206)的垂直高度是h；该方法包括以下步骤：将基座固定在患者头颅上，进行ct/mri扫描；对ct/mri扫描的影像进行三维重建，其中，将ct/mri扫描的影像中的显影环的平面定义为基座平面(502)，并根据ct/mri扫描的影像确定患者头颅内的病灶靶点t；在基座平面(502)上方高度h处映射一与之平行的头架平面(501)并以头架平面(501)为基准建立三维直角坐标系(x,y,z)，其中，三维直角坐标系的(x,y)平面与头架平面(501)重合，三维直角坐标系的原点o与交叉中心点(206)重合，三维直角坐标系的z轴经过原点o并垂直于头架平面(501)；在基座平面(502)的下方映射一与之平行的病灶平面(503)，使得病灶靶点t位于病灶平面(503)内，病灶平面的原点为o'，病灶平面的x'轴平行于三维直角坐标系的x轴；根据ct/mri扫描的影像，计算从原点o至病灶靶点t之间的直线的长度r；计算直线(r)与z轴之间的夹角∠too'，夹角∠too'等于摆动角度θ；计算病灶平面(503)内的病灶靶点t与原点o'之间的to'连线相对于x'轴形成的夹角∠to'x'，夹角∠to'x'等于旋转角度φ；获得病灶靶点t在以原点o建立的三维球极坐标系中的极坐标，极坐标为(r，θ，φ)。

100、根据一实施例，上述方法包括：并根据极坐标(r，θ，φ)的参数对头架角度进行调整。

101、根据一实施例，上述方法进一步包括：将头架安装在基座上，并使头架组件处于初始状态或者对其进行零刻度校准。

102、根据一实施例，零刻度校准包括，将显影环上的显影环零刻度点与头架上的校准零刻度点对准。

103、根据一实施例，零刻度校准包括，将横轴与显影环上的显影环零刻度点或头架上的校准零刻度点对准。

104、根据一实施例，上述方法包括：根据极坐标(r，θ，φ)的角度参数调整摆动杆的旋转角度和摆动角度。

105、根据一实施例，上述方法包括：在调整旋转角度和摆动角度后，锁定摆动杆的位置。

106、根据一实施例，上述方法包括：将穿刺针插入摆动杆的穿刺道中，并根据极坐标(r，θ，φ)的参数r调整和固定穿刺针的穿刺深度l。

107、根据一实施例，根据以下公式计算穿刺深度l：l＝r+r1，其中，r为极坐标(r，θ，φ)中的参数r，r1为摆动杆的纵轴的长度。

108、根据一实施例，上述方法包括：根据ct/mri扫描的影像中的平面旋转环的影像，来校正和/或验证头架平面(501)和三维直角坐标系。

109、本发明的一个或多个方面和实施例解决的技术问题包括但不限于如下：

110、让例如神经外科医生能够更加安全精确地进行脑部手术或者术前训练和模拟等，从而提高手术成功率和减少手术风险率；

111、通过优化病灶靶点到穿刺道的定位坐标系统，解决提高定位精度及简化操作流程的问题；

112、通过优化头架结构设计，以及主材质选用医疗级ptfe，解决减轻头架重量的问题；

113、在头架结构的优化设计中，比如通过使基座与头架设计成是可分离的，通过采用t型摆动杆配合旋转环从2个不同的方位来调整两个不同维度的角度，从而实现头架体积的小型化，有助于从另一方面解决减轻头架重量和提高定位精度的问题；

114、通过结构模块化零部件少、图像处理系统自动寻路径计算角度、角度控制台自动调角度以及优化传动方式以简化操作流程的问题；

115、通过基座固定于颅骨、采用高精度姿态传感器如加速度传感器、算法标定角度和图像处理系统计算角度以解决提高定位精度的问题；和

116、通过耗材成本可控、取消大型昂贵设备的方式以解决降低实用成本的目的。

117、本发明的更多其它的实施例还能够实现其它未一一列出的有利技术效果，这些其它的技术效果在下文中可能有部分描述，并且对于本领域的技术人员而言在阅读了本发明后是可以预期和理解的。