CN105105698A - 内窥镜校准系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种内窥镜校准系统，包括：内窥镜模块、标定模板模块及光学跟踪模块，其中：所述内窥镜模块包括：内窥镜前端和位于内窥镜照相机通道内的内窥镜相机；所述标定模板模块为具有等间距实心圆阵列图案的平板或者带有棋盘格图案的平板等类型的标定平板；所述光学跟踪模块包括：安置在内窥镜前端的光学跟踪器、附加在标定模板的光学跟踪器以及光学位置传感器。本发明还涉及一种内窥镜校准方法。本发明能够高效、便捷、准确地进行内窥镜校准，且不需要额外的占用内窥镜工作通道，可用于实时的手术导航。

Description

内窥镜校准系统及方法

技术领域

本发明涉及一种内窥镜校准系统及方法。

背景技术

微创外科(MinimallyInvasiveSurgery,MIS)手术是临床医学主要的发展趋势之一，而图像引导外科(Image-GuidedSurgery,IGS)技术则是飞速发展的微创外科手术技术中至关重要的一部分。图像引导外科技术利用多种医学设备制定有效的手术治疗方案，并在手术过程中实现手术导航，从而减低了手术的治疗风险并提高了治疗精度。同时，随着内窥镜、超声、计算机断层扫描、磁共振等越来越多样化的医疗设备的出现，可实现不同模态的医学成像，从而使得多模态图像引导外科技术(MultimodalImage-GuideSurgery,MIS)得到了长足的发展，并成为图像引导外科研究领域的热点之一。多模态图像引导外科技术将术中图像和术前图像进行融合，使得医生可以同时观测到不同模态的图像信息，为医生提供了更多的辅助信息，从而为外科手术的进行带来了极大的便利。现有技术中，多模态图像引导外科技术一般利用医疗内窥镜将术中实时获取的内窥镜图像与术前扫描图像(例如，超声图像、X射线图像、计算机断层扫描图像、磁共振图像等)进行融合。而内窥镜校准为图像融合技术中的关键步骤，其为多模态图像引导外科技术实现的基础。

内窥镜校准技术主要涉及在全局坐标系中跟踪内窥镜照相机通道之内的内窥镜相机，以便将内窥镜的位置与术前所得图像相关联，从而显示融合后的多模态图像。现有的用于内窥镜校准的方法主要包括基于实况图像配准的内窥镜跟踪和校准方法和基于电磁(EM)位置传感器的内窥镜校准方法。然而，基于实况图像配准的内窥镜跟踪和校准方法计算复杂、时间复杂度高且容易出错，同时基于电磁(EM)位置传感器的内窥镜校准方法由于需要将EM位置传感器插入到内窥镜工作通道中从而会长期占用内窥镜工作通道。

现有的用于内窥镜校准的方法主要分为两种。第一种基于实况图像的配准进行内窥镜跟踪和校准，第二种基于安装在内窥镜中的位置传感器进行内窥镜校准。相较于第二种方法，第一种方法不需要附加相应的外部设备，但是由于其计算过程复杂，时间复杂度高且容易出错，因而第二种方法仍为现有的用于内窥镜校准的主流方法。

现有的基于位置传感器进行内窥镜校准的方法大多采用将EM位置传感器插入到内窥镜工作通道中，通过确定内窥镜相机通道内的内窥镜相机的坐标系相对于EM位置传感器的位置和取向进行内窥镜校准。利用EM位置传感器的读数可动态地确定内窥镜相机的位置参数。尽管这种方法可以方便、有效地实现内窥镜校准，但是由于EM位置传感器需要插入到内窥镜工作通道中从而长期占用了内窥镜工作通道，在内窥镜工作过程中带来了诸多限制。

发明内容

有鉴于此，有必要提供一种内窥镜校准系统及方法。

本发明提供一种内窥镜校准系统，其特征在于，该系统包括内窥镜模块、标定模板模块及光学跟踪模块，其中：所述内窥镜模块包括：内窥镜前端和位于内窥镜照相机通道内的内窥镜相机；所述标定模板模块为具有等间距实心圆阵列图案的平板或者带有棋盘格图案的平板等类型的标定平板；所述光学跟踪模块包括：安置在内窥镜前端的光学跟踪器、附加在标定模板的光学跟踪器以及光学位置传感器。

其中，所述光学位置传感器用于实时地获取安置在内窥镜前端的光学跟踪器和附加在标定模板的光学跟踪器的位置信息。

所述光学跟踪模块用于计算得到安置在内窥镜前端的光学跟踪器的坐标系E与光学位置传感器的系统参考空间坐标系R的变换矩阵T_ER，其坐标系之间的转换关系可具体表示为：

$\left[\begin{array}{c}{X}_E\\ Y_E\\ Z_E\\ 1\end{array}\right]=T_{ER}\left[\begin{array}{c}{X}_R\\ Y_R\\ Z_R\\ 1\end{array}\right],$ 其中 $\left[\begin{array}{c}{X}_E\\ Y_E\\ Z_E\\ 1\end{array}\right]$ 为安置在内窥镜前端的光学跟踪器的坐标空间， $\left[\begin{array}{c}{X}_R\\ Y_R\\ Z_R\\ 1\end{array}\right]$ 为系统参考空间的坐标空间，T_ER包含了旋转和平移矩阵。

所述光学跟踪模块还用于计算得到光学位置传感器的系统参考空间坐标系R与附加在标定模板的光学跟踪器的坐标系T的变换矩阵T_RT,其坐标系之间的转换关系可具体表示为：

$\left[\begin{array}{c}{X}_R\\ Y_R\\ Z_R\\ 1\end{array}\right]=T_{RT}\left[\begin{array}{c}{X}_T\\ Y_T\\ Z_T\\ 1\end{array}\right],$ 其中 $\left[\begin{array}{c}{X}_R\\ Y_R\\ Z_R\\ 1\end{array}\right]$ 为系统参考空间的坐标空间， $\left[\begin{array}{c}{X}_T\\ Y_T\\ Z_T\\ 1\end{array}\right]$ 为附加在标定模板的光学跟踪器的坐标空间，T_RT包含了旋转和平移矩阵。

所述光学跟踪模块还用于计算得到附加在标定模板的光学跟踪器的坐标系T与标定模板模块的坐标系G的变换矩阵T_TG,其坐标系之间的转换关系可具体表示为：

$\left[\begin{array}{c}{X}_T\\ Y_T\\ Z_T\\ 1\end{array}\right]=T_{TG}\left[\begin{array}{c}{X}_G\\ Y_G\\ Z_G\\ 1\end{array}\right],$ 其中 $\left[\begin{array}{c}{X}_T\\ Y_T\\ Z_T\\ 1\end{array}\right]$ 为附加在标定模板的光学跟踪器的坐标空间， $\left[\begin{array}{c}{X}_G\\ Y_G\\ Z_G\\ 1\end{array}\right]$ 为标定模板的坐标空间，T_TG包含了旋转和平移矩阵。

所述标定模板模块用于计算得到标定模板的坐标系G与内窥镜相机的坐标系C的变换矩阵T_GC,其坐标系之间的转换关系可具体表示为：

$\left[\begin{array}{c}{X}_G\\ Y_G\\ Z_G\\ 1\end{array}\right]=T_{GC}\left[\begin{array}{c}{X}_C\\ Y_C\\ Z_C\\ 1\end{array}\right],$ 其中 $\left[\begin{array}{c}{X}_G\\ Y_G\\ Z_G\\ 1\end{array}\right]$ 为标定模板的坐标空间， $\left[\begin{array}{c}{X}_C\\ Y_C\\ Z_C\\ 1\end{array}\right]$ 为内窥镜相机的坐标空间，T_GC包含了旋转和平移矩阵。

所述光学跟踪模块还用于利用矩阵之间的变换关系，计算得到安置在内窥镜前端的光学跟踪器的坐标系E与内窥镜相机的坐标系C的变换矩阵T_EC，其变换关系具体为：

T_EC＝T_ER·T_RT·T_TG·T_GC。

本发明还提供一种内窥镜校准方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：计算得到安置在内窥镜前端的光学跟踪器的坐标系E与光学位置传感器的系统参考空间坐标系R的变换矩阵T_ER，其坐标系之间的转换关系可具体表示为： $\left[\begin{array}{c}{X}_E\\ Y_E\\ Z_E\\ 1\end{array}\right]=T_{ER}\left[\begin{array}{c}{X}_R\\ Y_R\\ Z_R\\ 1\end{array}\right],$ 其中 $\left[\begin{array}{c}{X}_E\\ Y_E\\ Z_E\\ 1\end{array}\right]$ 为安置在内窥镜前端的光学跟踪器的坐标空间， $\left[\begin{array}{c}{X}_R\\ Y_R\\ Z_R\\ 1\end{array}\right]$ 为系统参考空间的坐标空间，T_ER包含了旋转和平移矩阵；计算得到光学位置传感器的系统参考空间坐标系R与附加在标定模板的光学跟踪器的坐标系T的变换矩阵T_RT，,其坐标系之间的转换关系可具体表示为： $\left[\begin{array}{c}{X}_R\\ Y_R\\ Z_R\\ 1\end{array}\right]=T_{RT}\left[\begin{array}{c}{X}_T\\ Y_T\\ Z_T\\ 1\end{array}\right],$ 其中 $\left[\begin{array}{c}{X}_R\\ Y_R\\ Z_R\\ 1\end{array}\right]$ 为系统参考空间的坐标空间， $\left[\begin{array}{c}{X}_T\\ Y_T\\ Z_T\\ 1\end{array}\right]$ 为附加在标定模板的光学跟踪器的坐标空间，T_RT包含了旋转和平移矩阵；计算得到附加在标定模板的光学跟踪器的坐标系T与标定模板模块的坐标系G的变换矩阵T_TG,其坐标系之间的转换关系可具体表示为： $\left[\begin{array}{c}{X}_T\\ Y_T\\ Z_T\\ 1\end{array}\right]=T_{TG}\left[\begin{array}{c}{X}_G\\ Y_G\\ Z_G\\ 1\end{array}\right],$ 其中 $\left[\begin{array}{c}{X}_T\\ Y_T\\ Z_T\\ 1\end{array}\right]$ 为附加在标定模板的光学跟踪器的坐标空间， $\left[\begin{array}{c}{X}_G\\ Y_G\\ Z_G\\ 1\end{array}\right]$ 为标定模板的坐标空间，T_TG包含了旋转和平移矩阵；计算得到标定模板的坐标系G与内窥镜相机的坐标系C的变换矩阵T_GC，其坐标系之间的转换关系可具体表示为： $\left[\begin{array}{c}{X}_G\\ Y_G\\ Z_G\\ 1\end{array}\right]=T_{GC}\left[\begin{array}{c}{X}_C\\ Y_C\\ Z_C\\ 1\end{array}\right],$ 其中 $\left[\begin{array}{c}{X}_G\\ Y_G\\ Z_G\\ 1\end{array}\right]$ 为标定模板的坐标空间， $\left[\begin{array}{c}{X}_C\\ Y_C\\ Z_C\\ 1\end{array}\right]$ 为内窥镜相机的坐标空间，T_GC包含了旋转和平移矩阵；计算得到安置在内窥镜前端的光学跟踪器的坐标系E与内窥镜相机的坐标系C的变换矩阵T_EC，其变换关系具体为：T_EC＝T_ER·T_RT·T_TG·T_GC。。

本发明内窥镜校准系统及方法，计算简单，时间复杂度低，不易出错，可用于实时的手术导航。本发明无需将EM位置传感器插入到内窥镜工作通道中从而避免长期占用内窥镜工作通道，可实时、高效、快捷、准确地进行内窥镜校准，并为多模态图像引导外科手术技术后续的多模态图像配准奠定了基础。

附图说明

图1为本发明内窥镜校准系统的硬件架构图；

图2为本发明内窥镜校准系统的运行环境示意图；

图3为本发明内窥镜校准方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细的说明。

参阅图1所示，是本发明内窥镜校准系统的硬件架构图。该系统包括内窥镜模块101、标定模板模块102及光学跟踪模块103。

所述内窥镜模块101包括：内窥镜前端和位于内窥镜照相机通道内的内窥镜相机。

所述标定模板模块102可以为具有等间距实心圆阵列图案的平板或者带有棋盘格图案的平板等类型的标定平板，且可根据系统要求改变平板上的图案类型和排列方式以及平板的材质。

所述光学跟踪模块103包括：安置在内窥镜前端上的光学跟踪器1031、附加在标定模板上的光学跟踪器1032以及光学位置传感器1033。

为了更清楚地阐明本发明，请同时参阅图2。所述光学位置传感器1033用于实时地获取光学跟踪器1031和光学跟踪器1032的位置信息。所述光学跟踪器1031和光学跟踪器1032上具有相应的光反射球，可实时地被光学位置传感器1033检测。光反射球的数量、形状和排列方式并不是单一的，可根据系统要求进行相应的改变。所述光学跟踪器1031和光学跟踪器1032可根据系统的实际条件灵活的改变其在内窥镜模块101和标定模板模块102上的位置和安置方式。

本系统主要包含5个坐标空间，分别为光学位置传感器1033所提供的系统参考空间坐标系R，标定模板模块102的坐标系G，内窥镜模块101相机工作通道内的内窥镜相机的坐标系C，安装在内窥镜前端上的光学跟踪器1031的坐标系E以及附加在标定模板模块102上的光学跟踪器1032的坐标系T。其中，光学跟踪器1031的坐标系E与系统参考空间坐标系R的变换矩阵为T_ER，系统参考空间坐标系R与光学跟踪器1032的坐标系T的变换矩阵为T_RT，光学跟踪器1032的坐标系T与标定模板的坐标系G的变换矩阵为T_TG，标定模板的坐标系G与内窥镜相机的坐标系C的变换矩阵为T_GC，光学跟踪器1031的坐标系E与内窥镜相机的坐标系C的变换矩阵为T_EC。

所述光学跟踪模块103用于计算得到光学跟踪器1031的坐标系E与系统参考空间坐标系R的变换矩阵T_ER，其坐标系之间的转换关系可具体表示为：

$\left[\begin{array}{c}{X}_E\\ Y_E\\ Z_E\\ 1\end{array}\right]=T_{ER}\left[\begin{array}{c}{X}_R\\ Y_R\\ Z_R\\ 1\end{array}\right],$ 其中 $\left[\begin{array}{c}{X}_E\\ Y_E\\ Z_E\\ 1\end{array}\right]$ 为光学跟踪器1031的坐标空间， $\left[\begin{array}{c}{X}_R\\ Y_R\\ Z_R\\ 1\end{array}\right]$ 为系统参考空间的坐标空间，T_ER包含了旋转和平移矩阵。

所述光学跟踪模块103还用于计算得到系统参考空间坐标系R与光学跟踪器1032的坐标系T的变换矩阵T_RT,其坐标系之间的转换关系可具体表示为：

$\left[\begin{array}{c}{X}_R\\ Y_R\\ Z_R\\ 1\end{array}\right]=T_{RT}\left[\begin{array}{c}{X}_T\\ Y_T\\ Z_T\\ 1\end{array}\right],$ 其中 $\left[\begin{array}{c}{X}_R\\ Y_R\\ Z_R\\ 1\end{array}\right]$ 为系统参考空间的坐标空间， $\left[\begin{array}{c}{X}_T\\ Y_T\\ Z_T\\ 1\end{array}\right]$ 为光学跟踪器1032的坐标空间，T_RT包含了旋转和平移矩阵。

所述光学跟踪模块103还用于计算得到光学跟踪器1032的坐标系T与标定模板模块102的坐标系G的变换矩阵T_TG,其坐标系之间的转换关系可具体表示为：

$\left[\begin{array}{c}{X}_T\\ Y_T\\ Z_T\\ 1\end{array}\right]=T_{TG}\left[\begin{array}{c}{X}_G\\ Y_G\\ Z_G\\ 1\end{array}\right],$ 其中 $\left[\begin{array}{c}{X}_T\\ Y_T\\ Z_T\\ 1\end{array}\right]$ 为光学跟踪器1032的坐标空间， $\left[\begin{array}{c}{X}_G\\ Y_G\\ Z_G\\ 1\end{array}\right]$ 为标定模板的坐标空间，T_TG包含了旋转和平移矩阵，其值由所述标定模板模块102的标定平板以及附加在其上的光学跟踪器1032的几何位置关系确定。

所述标定模板模块102还用于计算得到标定模板的坐标系G与内窥镜相机的坐标系C的变换矩阵T_GC,其坐标系之间的转换关系可具体表示为：

$\left[\begin{array}{c}{X}_G\\ Y_G\\ Z_G\\ 1\end{array}\right]=T_{GC}\left[\begin{array}{c}{X}_C\\ Y_C\\ Z_C\\ 1\end{array}\right],$ 其中 $\left[\begin{array}{c}{X}_G\\ Y_G\\ Z_G\\ 1\end{array}\right]$ 为标定模板的坐标空间， $\left[\begin{array}{c}{X}_C\\ Y_C\\ Z_C\\ 1\end{array}\right]$ 为内窥镜相机的坐标空间，T_GC包含了旋转和平移矩阵，其值由所述的标定模板模块102通过现有的，例如张正友、Tsai等相机标定算法计算得到。

需要特别说明的是，在首次标定过程中，利用现有的标定算法首先计算内窥镜模块101中内窥镜相机的内参数，即相机的主点坐标、焦距以及畸变系数，可用于对内窥镜相机进行畸变矫正，从而保证内窥镜校准的准确性。

所述光学跟踪模块103还用于利用矩阵之间的变换关系，计算得到光学跟踪器1031的坐标系E与内窥镜相机的坐标系C的变换矩阵T_EC，其变换关系具体为：

T_EC＝T_ER·T_RT·T_TG·T_GC。

参阅图3所示，是本发明内窥镜校准方法较佳实施例的作业流程图。

步骤S1，光学跟踪模块103计算得到光学跟踪器1031的坐标系E与系统参考空间坐标系R的变换矩阵T_ER，其坐标系之间的转换关系可具体表示为：

$\left[\begin{array}{c}{X}_E\\ Y_E\\ Z_E\\ 1\end{array}\right]=T_{ER}\left[\begin{array}{c}{X}_R\\ Y_R\\ Z_R\\ 1\end{array}\right],$ 其中 $\left[\begin{array}{c}{X}_E\\ Y_E\\ Z_E\\ 1\end{array}\right]$ 为光学跟踪器1031的坐标空间， $\left[\begin{array}{c}{X}_R\\ Y_R\\ Z_R\\ 1\end{array}\right]$ 为系统参考空间的坐标空间，T_ER包含了旋转和平移矩阵。

步骤S2，光学跟踪模块103计算得到系统参考空间坐标系R与光学跟踪器1032的坐标系T的变换矩阵T_RT,其坐标系之间的转换关系可具体表示为：

$\left[\begin{array}{c}{X}_R\\ Y_R\\ Z_R\\ 1\end{array}\right]=T_{RT}\left[\begin{array}{c}{X}_T\\ Y_T\\ Z_T\\ 1\end{array}\right],$ 其中 $\left[\begin{array}{c}{X}_R\\ Y_R\\ Z_R\\ 1\end{array}\right]$ 为系统参考空间的坐标空间， $\left[\begin{array}{c}{X}_T\\ Y_T\\ Z_T\\ 1\end{array}\right]$ 为光学跟踪器1032的坐标空间，T_RT包含了旋转和平移矩阵。

步骤S3，光学跟踪模块103计算得到光学跟踪器1032的坐标系T与标定模板模块102的坐标系G的变换矩阵T_TG,其坐标系之间的转换关系可具体表示为：

$\left[\begin{array}{c}{X}_T\\ Y_T\\ Z_T\\ 1\end{array}\right]=T_{TG}\left[\begin{array}{c}{X}_G\\ Y_G\\ Z_G\\ 1\end{array}\right],$ 其中 $\left[\begin{array}{c}{X}_T\\ Y_T\\ Z_T\\ 1\end{array}\right]$ 为光学跟踪器1032的坐标空间， $\left[\begin{array}{c}{X}_G\\ Y_G\\ Z_G\\ 1\end{array}\right]$ 为标定模板的坐标空间，T_TG包含了旋转和平移矩阵，其值由所述标定模板模块102的标定平板以及附加在其上的光学跟踪器1032的几何位置关系确定。

步骤S4，标定模板模块102计算得到标定模板的坐标系G与内窥镜相机的坐标系C的变换矩阵T_GC,其坐标系之间的转换关系可具体表示为：

$\left[\begin{array}{c}{X}_G\\ Y_G\\ Z_G\\ 1\end{array}\right]=T_{GC}\left[\begin{array}{c}{X}_C\\ Y_C\\ Z_C\\ 1\end{array}\right],$ 其中 $\left[\begin{array}{c}{X}_G\\ Y_G\\ Z_G\\ 1\end{array}\right]$ 为标定模板的坐标空间， $\left[\begin{array}{c}{X}_C\\ Y_C\\ Z_C\\ 1\end{array}\right]$ 为内窥镜相机的坐标空间，T_GC包含了旋转和平移矩阵，其值由所述的标定模板模块102通过现有的，例如张正友、Tsai等相机标定算法计算得到。

需要特别说明的是，在首次标定过程中，利用现有的标定算法首先计算内窥镜模块101中内窥镜相机的内参数，即相机的主点坐标、焦距以及畸变系数，可用于对内窥镜相机进行畸变矫正，从而保证内窥镜校准的准确性。

步骤S5，光学跟踪模块103利用矩阵之间的变换关系，计算得到光学跟踪器1031的坐标系E与内窥镜相机的坐标系C的变换矩阵T_EC，其变换关系具体为：

T_EC＝T_ER·T_RT·T_TG·T_GC。

利用本发明内窥镜校准系统及方法，能够得到光学跟踪器1031与内窥镜模块101中内窥镜相机之间的坐标变换矩阵T_EC，从而实现内窥镜的校准。在手术导航过程中，通过光学跟踪器1031的坐标位置信息，得到坐标变换矩阵T_EC，可高效、快捷和准确地得到此时内窥镜相机的坐标位置信息。

虽然本发明参照当前的较佳实施方式进行了描述，但本领域的技术人员应能理解，上述较佳实施方式仅用来说明本发明，并非用来限定本发明的保护范围，任何在本发明的精神和原则范围之内，所做的任何修饰、等效替换、改进等，均应包含在本发明的权利保护范围之内。

Claims (8)

1.一种内窥镜校准系统，其特征在于，该系统包括内窥镜模块、标定模板模块及光学跟踪模块，其中：

所述内窥镜模块包括：内窥镜前端和位于内窥镜照相机通道内的内窥镜相机；

所述标定模板模块为具有等间距实心圆阵列图案的平板或者带有棋盘格图案的平板等类型的标定平板；

所述光学跟踪模块包括：安置在内窥镜前端的光学跟踪器、附加在标定模板的光学跟踪器以及光学位置传感器。

2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述光学位置传感器用于实时地获取安置在内窥镜前端的光学跟踪器和附加在标定模板的光学跟踪器的位置信息。

3.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述光学跟踪模块用于计算得到安置在内窥镜前端的光学跟踪器的坐标系E与光学位置传感器的系统参考空间坐标系R的变换矩阵T_ER，其坐标系之间的转换关系可具体表示为：

$\left[\begin{array}{c}{X}_E\\ Y_E\\ Z_E\\ 1\end{array}\right]=T_{ER}\left[\begin{array}{c}{X}_R\\ Y_R\\ Z_R\\ 1\end{array}\right],$ 其中 $\left[\begin{array}{c}{X}_E\\ Y_E\\ Z_E\\ 1\end{array}\right]$ 为安置在内窥镜前端的光学跟踪器的坐标空间， $\left[\begin{array}{c}{X}_R\\ Y_R\\ Z_R\\ 1\end{array}\right]$ 为系统参考空间的坐标空间，T_ER包含了旋转和平移矩阵。

4.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述光学跟踪模块还用于计算得到光学位置传感器的系统参考空间坐标系R与附加在标定模板的光学跟踪器的坐标系T的变换矩阵T_RT,其坐标系之间的转换关系可具体表示为：

$\left[\begin{array}{c}{X}_R\\ Y_R\\ Z_R\\ 1\end{array}\right]=T_{RT}\left[\begin{array}{c}{X}_T\\ Y_T\\ Z_T\\ 1\end{array}\right],$ 其中 $\left[\begin{array}{c}{X}_R\\ Y_R\\ Z_R\\ 1\end{array}\right]$ 为系统参考空间的坐标空间， $\left[\begin{array}{c}{X}_T\\ Y_T\\ Z_T\\ 1\end{array}\right]$ 为附加在标定模板的光学跟踪器的坐标空间，T_RT包含了旋转和平移矩阵。

5.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述光学跟踪模块还用于计算得到附加在标定模板的光学跟踪器的坐标系T与标定模板模块的坐标系G的变换矩阵T_TG,其坐标系之间的转换关系可具体表示为：

$\left[\begin{array}{c}{X}_T\\ Y_T\\ Z_T\\ 1\end{array}\right]=T_{TG}\left[\begin{array}{c}{X}_G\\ Y_G\\ Z_G\\ 1\end{array}\right],$ 其中 $\left[\begin{array}{c}{X}_T\\ Y_T\\ Z_T\\ 1\end{array}\right]$ 为附加在标定模板的光学跟踪器的坐标空间， $\left[\begin{array}{c}{X}_G\\ Y_G\\ Z_G\\ 1\end{array}\right]$ 为标定模板的坐标空间，T_TG包含了旋转和平移矩阵。

6.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述标定模板模块用于计算得到标定模板的坐标系G与内窥镜相机的坐标系C的变换矩阵T_GC,其坐标系之间的转换关系可具体表示为：

$\left[\begin{array}{c}{X}_G\\ Y_G\\ Z_G\\ 1\end{array}\right]=T_{GC}\left[\begin{array}{c}{X}_C\\ Y_C\\ Z_C\\ 1\end{array}\right],$ 其中 $\left[\begin{array}{c}{X}_G\\ Y_G\\ Z_G\\ 1\end{array}\right]$ 为标定模板的坐标空间， $\left[\begin{array}{c}{X}_C\\ Y_C\\ Z_C\\ 1\end{array}\right]$ 为内窥镜相机的坐标空间，T_GC包含了旋转和平移矩阵。

7.如权利要求3或4或5或6所述的系统，其特征在于，所述光学跟踪模块还用于利用矩阵之间的变换关系，计算得到安置在内窥镜前端的光学跟踪器的坐标系E与内窥镜相机的坐标系C的变换矩阵T_EC，其变换关系具体为：

T_EC＝T_ER·T_RT·T_TG·T_GC。

8.一种内窥镜校准方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

计算得到安置在内窥镜前端的光学跟踪器的坐标系E与光学位置传感器的系统参考空间坐标系R的变换矩阵T_ER，其坐标系之间的转换关系可具体表示为： $\left[\begin{array}{c}{X}_E\\ Y_E\\ Z_E\\ 1\end{array}\right]=T_{ER}\left[\begin{array}{c}{X}_R\\ Y_R\\ Z_R\\ 1\end{array}\right],$ 其中 $\left[\begin{array}{c}{X}_E\\ Y_E\\ Z_E\\ 1\end{array}\right]$ 为安置在内窥镜前端的光学跟踪器的坐标空间， $\left[\begin{array}{c}{X}_R\\ Y_R\\ Z_R\\ 1\end{array}\right]$ 为系统参考空间的坐标空间，T_ER包含了旋转和平移矩阵；

计算得到光学位置传感器的系统参考空间坐标系R与附加在标定模板的光学跟踪器的坐标系T的变换矩阵T_RT，,其坐标系之间的转换关系可具体表示为： $\left[\begin{array}{c}{X}_R\\ Y_R\\ Z_R\\ 1\end{array}\right]=T_{RT}\left[\begin{array}{c}{X}_T\\ Y_T\\ Z_T\\ 1\end{array}\right],$ 其中 $\left[\begin{array}{c}{X}_R\\ Y_R\\ Z_R\\ 1\end{array}\right]$ 为系统参考空间的坐标空间， $\left[\begin{array}{c}{X}_T\\ Y_T\\ Z_T\\ 1\end{array}\right]$ 为附加在标定模板的光学跟踪器的坐标空间，T_RT包含了旋转和平移矩阵；

计算得到附加在标定模板的光学跟踪器的坐标系T与标定模板模块的坐标系G的变换矩阵T_TG,其坐标系之间的转换关系可具体表示为： $\left[\begin{array}{c}{X}_T\\ Y_T\\ Z_T\\ 1\end{array}\right]=T_{TG}\left[\begin{array}{c}{X}_G\\ Y_G\\ Z_G\\ 1\end{array}\right],$ 其中 $\left[\begin{array}{c}{X}_T\\ Y_T\\ Z_T\\ 1\end{array}\right]$ 为附加在标定模板的光学跟踪器的坐标空间， $\left[\begin{array}{c}{X}_G\\ Y_G\\ Z_G\\ 1\end{array}\right]$ 为标定模板的坐标空间，T_TG包含了旋转和平移矩阵；

计算得到标定模板的坐标系G与内窥镜相机的坐标系C的变换矩阵T_GC，其坐标系之间的转换关系可具体表示为： $\left[\begin{array}{c}{X}_G\\ Y_G\\ Z_G\\ 1\end{array}\right]=T_{GC}\left[\begin{array}{c}{X}_C\\ Y_C\\ Z_C\\ 1\end{array}\right],$ 其中 $\left[\begin{array}{c}{X}_G\\ Y_G\\ Z_G\\ 1\end{array}\right]$ 为标定模板的坐标空间， $\left[\begin{array}{c}{X}_C\\ Y_C\\ Z_C\\ 1\end{array}\right]$ 为内窥镜相机的坐标空间，T_GC包含了旋转和平移矩阵；

计算得到安置在内窥镜前端的光学跟踪器的坐标系E与内窥镜相机的坐标系C的变换矩阵T_EC，其变换关系具体为：T_EC＝T_ER·T_RT·T_TG·T_GC。