CN109953828B - 一种参考架坐标系找回方法以及参考架坐标系找回装置 - Google Patents

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Abstract

本申请提供一种参考架坐标系找回方法以及参考架坐标系找回装置，该方法包括：在手术过程中、在确定参考架与骨骼的相对位置发生改变、在将参考架移动至骨骼的目标位置，且在将探针按照目标姿态固定于骨骼上的验证点的情况下，确定位于骨骼的目标位置的参考架对应的第一坐标系；确定按照目标姿态固定于骨骼上的验证点上的探针对应的第二坐标系；根据第一坐标系和第二坐标系，获取第一坐标系对应关系；根据第一坐标系对应关系、预先存储的第二坐标系对应关系以及第一坐标系，确定参考架与骨骼的相对位置发生改变之前参考架对应的初始坐标系。这样，可以找回参考架与骨骼的相对位置发生改变之前参考架对应的初始坐标系，使手术得以继续。

Description

一种参考架坐标系找回方法以及参考架坐标系找回装置
技术领域
本申请涉及医疗技术领域，尤其涉及一种参考架坐标系找回方法以及参考架坐标系找回装置。
背景技术
骨科手术中可以将参考架固定在骨骼上，通过配准操作建立参考架与骨骼的关系，从而追踪参考架进行对骨骼的定位操作。但是如果参考架与骨骼因为碰撞或者松动等原因发生相对位移，会严重影响定位效果。如果想要进行重新配准，此时一些被用于配准的结构已经被去除。例如，部分骨骼已经被锯掉。由于所剩下的解剖结构可能不完整，或者所能提供的信息量较少，可能会导致重新配准失败，进而导致手术失败。因此，相关技术中，如果参考架与骨骼发生相对位移，会导致手术失败。
发明内容
本申请提供了一种参考架坐标系找回方法以及参考架坐标系找回装置，以解决相关技术中，如果参考架与骨骼发生相对位移，会导致手术失败的问题。
一方面，本申请提供一种参考架坐标系找回方法，包括：
在手术过程中、在确定所述参考架与骨骼的相对位置发生改变、在将所述参考架移动至所述骨骼的目标位置，且在将探针按照目标姿态固定于所述骨骼上的验证点的情况下，确定位于所述骨骼的目标位置的参考架对应的第一坐标系；
确定按照所述目标姿态固定于所述骨骼上的验证点上的探针对应的第二坐标系；
根据所述第一坐标系和所述第二坐标系，获取第一坐标系对应关系；
根据所述第一坐标系对应关系、预先存储的第二坐标系对应关系以及所述第一坐标系，确定所述参考架与所述骨骼的相对位置发生改变之前所述参考架对应的初始坐标系，其中，所述预先存储的第二坐标系对应关系为所述参考架与所述骨骼的相对位置发生改变之前，按照所述目标姿态固定于所述骨骼上的验证点上的探针对应的第三坐标系与固定于所述骨骼上的初始位置处的参考架对应的第四坐标系之间的坐标系对应关系。
可选的，所述根据所述第一坐标系对应关系、预先存储的第二坐标系对应关系以及所述第一坐标系，确定所述参考架与所述骨骼的相对位置发生改变之前所述参考架对应的初始坐标系，包括：
按照以下公式确定所述参考架对应的初始坐标系：
C初＝(R预·t预)-1·(Rm·tm)·C目
其中，所述C初为所述参考架对应的初始坐标系，所述(R预·t预)为所述预先存储的第二坐标系对应关系，所述(Rm·tm)为所述第一坐标系对应关系，所述C目为位于所述骨骼的目标位置的参考架对应的第一坐标系。
可选的，在手术过程中、在确定所述参考架与骨骼的相对位置发生改变、在将所述参考架移动至所述骨骼的目标位置，且在将探针按照目标姿态固定于所述骨骼上的验证点的情况下，确定位于所述骨骼的目标位置的参考架对应的第一坐标系的步骤之前，所述方法还包括：
在手术开始前，获取所述验证点在所述参考架对应的初始坐标系下的第一坐标；
在手术过程中，获取所述验证点在所述参考架对应的第五坐标系下的第二坐标；
判断所述第一坐标和所述第二坐标是否匹配；
在所述第一坐标和所述第二坐标相匹配的情况下，确定所述参考架与所述骨骼的相对位置未发生改变；
在所述第一坐标和所述第二坐标不匹配的情况下，确定所述参考架与所述骨骼的相对位置发生改变。
可选的，所述获取所述验证点在所述参考架对应的初始坐标系下的第一坐标，包括：
在所述探针的尖端位于所述验证点处的情况下，确定所述探针的尖端在所述探针对应的第六坐标系下的第三坐标；
获取所述探针对应的第六坐标系与所述参考架对应的初始坐标系之间的第三坐标系对应关系；
根据所述第三坐标以及所述第三坐标系对应关系，确定所述探针的尖端在所述参考架对应的初始坐标系下的第四坐标，并将所述探针的尖端在所述参考架对应的初始坐标系下的第四坐标作为所述验证点在所述参考架对应的初始坐标系下的第一坐标；
其中，按照以下公式确定所述探针的尖端在所述参考架对应的初始坐标系下的第四坐标：
(a2，b2，c2)＝(Ra·ta)·(a1，b1，c1)
(a2，b2，c2)为所述探针的尖端在所述参考架对应的初始坐标系下的第四坐标，(a1，b1，c1)为所述探针的尖端在所述探针对应的第六坐标系下的第三坐标，(Ra·ta)为所述第三坐标系对应关系。
另一方面，本申请还提供一种参考架坐标系找回装置，包括：
第一确定模块，用于在手术过程中、在确定所述参考架与骨骼的相对位置发生改变、在将所述参考架移动至所述骨骼的目标位置，且在将探针按照目标姿态固定于所述骨骼上的验证点的情况下，确定位于所述骨骼的目标位置的参考架对应的第一坐标系；
第二确定模块，用于确定按照所述目标姿态固定于所述骨骼上的验证点上的探针对应的第二坐标系；
第一获取模块，用于根据所述第一坐标系和所述第二坐标系，获取第一坐标系对应关系；
第三确定模块，用于根据所述第一坐标系对应关系、预先存储的第二坐标系对应关系以及所述第一坐标系，确定所述参考架与所述骨骼的相对位置发生改变之前所述参考架对应的初始坐标系，其中，所述预先存储的第二坐标系对应关系为所述参考架与所述骨骼的相对位置发生改变之前，按照所述目标姿态固定于所述骨骼上的验证点上的探针对应的第三坐标系与固定于所述骨骼上的初始位置处的参考架对应的第四坐标系之间的坐标系对应关系。
可选的，所述第三确定模块用于按照以下公式确定所述参考架对应的初始坐标系：
C初＝(R预·t预)-1·(Rm·tm)·C目
其中，所述C初为所述参考架对应的初始坐标系，所述(R预·t预)为所述预先存储的第二坐标系对应关系，所述(Rm·tm)为所述第一坐标系对应关系，所述C目为位于所述骨骼的目标位置的参考架对应的第一坐标系。
可选的，所述参考架坐标系找回装置还包括：
第二获取模块，用于在手术开始前，获取所述验证点在所述参考架对应的初始坐标系下的第一坐标；
第三获取模块，用于在手术过程中，获取所述验证点在所述参考架对应的第五坐标系下的第二坐标；
判断模块，用于判断所述第一坐标和所述第二坐标是否匹配；
第四确定模块，用于在所述第一坐标和所述第二坐标相匹配的情况下，确定所述参考架与所述骨骼的相对位置未发生改变；
第五确定模块，用于在所述第一坐标和所述第二坐标不匹配的情况下，确定所述参考架与所述骨骼的相对位置发生改变。
可选的，所述第二获取模块包括：
第一确定子模块，用于在所述探针的尖端位于所述验证点处的情况下，确定所述探针的尖端在所述探针对应的第六坐标系下的第三坐标；
获取子模块，用于获取所述探针对应的第六坐标系与所述参考架对应的初始坐标系之间的第三坐标系对应关系；
第二确定子模块，用于根据所述第三坐标以及所述第三坐标系对应关系，确定所述探针的尖端在所述参考架对应的初始坐标系下的第四坐标，并将所述探针的尖端在所述参考架对应的初始坐标系下的第四坐标作为所述验证点在所述参考架对应的初始坐标系下的第一坐标；
其中，按照以下公式确定所述探针的尖端在所述参考架对应的初始坐标系下的第四坐标：
(a2，b2，c2)＝(Ra·ta)·(a1，b1，c1)
(a2，b2，c2)为所述探针的尖端在所述参考架对应的初始坐标系下的第四坐标，(a1，b1，c1)为所述探针的尖端在所述探针对应的第六坐标系下的第三坐标，(Ra·ta)为所述第三坐标系对应关系。
由以上技术方案可知，本申请提供一种参考架坐标系找回方法以及参考架坐标系找回装置，所述方法包括：在手术过程中、在确定所述参考架与骨骼的相对位置发生改变、在将所述参考架移动至所述骨骼的目标位置，且在将探针按照目标姿态固定于所述骨骼上的验证点的情况下，确定位于所述骨骼的目标位置的参考架对应的第一坐标系；确定按照所述目标姿态固定于所述骨骼上的验证点上的探针对应的第二坐标系；根据所述第一坐标系和所述第二坐标系，获取第一坐标系对应关系；根据所述第一坐标系对应关系、预先存储的第二坐标系对应关系以及所述第一坐标系，确定所述参考架与所述骨骼的相对位置发生改变之前所述参考架对应的初始坐标系，其中，所述预先存储的第二坐标系对应关系为所述参考架与所述骨骼的相对位置发生改变之前，按照所述目标姿态固定于所述骨骼上的验证点上的探针对应的第三坐标系与固定于所述骨骼上的初始位置处的参考架对应的第四坐标系之间的坐标系对应关系。这样，在手术过程中，在确定参考架与骨骼的相对位置发生改变的情况下，可以根据第一坐标系对应关系、预先存储的第二坐标系对应关系以及第一坐标系，确定参考架与骨骼的相对位置发生改变之前参考架对应的初始坐标系，即可以在参考架与骨骼的相对位置发生改变的情况下找回参考架与骨骼的相对位置发生改变之前参考架对应的初始坐标系，使手术得以继续。
附图说明
为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请提供的一种参考架坐标系找回方法的流程图；
图2为本申请提供的在骨骼上安装参考架和验证点的示意图；
图3为本申请提供的探针的示意图；
图4为本申请提供的连接杆的示意图；
图5为本申请提供的探针和连接杆的示意图；
图6为本申请提供的探针和连接杆紧固成刚体的示意图；
图7为本申请提供的验证点的示意图；
图8为本申请提供的梅花槽和对称的两瓣销子的示意图；
图9为本申请提供的探针和连接杆紧固成的刚体固定于验证点处的示意图；
图10为本申请提供的销子插入梅花槽里的6种姿态的示意图；
图11为本申请提供的参考架与骨骼的相对位置发生改变之前以及将参考架移动至骨骼的目标位置处的示意图；
图12为本申请提供的另一种参考架坐标系找回方法的流程图；
图13为本申请提供的探针坐标系的示意图；
图14为本申请提供的探针和连接杆紧固成的刚体以目标姿态固定于骨骼上的验证点上的示意图；
图15为本申请提供的一种参考架坐标系找回装置的结构图；
图16为本申请提供的另一种参考架坐标系找回装置的结构图；
图17为本申请提供的另一种参考架坐标系找回装置的结构图。
具体实施方式
下面将详细地对实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下实施例中描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。仅是与权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的系统和方法的示例。
参见图1，图1是本申请提供的一种参考架坐标系找回方法的流程图。如图1所示，包括以下步骤：
步骤101、在手术过程中、在确定所述参考架与骨骼的相对位置发生改变、在将所述参考架移动至所述骨骼的目标位置，且在将探针按照目标姿态固定于所述骨骼上的验证点的情况下，确定位于所述骨骼的目标位置的参考架对应的第一坐标系。
在步骤101中，使用全膝置换手术机器人进行全膝置换手术时，可以在骨骼上安装好参考架和验证点。参考架是一个含有多个标记物(marker)的X型的支架，视觉导航系统可以识别这些marker，并根据marker的相对位置计算该参考架的坐标系。由于视觉导航系统只能识别参考架不能识别骨骼本身，所以参考架是骨骼手术的基础。可以将参考架和骨骼固定成一个刚体，当骨骼移动时参考架会做同样的移动。当视觉导航系统捕捉到参考架的移动轨迹后，就可以推测出骨骼的移动轨迹。这样就可以为手术中的配准和截骨等操作提供数据来源。可以认为验证点和骨骼是一个刚体。这样当参考架和骨骼产生相对移动时，参考架就和验证点产生了相对移动。如图2所示，为在骨骼上安装参考架和验证点的示意图。
在手术过程中、在确定参考架与骨骼的相对位置发生改变、在将参考架移动至骨骼的目标位置，且在将探针按照目标姿态固定于骨骼上的验证点的情况下，可以确定位于骨骼的目标位置的参考架对应的第一坐标系C目。
步骤102、确定按照所述目标姿态固定于所述骨骼上的验证点上的探针对应的第二坐标系。
在步骤102中，可以确定按照目标姿态固定于骨骼上的验证点上的探针对应的第二坐标系Ca。需要说明的是，此时探针通过连接杆以目标姿态固定于骨骼上的验证点上。如图3所示，为探针的示意图。探针上有四个marker，当视觉导航系统读到四个marker的相对位置后就可以获取探针对应的坐标系。探针上开有固定槽。
如图4所示，为连接杆的示意图。连接杆上设置有定位销，且连接杆的一端设置有梅花槽，该梅花槽包含6瓣凹槽。可以将连接杆的定位销安装到探针的固定槽上，并旋紧紧固旋钮，使探针和连接杆紧固成刚体。如图5所示，为探针和连接杆的示意图。如图6所示，为探针和连接杆紧固成刚体的示意图。
如图7所示，为验证点的示意图。验证点可以包含对称的两瓣销子，可以将探针和连接杆紧固成的刚体固定于验证点处。例如，可以使验证点处对称的两瓣销子插入连接杆一端的梅花槽内。如图8所示，为梅花槽和对称的两瓣销子的示意图。如图9所示，为探针和连接杆紧固成的刚体固定于验证点处的示意图。梅花形设计有两个优点：1、能保证连接杆和验证点连接的刚性。2、销子不能在梅花槽内自由的旋转，这样可以保证找回参考架和骨骼的位置关系。
需要说明的是，梅花槽包含6瓣凹槽，而验证点处的为对称的两瓣销子，所以销子插入梅花槽里共有6种姿态。如图10所示，为销子插入梅花槽里的6种姿态的示意图。
步骤103、根据所述第一坐标系和所述第二坐标系，获取第一坐标系对应关系。
在步骤103中，视觉导航系统可以根据第一坐标系C目和第二坐标系Ca，获取第一坐标系对应关系(Rm·tm)。
步骤104、根据所述第一坐标系对应关系、预先存储的第二坐标系对应关系以及所述第一坐标系，确定所述参考架与所述骨骼的相对位置发生改变之前所述参考架对应的初始坐标系，其中，所述预先存储的第二坐标系对应关系为所述参考架与所述骨骼的相对位置发生改变之前，按照所述目标姿态固定于所述骨骼上的验证点上的探针对应的第三坐标系与固定于所述骨骼上的初始位置处的参考架对应的第四坐标系之间的坐标系对应关系。
在步骤104中，可以根据第一坐标系对应关系(Rm·tm)、预先存储的第二坐标系对应关系(R预·t预)以及第一坐标系C目，确定参考架与骨骼的相对位置发生改变之前参考架对应的初始坐标系C初。其中，预先存储的第二坐标系对应关系(R预·t预)为参考架与骨骼的相对位置发生改变之前，按照目标姿态固定于骨骼上的验证点上的探针对应的第三坐标系Cb与固定于骨骼上的初始位置处的参考架对应的第四坐标系Cc之间的坐标系对应关系。如图11所示，为参考架与骨骼的相对位置发生改变之前以及将参考架移动至骨骼的目标位置处的示意图。
需要说明的是，相关技术中，如果参考架与骨骼发生相对位移，会导致手术失败。
而在本申请中，在手术过程中，在确定参考架与骨骼的相对位置发生改变的情况下，可以根据第一坐标系对应关系、预先存储的第二坐标系对应关系以及第一坐标系，确定参考架与骨骼的相对位置发生改变之前参考架对应的初始坐标系，即可以在参考架与骨骼的相对位置发生改变的情况下找回参考架与骨骼的相对位置发生改变之前参考架对应的初始坐标系，使手术得以继续。
本申请提供的参考架坐标系找回方法，在手术过程中、在确定所述参考架与骨骼的相对位置发生改变、在将所述参考架移动至所述骨骼的目标位置，且在将探针按照目标姿态固定于所述骨骼上的验证点的情况下，确定位于所述骨骼的目标位置的参考架对应的第一坐标系；确定按照所述目标姿态固定于所述骨骼上的验证点上的探针对应的第二坐标系；根据所述第一坐标系和所述第二坐标系，获取第一坐标系对应关系；根据所述第一坐标系对应关系、预先存储的第二坐标系对应关系以及所述第一坐标系，确定所述参考架与所述骨骼的相对位置发生改变之前所述参考架对应的初始坐标系，其中，所述预先存储的第二坐标系对应关系为所述参考架与所述骨骼的相对位置发生改变之前，按照所述目标姿态固定于所述骨骼上的验证点上的探针对应的第三坐标系与固定于所述骨骼上的初始位置处的参考架对应的第四坐标系之间的坐标系对应关系。这样，在手术过程中，在确定参考架与骨骼的相对位置发生改变的情况下，可以根据第一坐标系对应关系、预先存储的第二坐标系对应关系以及第一坐标系，确定参考架与骨骼的相对位置发生改变之前参考架对应的初始坐标系，即可以在参考架与骨骼的相对位置发生改变的情况下找回参考架与骨骼的相对位置发生改变之前参考架对应的初始坐标系，使手术得以继续。
参见图12，图12是本申请提供的另一种参考架坐标系找回方法的流程图。如图12所示，包括以下步骤：
步骤1201、在手术过程中、在确定所述参考架与骨骼的相对位置发生改变、在将所述参考架移动至所述骨骼的目标位置，且在将探针按照目标姿态固定于所述骨骼上的验证点的情况下，确定位于所述骨骼的目标位置的参考架对应的第一坐标系。
在步骤1201中，使用全膝置换手术机器人进行全膝置换手术时，可以在骨骼上安装好参考架和验证点。参考架是一个含有多个标记物(marker)的X型的支架，视觉导航系统可以识别这些marker，并根据marker的相对位置计算该参考架的坐标系。由于视觉导航系统只能识别参考架不能识别骨骼本身，所以参考架是骨骼手术的基础。可以将参考架和骨骼固定成一个刚体，当骨骼移动时参考架会做同样的移动。当视觉导航系统捕捉到参考架的移动轨迹后，就可以推测出骨骼的移动轨迹。这样就可以为手术中的配准和截骨等操作提供数据来源。可以认为验证点和骨骼是一个刚体。这样当参考架和骨骼产生相对移动时，参考架就和验证点产生了相对移动。仍以图2为例，如图2所示，为在骨骼上安装参考架和验证点的示意图。
在手术过程中、在确定参考架与骨骼的相对位置发生改变、在将参考架移动至骨骼的目标位置，且在将探针按照目标姿态固定于骨骼上的验证点的情况下，可以确定位于骨骼的目标位置的参考架对应的第一坐标系C目。
可选的，在手术过程中、在确定所述参考架与骨骼的相对位置发生改变、在将所述参考架移动至所述骨骼的目标位置，且在将探针按照目标姿态固定于所述骨骼上的验证点的情况下，确定位于所述骨骼的目标位置的参考架对应的第一坐标系的步骤之前，所述方法还包括：
在手术开始前，获取所述验证点在所述参考架对应的初始坐标系下的第一坐标；
在手术过程中，获取所述验证点在所述参考架对应的第五坐标系下的第二坐标；
判断所述第一坐标和所述第二坐标是否匹配；
在所述第一坐标和所述第二坐标相匹配的情况下，确定所述参考架与所述骨骼的相对位置未发生改变；
在所述第一坐标和所述第二坐标不匹配的情况下，确定所述参考架与所述骨骼的相对位置发生改变。
需要说明的是，在骨骼上安装好参考架和验证点之后，在手术开始前，可以获取验证点在参考架对应的初始坐标系C初下的第一坐标。
可选的，所述获取所述验证点在所述参考架对应的初始坐标系下的第一坐标，包括：
在所述探针的尖端位于所述验证点处的情况下，确定所述探针的尖端在所述探针对应的第六坐标系下的第三坐标；
获取所述探针对应的第六坐标系与所述参考架对应的初始坐标系之间的第三坐标系对应关系；
根据所述第三坐标以及所述第三坐标系对应关系，确定所述探针的尖端在所述参考架对应的初始坐标系下的第四坐标，并将所述探针的尖端在所述参考架对应的初始坐标系下的第四坐标作为所述验证点在所述参考架对应的初始坐标系下的第一坐标；
其中，按照以下公式确定所述探针的尖端在所述参考架对应的初始坐标系下的第四坐标：
(a2，b2，c2)＝(Ra·ta)·(a1，b1，c1)
(a2，b2，c2)为所述探针的尖端在所述参考架对应的初始坐标系下的第四坐标，(a1，b1，c1)为所述探针的尖端在所述探针对应的第六坐标系下的第三坐标，(Ra·ta)为所述第三坐标系对应关系。
探针上可以设置四个marker，当视觉导航系统读到四个marker的相对位置后就可以获取探针坐标系。如图13所示，为探针坐标系的示意图。此时探针的尖端在探针坐标系下的坐标为(a1，b1，c1)。
可以用探针尖端探触验证点，此时视觉导航系统可以同时捕捉探针对应的第六坐标系Ce和参考架对应的初始坐标系C初。在探针的尖端位于验证点处的情况下，可以确定探针的尖端在探针对应的第六坐标系Ce下的第三坐标(a1，b1，c1)。视觉导航系统还可以获取探针对应的第六坐标系Ce与参考架对应的初始坐标系C初之间的第三坐标系对应关系(Ra·ta)。(Ra·ta)是坐标系旋转平移矩阵，可以表示坐标系之间的关系。接下来，视觉导航系统还可以根据第三坐标(a1，b1，c1)以及第三坐标系对应关系(Ra·ta)，确定探针的尖端在参考架对应的初始坐标系C初下的第四坐标。
其中，可以按照以下公式确定探针的尖端在参考架对应的初始坐标系下的第四坐标：
(a2，b2，c2)＝(Ra·ta)·(a1，b1，c1)
(a2，b2，c2)为探针的尖端在参考架对应的初始坐标系C初下的第四坐标，(a1，b1，c1)为探针的尖端在探针对应的第六坐标系下的第三坐标，(Ra·ta)为第三坐标系对应关系。
由于探针尖端在空间位置上和验证点重合，所以可以将探针的尖端在参考架对应的初始坐标系C初下的第四坐标(a2，b2，c2)作为验证点在参考架对应的初始坐标系C初下的第一坐标，即验证点在参考架对应的初始坐标系C初下的第一坐标也为(a2，b2，c2)。
仍以图3为例，如图3所示，为探针的示意图。探针上有四个marker，当视觉导航系统读到四个marker的相对位置后就可以获取探针对应的坐标系。探针上开有固定槽。
仍以图4为例，如图4所示，为连接杆的示意图。连接杆上设置有定位销，且连接杆的一端设置有梅花槽，该梅花槽包含6瓣凹槽。可以将连接杆的定位销安装到探针的固定槽上，并旋紧紧固旋钮，使探针和连接杆紧固成刚体。仍以图5为例，如图5所示，为探针和连接杆的示意图。仍以图6为例，如图6所示，为探针和连接杆紧固成刚体的示意图。
仍以图7为例，如图7所示，为验证点的示意图。验证点可以包含对称的两瓣销子，可以将探针和连接杆紧固成的刚体固定于验证点处。例如，可以使验证点处对称的两瓣销子插入连接杆一端的梅花槽内。仍以图8为例，如图8所示，为梅花槽和对称的两瓣销子的示意图。仍以图9为例，如图9所示，为探针和连接杆紧固成的刚体固定于验证点处的示意图。梅花形设计有两个优点：1、能保证连接杆和验证点连接的刚性。2、销子不能在梅花槽内自由的旋转，这样可以保证找回参考架和骨骼的位置关系。
需要说明的是，梅花槽包含6瓣凹槽，而验证点处的为对称的两瓣销子，所以销子插入梅花槽里共有6种姿态。仍以图10为例，如图10所示，为销子插入梅花槽里的6种姿态的示意图。这样的好处是：1、医生可以根据具体情况选择如何连接梅花槽和销子，以保证探针上的marker和参考架上的marker都能被视觉导航系统识别到。2、便于医生记住探针和连接杆紧固成的刚体是以哪个姿态安装于验证点处的。
如图14所示，为探针和连接杆紧固成的刚体以目标姿态固定于骨骼上的验证点上的示意图。
视觉导航系统可以识别到参考架与骨骼的相对位置发生改变之前，按照目标姿态固定于骨骼上的验证点上的探针对应的第三坐标系Cb与固定于骨骼上的初始位置处的参考架对应的第四坐标系Cc。第四坐标系Cc与初始坐标系C初是相同的坐标系，即Cc＝C和。并且视觉导航系统可以计算出第三坐标系Cb与第四坐标系Cc之间的坐标系对应关系，并存储下来，获得预先存储的第二坐标系对应关系(R预·t预)。
此时，准备工作已经完成，开始手术。需要说明的是，在开始进行手术时，要将固定于骨骼上的验证点处的探针和连接杆所紧固成的刚体从验证点处卸下来，再开始进行手术。
在手术过程中，医生怀疑参考架和骨骼产生相对移动时，可以获取验证点在参考架对应的第五坐标系Cd下的第二坐标。
例如，可以再次用探针尖端探触验证点，此时视觉导航系统可以同时捕捉探针对应的坐标系Cf和参考架对应的第五坐标系Cd。在探针的尖端位于验证点处的情况下，可以确定探针的尖端在探针对应的坐标系Cf下的坐标(a1，b1，c1)。视觉导航系统还可以获取探针对应的坐标系Cf与参考架对应的第五坐标系Cd之间的坐标系对应关系(Rg·tg)。接下来，可以将(a1，b1，c1)与(Rg·tg)进行点乘，得到探针的尖端在参考架对应的第五坐标系Cd下的坐标。由于探针的尖端在空间位置上和验证点重合，因此探针的尖端在参考架对应的第五坐标系Cd下的坐标即为验证点在参考架对应的第五坐标系Cd下的第二坐标(a3，b3，c3)。
视觉导航系统可以判断第一坐标(a2，b2，c2)和第二坐标(a3，b3，c3)是否匹配。在第一坐标(a2，b2，c2)和第二坐标(a3，b3，c3)相匹配的情况下，可以确定参考架与骨骼的相对位置未发生改变；在第一坐标(a2，b2，c2)和第二坐标(a3，b3，c3)不匹配的情况下，可以确定参考架与骨骼的相对位置发生了改变。
在确定参考架与骨骼的相对位置发生了改变的情况下，可以将参考架移动至骨骼的目标位置。还可以将探针和连接杆紧固成的刚体仍以目标姿态固定于骨骼上的验证点上。
如前所述，视觉导航系统可以确定位于骨骼的目标位置的参考架对应的第一坐标系C目。
步骤1202、确定按照所述目标姿态固定于所述骨骼上的验证点上的探针对应的第二坐标系。
在步骤1202中，视觉导航系统可以确定按照目标姿态固定于骨骼上的验证点上的探针对应的第二坐标系Ca。需要说明的是，在手术开始前，在参考架与骨骼的相对位置发生改变之前，按照目标姿态固定于骨骼上的验证点上的探针对应的坐标系为第三坐标系Cb，而此时探针和连接杆紧固成的刚体也仍以目标姿态固定于骨骼上的验证点上，因此，第二坐标系Ca与第三坐标系Cb为相同的坐标系。
步骤1203、根据所述第一坐标系和所述第二坐标系，获取第一坐标系对应关系。
在步骤1203中，视觉导航系统可以根据第一坐标系C目和第二坐标系Ca，获取第一坐标系对应关系(Rm·tm)。
步骤1204、按照以下公式确定所述参考架对应的初始坐标系：
C初＝(R预·t预)-1·(Rm·tm)·C目
其中，所述C初为所述参考架对应的初始坐标系，所述(R预·t预)为所述预先存储的第二坐标系对应关系，所述(Rm·tm)为所述第一坐标系对应关系，所述C目为位于所述骨骼的目标位置的参考架对应的第一坐标系，所述预先存储的第二坐标系对应关系为所述参考架与所述骨骼的相对位置发生改变之前，按照所述目标姿态固定于所述骨骼上的验证点上的探针对应的第三坐标系与固定于所述骨骼上的初始位置处的参考架对应的第四坐标系之间的坐标系对应关系。
在步骤1204中，由图11可知，第二坐标系Ca、第三坐标系Cb、第四坐标系Cc和第一坐标系C目之间满足以下关系：
Cb＝(R预·t预)·Cc
Ca＝(Rm·tm)·C目
Cb＝Ca
因此可以得出：
(R预·t预)·Cc＝(Rm·tm)·C目
进一步可以得出：
Cc＝(R预·t预)-1·(Rm·tm)·C目
又由于：
Cc＝C初
因此：
C初＝(R预·t预)-1·(Rm·tm)·C目
即可以按照以下公式确定参考架对应的初始坐标系：
C初＝(R预·t预)-1·(Rm·tm)·C目
其中，C初为参考架对应的初始坐标系，(R预·t预)为预先存储的第二坐标系对应关系，(Rm·tm)为第一坐标系对应关系，C目为位于骨骼的目标位置的参考架对应的第一坐标系。预先存储的第二坐标系对应关系(R预·t预)为参考架与骨骼的相对位置发生改变之前，按照目标姿态固定于骨骼上的验证点上的探针对应的第三坐标系Cb与固定于骨骼上的初始位置处的参考架对应的第四坐标系Cc之间的坐标系对应关系。此时即找回参考架与骨骼的相对位置发生改变之前参考架对应的初始坐标系，使手术得以继续。
本申请提供的参考架坐标系找回方法，在手术过程中，在确定参考架与骨骼的相对位置发生改变的情况下，可以根据第一坐标系对应关系、预先存储的第二坐标系对应关系以及第一坐标系，确定参考架与骨骼的相对位置发生改变之前参考架对应的初始坐标系，即可以在参考架与骨骼的相对位置发生改变的情况下找回参考架与骨骼的相对位置发生改变之前参考架对应的初始坐标系，使手术得以继续。且连接杆和验证点的连接处是梅花形设计，梅花形设计有两个优点：能保证连接杆和验证点连接的刚性；销子不能在梅花槽内自由的旋转，这样可以保证找回参考架和骨骼的位置关系。
参见图15，图15是本申请提供的一种参考架坐标系找回装置的结构图。如图15所示，参考架坐标系找回装置1500包括第一确定模块1501、第二确定模块1502、第一获取模块1503和第三确定模块1504，其中：
第一确定模块1501，用于在手术过程中、在确定所述参考架与骨骼的相对位置发生改变、在将所述参考架移动至所述骨骼的目标位置，且在将探针按照目标姿态固定于所述骨骼上的验证点的情况下，确定位于所述骨骼的目标位置的参考架对应的第一坐标系；
第二确定模块1502，用于确定按照所述目标姿态固定于所述骨骼上的验证点上的探针对应的第二坐标系；
第一获取模块1503，用于根据所述第一坐标系和所述第二坐标系，获取第一坐标系对应关系；
第三确定模块1504，用于根据所述第一坐标系对应关系、预先存储的第二坐标系对应关系以及所述第一坐标系，确定所述参考架与所述骨骼的相对位置发生改变之前所述参考架对应的初始坐标系，其中，所述预先存储的第二坐标系对应关系为所述参考架与所述骨骼的相对位置发生改变之前，按照所述目标姿态固定于所述骨骼上的验证点上的探针对应的第三坐标系与固定于所述骨骼上的初始位置处的参考架对应的第四坐标系之间的坐标系对应关系。
可选的，所述第三确定模块1504用于按照以下公式确定所述参考架对应的初始坐标系：
C初＝(R预·t预)-1·(Rm·tm)·C目
其中，所述C初为所述参考架对应的初始坐标系，所述(R预·t预)为所述预先存储的第二坐标系对应关系，所述(Rm·tm)为所述第一坐标系对应关系，所述C目为位于所述骨骼的目标位置的参考架对应的第一坐标系。
可选的，如图16所示，所述参考架坐标系找回装置还包括：
第二获取模块1505，用于在手术开始前，获取所述验证点在所述参考架对应的初始坐标系下的第一坐标；
第三获取模块1506，用于在手术过程中，获取所述验证点在所述参考架对应的第五坐标系下的第二坐标；
判断模块1507，用于判断所述第一坐标和所述第二坐标是否匹配；
第四确定模块1508，用于在所述第一坐标和所述第二坐标相匹配的情况下，确定所述参考架与所述骨骼的相对位置未发生改变；
第五确定模块1509，用于在所述第一坐标和所述第二坐标不匹配的情况下，确定所述参考架与所述骨骼的相对位置发生改变。
可选的，如图17所示，所述第二获取模块1505包括：
第一确定子模块15051，用于在所述探针的尖端位于所述验证点处的情况下，确定所述探针的尖端在所述探针对应的第六坐标系下的第三坐标；
获取子模块15052，用于获取所述探针对应的第六坐标系与所述参考架对应的初始坐标系之间的第三坐标系对应关系；
第二确定子模块15053，用于根据所述第三坐标以及所述第三坐标系对应关系，确定所述探针的尖端在所述参考架对应的初始坐标系下的第四坐标，并将所述探针的尖端在所述参考架对应的初始坐标系下的第四坐标作为所述验证点在所述参考架对应的初始坐标系下的第一坐标；
其中，按照以下公式确定所述探针的尖端在所述参考架对应的初始坐标系下的第四坐标：
(a2，b2，c2)＝(Ra·ta)·(a1，b1，c1)
(a2，b2，c2)为所述探针的尖端在所述参考架对应的初始坐标系下的第四坐标，(a1，b1，c1)为所述探针的尖端在所述探针对应的第六坐标系下的第三坐标，(Ra·ta)为所述第三坐标系对应关系。
参考架坐标系找回装置1500能够实现图1和图12的方法实施例中参考架坐标系找回装置实现的各个过程，为避免重复，这里不再赘述。且参考架坐标系找回装置1500可以实现在手术过程中，在确定参考架与骨骼的相对位置发生改变的情况下，可以根据第一坐标系对应关系、预先存储的第二坐标系对应关系以及第一坐标系，确定参考架与骨骼的相对位置发生改变之前参考架对应的初始坐标系，即可以在参考架与骨骼的相对位置发生改变的情况下找回参考架与骨骼的相对位置发生改变之前参考架对应的初始坐标系，使手术得以继续。且连接杆和验证点的连接处是梅花形设计，梅花形设计有两个优点：能保证连接杆和验证点连接的刚性；销子不能在梅花槽内自由的旋转，这样可以保证找回参考架和骨骼的位置关系。
本申请提供的实施例之间的相似部分相互参见即可，以上提供的具体实施方式只是本申请总的构思下的几个示例，并不构成本申请保护范围的限定。对于本领域的技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下依据本申请方案所扩展出的任何其他实施方式都属于本申请的保护范围。

Claims (4)

1.一种参考架坐标系找回装置，其特征在于，包括：
第一确定模块，用于确定位于目标物体的目标位置的参考架对应的第一坐标系，其中，所述第一坐标系为在确定所述参考架与所述目标物体的相对位置发生改变、在将所述参考架移动至所述目标物体的目标位置，且在将探针按照目标姿态固定于验证点的情况下所确定的坐标系；
第二确定模块，用于确定按照所述目标姿态固定于所述验证点上的探针对应的第二坐标系；
第一获取模块，用于根据所述第一坐标系和所述第二坐标系，获取第一坐标系对应关系；
第三确定模块，用于根据所述第一坐标系对应关系、预先存储的第二坐标系对应关系以及所述第一坐标系，确定所述参考架与所述目标物体的相对位置发生改变之前所述参考架对应的初始坐标系，其中，所述预先存储的第二坐标系对应关系为所述参考架与所述目标物体的相对位置发生改变之前，按照所述目标姿态固定于所述验证点上的探针对应的第三坐标系与固定于所述目标物体上的初始位置处的参考架对应的第四坐标系之间的坐标系对应关系。
2.如权利要求1所述的参考架坐标系找回装置，其特征在于，所述第三确定模块用于按照以下公式确定所述参考架对应的初始坐标系：
C初＝(R预·t预)-1·(Rm·tm)·C目
其中，所述C初为所述参考架对应的初始坐标系，所述(R预·t预)为所述预先存储的第二坐标系对应关系，所述(Rm·tm)为所述第一坐标系对应关系，所述c目为位于所述目标物体的目标位置的参考架对应的第一坐标系。
3.如权利要求1或2所述的参考架坐标系找回装置，其特征在于，所述参考架坐标系找回装置还包括：
第二获取模块，用于获取所述验证点在所述参考架对应的初始坐标系下的第一坐标；
第三获取模块，用于获取所述验证点在所述参考架对应的第五坐标系下的第二坐标；
判断模块，用于判断所述第一坐标和所述第二坐标是否匹配；
第四确定模块，用于在所述第一坐标和所述第二坐标相匹配的情况下，确定所述参考架与所述目标物体的相对位置未发生改变；
第五确定模块，用于在所述第一坐标和所述第二坐标不匹配的情况下，确定所述参考架与所述目标物体的相对位置发生改变。
4.如权利要求3所述的参考架坐标系找回装置，其特征在于，所述第二获取模块包括：
第一确定子模块，用于在所述探针的尖端位于所述验证点处的情况下，确定所述探针的尖端在所述探针对应的第六坐标系下的第三坐标；
获取子模块，用于获取所述探针对应的第六坐标系与所述参考架对应的初始坐标系之间的第三坐标系对应关系；
第二确定子模块，用于根据所述第三坐标以及所述第三坐标系对应关系，确定所述探针的尖端在所述参考架对应的初始坐标系下的第四坐标，并将所述探针的尖端在所述参考架对应的初始坐标系下的第四坐标作为所述验证点在所述参考架对应的初始坐标系下的第一坐标；
其中，按照以下公式确定所述探针的尖端在所述参考架对应的初始坐标系下的第四坐标：
(a2，b2，c2)＝(Ra·ta)·(a1，b1，c1)
(a2，b2，c2)为所述探针的尖端在所述参考架对应的初始坐标系下的第四坐标，(a1，b1，c1)为所述探针的尖端在所述探针对应的第六坐标系下的第三坐标，(Ra·ta)为所述第三坐标系对应关系。
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