CN110464463A - 手术器械尖端标定方法、装置、计算机设备和存储介质 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种手术器械尖端标定方法、装置、计算机设备和存储介质。所述方法包括：获取参考板的配置数据，参考板上设置有标定位置；获取参考板的配准矩阵；通过手术器械定位器对标定位置进行多次采集，每一次采集获取手术器械定位器坐标系和参考板坐标系的坐标转换关系；根据配置数据、配准矩阵，以及每一次采集获取的坐标转换关系，计算得到手术器械定位器坐标系下多个标定位置坐标数据；根据手术器械定位器坐标系下多个标定位置坐标数据，计算得到手术器械尖端的轴向向量。采用本方法能够使手术器械尖端标定不再需要根据长、短轴种子钻分步进行；且在参考板已经配准好的情况下，只需要进行一次轴向标定即可，标定过程十分简单。

Description

手术器械尖端标定方法、装置、计算机设备和存储介质

技术领域

本申请涉及医疗器械领域，特别是涉及一种手术器械尖端标定方法、装置、计算机设备和存储介质。

背景技术

手术器械是医生实施手术的直接工具，对手术器械的准确、实时跟踪定位，是实现手术导航成功的关键。手术过程中为了达到准确跟踪手术器械的目的，需要术前对手术器械进行标定。

传统的手术器械标定方式为长短轴标定方式，以牙科手机为例，标定过程可以分为两个步骤：第一步先进行长轴标定，在牙科手机上安装长轴种子钻，将钻头保持放置在参考板标定位置，通过调整设置在牙科手机上的定位器的不同角度，来采集特定数量样本点，此样本点为标定位置在牙科手机定位器中的坐标点，进而通过该样本点来计算出长轴钻头尖端点在手机定位器下坐标P1；第二步进行短轴标定，牙科手机换装短轴种子钻，重复以上第一步长轴标定的操作，得到短轴钻头尖端点在牙科手机定位器下坐标P2。最后，通过P1和P2两个坐标点进行减法运算得到钻头轴向量，并将该钻头轴向量作为标定结果。采用上述传统的标定方式，在标定过程中需要切换安装不同轴长的种子钻，标定过程繁琐。

发明内容

基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够简化手术器械标定过程的手术器械尖端标定方法、装置、计算机设备和存储介质。

为了实现上述目的，一方面，本申请实施例提供了一种手术器械尖端标定方法，所述方法包括：

获取参考板的配置数据，参考板上设置有标定位置；

获取参考板的配准矩阵；

通过手术器械定位器对标定位置进行多次采集，每一次采集获取手术器械定位器坐标系和参考板坐标系的坐标转换关系；

根据配置数据、配准矩阵，以及每一次采集获取的坐标转换关系，计算得到手术器械定位器坐标系下多个标定位置坐标数据；

根据手术器械定位器坐标系下多个标定位置坐标数据，计算得到手术器械尖端的轴向向量。

在其中一个实施例中，所述方法还包括：

当查找不存在参考板的配准矩阵时，对参考板进行配准，生成参考板的配准矩阵。

在其中一个实施例中，参考板包括配准点，配置数据包括配准点原始坐标数据；对参考板进行配准，生成参考板的配准矩阵，包括以下步骤：

通过使用已标定手术器械，获取配准点在参考板坐标系下的坐标数据；

根据配准点原始坐标数据，以及配准点在参考板坐标系下的坐标数据，计算得到参考板的配准矩阵。

在其中一个实施例中，配置数据包括标定位置原始坐标数据；根据配置数据、配准矩阵，以及每一次采集获取的坐标转换关系，计算得到手术器械定位器坐标系下多个标定位置坐标数据，包括以下步骤：

根据配准矩阵，将标定位置原始坐标数据转换为参考板坐标系下的坐标数据；

根据每一次采集获取的坐标转换关系，将标定位置在参考板坐标系下的坐标数据转换成在手术器械坐标系下的坐标数据。

在其中一个实施例中，标定位置坐标数据包括尖端点坐标数据和末端点坐标数据；根据手术器械定位器坐标系下多个标定位置坐标数据，计算得到手术器械尖端的轴向向量，包括以下步骤：

分别计算手术器械定位器坐标系下，多个尖端点坐标数据和多个末端点坐标数据的均值；

将尖端点坐标数据的均值和末端点坐标数据的均值的差值，作为手术器械尖端的轴向向量。

在其中一个实施例中，参考板和手术器械定位器上都设置有参考点，参考点用于被导航仪识别；每一次采集获取参考板坐标系和手术器械坐标系的坐标转换关系，包括以下步骤：

每一次采集通过导航仪根据参考点的成像，获取参考板坐标系和导航仪坐标系的转换关系，以及手术器械定位器坐标系和导航仪坐标系的转换关系；

根据参考板坐标系和导航仪坐标系的转换关系，以及手术器械定位器坐标系和导航仪坐标系的转换关系，生成参考板坐标系和手术器械坐标系的坐标转换关系。

在其中一个实施例中，通过手术器械定位器对标定位置进行多次采集之前，还包括：

显示导航仪视角范围，导航仪视角范围用于指示调节参考板和手术器械的位置。

另一方面，本申请实施例还提供了一种手术器械尖端标定装置，所述装置包括：

获取模块，用于获取参考板的配置数据和配准矩阵；

坐标转换模块，用于通过手术器械定位器对标定位置进行多次采集，每一次采集获取手术器械定位器坐标系和参考板坐标系的坐标转换关系；

坐标数据确定模块，用于根据配置数据、配准矩阵，以及每一次采集获取的坐标转换关系，计算得到手术器械定位器坐标系下多个标定位置坐标数据；

轴向向量确定模块，用于根据手术器械定位器坐标系下多个标定位置坐标数据，计算得到手术器械尖端的轴向向量。

一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现以下步骤：

获取参考板的配置数据，参考板上设置有标定位置；

获取参考板的配准矩阵；

通过手术器械定位器对标定位置进行多次采集，每一次采集获取手术器械定位器坐标系和参考板坐标系的坐标转换关系；

根据配置数据、配准矩阵，以及每一次采集获取的坐标转换关系，计算得到手术器械定位器坐标系下多个标定位置坐标数据；

根据手术器械定位器坐标系下多个标定位置坐标数据，计算得到手术器械尖端的轴向向量。

一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：

获取参考板的配置数据，参考板上设置有标定位置；

获取参考板的配准矩阵；

通过手术器械定位器对标定位置进行多次采集，每一次采集获取手术器械定位器坐标系和参考板坐标系的坐标转换关系；

根据配置数据、配准矩阵，以及每一次采集获取的坐标转换关系，计算得到手术器械定位器坐标系下多个标定位置坐标数据；

根据手术器械定位器坐标系下多个标定位置坐标数据，计算得到手术器械尖端的轴向向量。

上述手术器械尖端标定方法、装置、计算机设备和存储介质，通过获取参考板的配置数据，参考板上设置有标定位置；当确定存在参考板的配准矩阵时，通过手术器械定位器对标定位置进行多次采集，每一次采集获取手术器械定位器坐标系和参考板坐标系的坐标转换关系；然后，根据配置数据、配准矩阵，以及每一次采集获取的坐标转换关系，计算得到手术器械定位器坐标系下多个标定位置坐标数据；最后根据手术器械定位器坐标系下多个标定位置坐标数据，计算得到手术器械尖端的轴向向量，该轴向向量即为对手术器械进行标定的结果。本申请通过在参考板上设定标定位置，使得手术器械尖端标定不再需要根据长、短轴种子钻分步进行；且在参考板已经配准好的情况下，只需要进行一次轴向标定即可，标定过程十分简单。

附图说明

图1为一个实施例中手术器械尖端标定方法的应用环境图；

图2为一个实施例中手术器械尖端标定方法的流程示意图；

图3为一个实施例中对参考板进行配准的流程示意图；

图4为另一个实施例中参考板的结构图；

图5为一个实施例中对标定位置坐标数据进行采集时的显示界面；

图6为一个实施例中调整参考板和手术器械位置的显示界面；

图7为一个实施例中手术器械尖端标定方法的流程示意图；

图8为一个实施例中手术器械尖端装置的结构框图；

图9为一个实施例中计算机设备的内部结构图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

本申请提供的手术器械尖端标定方法，可以应用于如图1所示的应用环境中。其中，应用环境包括终端110、导航仪120、手术器械130和参考板140。其中，终端110与导航仪120连接，导航仪120用于采集参考板140和手术器械130的空间位置，并可以通过终端110显示参考板140和手术器械130的位置。具体地，用户可以通过终端110发起对手术器械130的标定请求。终端110根据标定请求获取预存的参考板的配置数据和配准矩阵，参考板140上设置有标定位置；终端110通过设置在手术器械130上的手术器械定位器和导航仪120对参考板140上的标定位置进行多次采集，每一次采集获取手术器械定位器坐标系和参考板坐标系的坐标转换关系；终端110根据配置数据、配准矩阵，以及每一次采集获取的坐标转换关系，计算得到手术器械定位器坐标系下多个标定位置坐标数据，并根据手术器械定位器坐标系下多个标定位置坐标数据，计算得到手术器械尖端的轴向向量。其中，终端110可以但不限于是各种个人计算机、笔记本电脑、智能手机、平板电脑和便携式可穿戴设备。

在一个实施例中，如图2所示，提供了一种手术器械尖端标定方法，以该方法应用于图1中的终端110为例进行说明，包括以下步骤：

步骤202，获取参考板的配置数据，参考板上设置有标定位置。

其中，参考板是指一种可以用于手术器械标定以及图像配准过程的器械定位器，参考板上可以设置有参考点，用于被导航仪识别，从而实现追踪参考板的空间位置。标定位置可以是指设置在参考板上的与手术器械尖端匹配的位置，标定位置的形状与手术器械尖端的形状应保持一致，能够保证手术器械尖端放入标定位置中可以紧密贴合，例如，标定位置可以是与牙科手机尖端匹配的钻轴坑。在对手术器械尖端进行标定时，需要将手术器械尖端放至标定位置进行标定。配置数据可以包括参考板的机械设计数据，例如参考板的标定位置的坐标数据。具体地，用户通过终端触发对手术器械的标定请求后，可以通过终端选择需要使用的参考板对应的参考板标识，参考板标识可以是指参考板型号，用于唯一的区分不同的参考板。终端获取该参考板标识，并根据该参考板标识查找对应的配置数据。

步骤204，获取参考板的配准矩阵。

其中，配准矩阵可以用于将两组空间坐标进行转换。在本实施例中，配准矩阵用于将参考板配置数据中的器械坐标转换为参考板坐标系下的坐标。具体地，在获取参考板标识后，终端可以根据参考板标识查询是否存在与该参考板标识对应的配准矩阵。当查询存在与该参考板标识对应的配准矩阵时，获取该参考板的配准矩阵。

步骤206，通过手术器械定位器对标定位置进行多次采集，每一次采集获取手术器械定位器坐标系和参考板坐标系的坐标转换关系。

其中，手术器械定位器是指一种可以安装在手术器械上，用于标定手术器械定位器坐标系的器械定位器，手术器械定位器上可以设置有参考点，用于被导航仪实时识别，从而实现追踪手术器械的空间位置。具体地，在确定并获取与参考板对应的配置数据和配准矩阵后，用户可以通过终端开始对手术器械进行标定，例如，可以通过终端点击“开始采集”按钮开始对手术器械进行标定。在采集过程中，用户可以调整导航仪或者参考板的方向，使得手术器械定位器在多个面都能采集到需要的标定位置坐标数据。在本实施例中，导航仪可以是光学手术导航系统。每一次采集，该光学手术导航系统会对参考版和手术器械定位器进行识别并成像，根据该成像计算得到手术器械定位器坐标系和参考板坐标系的坐标转换关系。

步骤208，根据配置数据、配准矩阵，以及每一次采集获取的坐标转换关系，计算得到手术器械定位器坐标系下多个标定位置坐标数据。

具体地，每一次采集获取手术器械定位器坐标系和参考板坐标系的坐标转换关系后，终端可以根据已获取的参考板配置数据和配准矩阵，将参考板配置数据转换为参考板坐标系下的坐标数据，然后根据手术器械定位器坐标系和参考板坐标系的坐标转换关系，得到最终的手术器械定位器坐标系下的坐标数据。在本实施例中，对参考板的标定位置进行采集的次数可以为300次，通过多次采集可以增加对手术器械尖端进行标定的准确率。

步骤210，根据手术器械定位器坐标系下多个标定位置坐标数据，计算得到手术器械尖端的轴向向量。

具体地，在获取多个手术器械定位器坐标系下多个标定位置坐标数据后，可根据该坐标数据进行计算得到手术器械尖端的轴向向量，从而完成对手术器械的标定。

上述手术器械尖端标定方法，通过获取参考板的配置数据，参考板上设置有标定位置；当确定存在参考板的配准矩阵时，通过手术器械定位器对标定位置进行多次采集，每一次采集获取手术器械定位器坐标系和参考板坐标系的坐标转换关系；然后，根据配置数据、配准矩阵，以及每一次采集获取的坐标转换关系，计算得到手术器械定位器坐标系下多个标定位置坐标数据；最后根据手术器械定位器坐标系下多个标定位置坐标数据，计算得到手术器械尖端的轴向向量，该轴向向量即为对手术器械进行标定的结果。上述方法通过在参考板上设定标定位置，使得手术器械尖端标定不再需要根据长、短轴种子钻分步进行，减少了制作长、短轴种子钻的时间成本和资金成本；且在参考板已经配准好的情况下，只需要进行一次轴向标定即可，标定过程十分简单。

在一个实施例中，所述方法还包括：步骤302，当查找不存在参考板的配准矩阵时，对参考板进行配准，生成参考板的配准矩阵。具体地，在获取用户设定的与参考板对应的参考板标识后，根据该参考板标识查询不存在与该参考板标识对应的配准矩阵，则需要对该参考板进行配准。在本实施例中，参考板包括配准点，配置数据包括配准点原始坐标数据；对参考板进行配准，生成参考板的配准矩阵，具体包括以下步骤：

步骤304，通过使用已标定手术器械，获取配准点在参考板坐标系下的坐标数据。

具体地，在对该参考板进行配准前，用户需要通过终端选择已标定的手术器械以及与该已标定的手术器械对应的已标定手术器械尖端对该参考板进行配准，并确保所使用的已标定手术器械尖端实物与终端显示的已标定手术器械尖端保持一致。在确定好已标定的手术器械尖端后，可以对参考板进行配准。具体地，用户可以将所选择的已标定的手术器械尖端放入参考板配准点，通过终端触发采集配准点坐标数据请求，例如，可以通过终端点击“采集配准点”按钮开始采集配准点坐标数据。在本实施例中，可以采集多个(例如300个)配准点坐标数据。在采集过程中，终端可以实时显示采集进度和配准结果，当采集完成时，根据所采集到的所有配准点坐标数据计算出一个均值，并将该均值作为该配准点在参考板坐标系下的坐标数据。在本实施例中，当参考板包括多个配准点时，用户需要将已标定的手术器械尖端依次放入每个配准点，并继续重复步骤304的操作，直至所有配准点的坐标数据都被采集完成。进而可以得到一个配准点坐标数据列表。

步骤306，根据配准点原始坐标数据，以及配准点在参考板坐标系下的坐标数据，计算得到参考板的配准矩阵。

其中，配准点原始坐标数据可以是指包含在参考板配准数据中的器械坐标数据，例如可以是CAD图纸中的坐标数据。具体地，在获取配准点在参考板坐标系下的坐标数据后，可以采用预先设定的算法，根据配准点原始坐标数据和配准点在参考板坐标系下的坐标数据，计算得到参考板的配准矩阵。在本实施例中，预先设定的算法可以是vtkLandmarkTransform标记点算法，在此不做限定。终端还可以保存该配准矩阵，当后续需要使用该参考板对手术器械进行标定时，只需要读取已保存的配准矩阵直接对手术器械进行轴向标定。

在一个实施例中，配置数据包括标定位置原始坐标数据；根据配置数据、配准矩阵，以及每一次采集获取的坐标转换关系，计算得到手术器械定位器坐标系下多个标定位置坐标数据，具体包括：根据配准矩阵，将标定位置原始坐标数据转换为参考板坐标系下的坐标数据；根据每一次采集获取的坐标转换关系，将标定位置在参考板坐标系下的坐标数据转换成在手术器械坐标系下的坐标数据。具体地，在获取参考板标定位置原始坐标数据和配准矩阵后，终端可以根据该配准矩阵，将标定位置原始坐标数据转换成参考板坐标系下的坐标数据。然后，每一次采集根据获取的参考板坐标系和手术器械定位器坐标系的转换关系，将标定位置在参考板坐标系下的坐标数据转换成手术器械定位器坐标系下的坐标数据。直至采集完成，可以获取多个(例如300个)标定位置在手术器械定位器坐标系下的坐标数据。

在一个实施例中，标定位置坐标数据包括尖端点坐标数据和末端点坐标数据；根据手术器械定位器坐标系下多个标定位置坐标数据，计算得到手术器械尖端的轴向向量，具体包括：分别计算手术器械定位器坐标系下，多个尖端点坐标数据和多个末端点坐标数据的均值；将尖端点坐标数据的均值和末端点坐标数据的均值的差值，作为手术器械尖端的轴向向量。其中，在本实施例中，手术器械尖端可以是带有弯头的尖端。如图4所示的参考板，包括参考点402、配准点404和标定位置406，标定位置406包括尖端点4061和末端点4062。参考点402、配准点404和标定位置406的排布规则可以参考导航仪生产厂商的排布规则说明。尖端点4061和末端点4062分别对应手术器械尖端弯头的尖端点和弯头转折点。具体地，在获取多个手术器械定位器坐标系下的尖端点坐标数据和末端点坐标数据后，可以分别计算得到该多个手术器械定位器坐标系下的尖端点坐标数据的均值和末端点坐标数据的均值。最后，根据尖端点坐标数据均值和末端点坐标数据均值分别计算得到尖端点和末端点的标准方差值。进一步地，还可以通过终端保存对手术器械的标定结果，在后续再次使用该手术器械时，只需直接读取保存的标定结果即可。

在本实施例中，采集过程中终端还可以实时显示采集进度和标定结果，如图5所示，用户可以通过点击“开始采集”按钮开始采集尖端点和末端点在手术器械定位器下的坐标数据。当采集进度显示100％时采集完成，用户可以通过终端“结果”项下的信息读取对手术器械尖端进行标定的坐标数据和标准差值。

在一个实施例中，参考板和手术器械定位器上都设置有参考点，参考点用于被导航仪识别；每一次采集获取参考板坐标系和手术器械坐标系的坐标转换关系，具体包括：每一次采集通过导航仪根据参考点的成像，获取参考板坐标系和导航仪坐标系的转换关系，以及手术器械定位器坐标系和导航仪坐标系的转换关系；根据参考板坐标系和导航仪坐标系的转换关系，以及手术器械定位器坐标系和导航仪坐标系的转换关系，生成参考板坐标系和手术器械坐标系的坐标转换关系。

其中，参考点可以由主动式发光小球组成。参考板和手术器械定位器上可以设置有多个参考点。导航仪可以是光学手术导航系统。具体地，在采集过程中，导航仪实时对参考板和手术器械定位器上的参考点进行成像，获取参考板坐标系和导航仪坐标系的转换矩阵，假设为MR；以及手术器械定位器坐标系和导航仪坐标系的转换矩阵，假设为MT。可以通过下列公式计算得到参考板坐标系和手术器械坐标系的坐标转换矩阵，假设该坐标转换矩阵为M，即M＝MR×MT^-1。

在一个实施例中，通过手术器械定位器对标定位置进行多次采集之前，还包括：显示导航仪视角范围，导航仪视角范围用于指示调节参考板和手术器械的位置。具体地，如图6所示，点601代表手术器械，点602代表参考板，矩形框603代表导航仪的最佳视角范围,604代表导航仪。用户可以通过终端实时显示的参考板602和手术器械601位置，调整参考板602和手术器械601在导航仪下的位置，当前视图中参考板602和手术器械601都位于矩形框603内时，可以认为参考板和手术器械处于导航仪可见视角范围内，即位置调整操作完成。进而可以继续对参考板进行配准以及对手术器械尖端进行标定。本实施例中，在标定前对参考板和手术器械位置进行调整，可以减小后续对手术器械进行标定的误差率，从而可以提高对手术器械尖端标定的准确性。

在一个实施例中，如图7所示，以一个具体的实施例说明上述手术器械尖端标定方法，包括以下步骤：

步骤701，显示导航仪视角范围。用户可以通过终端将参考板和所述手术器械调整到导航视角范围内。

步骤702，获取参考板的配置数据，参考板上设置有标定位置、配准点和参考点。其中，参考点可以由主动式发光小球构成。参考板上可以设置有多个配准点和多个参考点。标定位置包括尖端点和末端点。配置数据可以是与参考板对应的器械设计坐标数据，例如可以包括尖端点原始坐标数据、末端点原始坐标数据和配准点原始坐标数据。

步骤703，确定是否存在参考板配准矩阵。若不存在，则继续步骤704，开始对参考进行配准；否则，继续步骤707，对手术器械进行标定。

步骤704，获取已标定手术器械和对应的已标定手术器械尖端标识。具体地，标识可以为具体的型号。用户所使用的已标定手术器械和对应的已标定手术器械尖端实物须和在终端设定的型号保持一致。

步骤705，获取配准点坐标数据。具体地，用户将已标定手术器械尖端放入配准点采集多个该配准点在参考板坐标系下的坐标数据。采集过程中，终端可以实时显示采集进度和目前的配准结果。当采集进度为100％时，可以根据所获取的多个该配准点坐标数据计算一个均值，将该均值作为该配准点在参考板坐标系下的坐标数据。然后将手术器械尖端放入下一个参考板配准点，并重复以上操作，直至所有配准点坐标数据都采集完成。

步骤706，根据配准点坐标数据和配准点原始坐标数据，计算得到参考板的配准矩阵。终端可以保存该配准矩阵，当后续需要再次使用该参考板时，只需直接调用该配准矩阵，无需进行对参考板进行配准。至此，参考板配准完成，可以开始对手术器械进行标定。

步骤707，通过手术器械定位器对标定位置进行多次采集，每一次采集获取手术器械定位器坐标系和参考板坐标系的坐标转换关系。具体地，用户可以通过终端触发对手术器械的标定请求，当用户将手术器械尖端放入参考板的标定位置中后，可以通过终端触发采集尖端点和末端点坐标数据请求，例如可以通过点击“开始采集”按钮触发采集请求。

步骤708，根据参考板配准矩阵，将尖端点原始坐标数据和末端点原始坐标数据转换为在参考板坐标系下的坐标数据。具体地，终端获取采集尖端点和末端点坐标数据请求后，根据参考板配准矩阵，将尖端点原始坐标数据和末端点原始坐标数据转换为在参考板坐标系下的坐标数据。

步骤709，根据每一次采集获取手术器械定位器坐标系和参考板坐标系的坐标转换关系，将尖端点和末端点在参考板坐标系下的坐标数据转换为手术器械定位器坐标系下的坐标数据。在采集完成后，可以形成多个手术器械定位器坐标系下的尖端点坐标数据和末端点坐标数据。

步骤710，分别计算多个尖端点坐标数据和多个末端点坐标数据的均值。

步骤711，根据尖端点坐标数据均值和末端点坐标数据均值分别计算标准差值，将标准差值作为对手术器械尖端标定的轴向向量。

应该理解的是，虽然图1-7的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，图1-7中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些子步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。

在一个实施例中，如图8所示，提供了一种手术器械尖端标定装置，包括：获取模块801、坐标转换模块802、坐标数据确定模块803和轴向向量确定模块804，其中：

获取模块801，用于获取参考板的配置数据和配准矩阵；

坐标转换模块802，用于通过手术器械定位器对标定位置进行多次采集，每一次采集获取手术器械定位器坐标系和参考板坐标系的坐标转换关系；

坐标数据确定模块803，用于根据配置数据、配准矩阵，以及每一次采集获取的坐标转换关系，计算得到手术器械定位器坐标系下多个标定位置坐标数据；

轴向向量确定模块804，用于根据手术器械定位器坐标系下多个标定位置坐标数据，计算得到手术器械尖端的轴向向量。

在一个实施例中，还包括参考板配准模块，用于当查找不存在参考板的配准矩阵时，对参考板进行配准，生成参考板的配准矩阵。在本实施例中，参考板配准模块具体用于通过使用已标定手术器械，获取配准点在参考板坐标系下的坐标数据；根据配准点原始坐标数据，以及配准点在参考板坐标系下的坐标数据，计算得到参考板的配准矩阵。

在一个实施例中，配置数据包括标定位置原始坐标数据；坐标数据确定模块803具体用于根据配准矩阵，将标定位置原始坐标数据转换为参考板坐标系下的坐标数据；根据每一次采集获取的坐标转换关系，将标定位置在参考板坐标系下的坐标数据转换成在手术器械坐标系下的坐标数据。

在一个实施例中，标定位置坐标数据包括尖端点坐标数据和末端点坐标数据；轴向向量确定模块804具体用于分别计算手术器械定位器坐标系下，多个尖端点坐标数据和多个末端点坐标数据的均值；将尖端点坐标数据的均值和末端点坐标数据的均值的差值，作为手术器械尖端的轴向向量。

在一个实施例中，参考板和手术器械定位器上都设置有参考点，参考点用于被导航仪识别；坐标转换模块802具体用于每一次采集通过导航仪根据参考点的成像，获取参考板坐标系和导航仪坐标系的转换关系，以及手术器械定位器坐标系和导航仪坐标系的转换关系；根据参考板坐标系和导航仪坐标系的转换关系，以及手术器械定位器坐标系和导航仪坐标系的转换关系，生成参考板坐标系和手术器械坐标系的坐标转换关系。

在一个实施例中，还包括显示模块，用于显示导航仪视角范围，导航仪视角范围用于指示调节参考板和手术器械的位置。

关于手术器械尖端标定装置的具体限定可以参见上文中对于手术器械尖端标定方法的限定，在此不再赘述。上述手术器械尖端标定装置中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。

在一个实施例中，提供了一种计算机设备，该计算机设备可以是终端，其内部结构图可以如图9所示。该计算机设备包括通过系统总线连接的处理器、存储器、网络接口、显示屏和输入装置。其中，该计算机设备的处理器用于提供计算和控制能力。该计算机设备的存储器包括非易失性存储介质、内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统和计算机程序。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该计算机设备的网络接口用于与外部的终端通过网络连接通信。该计算机程序被处理器执行时以实现一种手术器械尖端标定方法。该计算机设备的显示屏可以是液晶显示屏或者电子墨水显示屏，该计算机设备的输入装置可以是显示屏上覆盖的触摸层，也可以是计算机设备外壳上设置的按键、轨迹球或触控板，还可以是外接的键盘、触控板或鼠标等。

本领域技术人员可以理解，图9中示出的结构，仅仅是与本申请方案相关的部分结构的框图，并不构成对本申请方案所应用于其上的计算机设备的限定，具体的计算机设备可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。

在一个实施例中，提供了一种计算机设备，包括存储器和处理器，存储器中存储有计算机程序，该处理器执行计算机程序时实现以下步骤：

获取参考板的配置数据，参考板上设置有标定位置；获取参考板的配准矩阵；通过手术器械定位器对标定位置进行多次采集，每一次采集获取手术器械定位器坐标系和参考板坐标系的坐标转换关系；根据配置数据、配准矩阵，以及每一次采集获取的坐标转换关系，计算得到手术器械定位器坐标系下多个标定位置坐标数据；根据手术器械定位器坐标系下多个标定位置坐标数据，计算得到手术器械尖端的轴向向量。

在一个实施例中，处理器执行计算机程序时还实现以下步骤：

当查找不存在参考板的配准矩阵时，对参考板进行配准，生成参考板的配准矩阵。

在一个实施例中，参考板包括配准点，配置数据包括配准点原始坐标数据；处理器执行计算机程序时还实现以下步骤：

通过使用已标定手术器械，获取配准点在参考板坐标系下的坐标数据；根据配准点原始坐标数据，以及配准点在参考板坐标系下的坐标数据，计算得到参考板的配准矩阵。

在一个实施例中，配置数据包括标定位置原始坐标数据；处理器执行计算机程序时还实现以下步骤：

根据配准矩阵，将标定位置原始坐标数据转换为参考板坐标系下的坐标数据；根据每一次采集获取的坐标转换关系，将标定位置在参考板坐标系下的坐标数据转换成在手术器械坐标系下的坐标数据。

在一个实施例中，标定位置坐标数据包括尖端点坐标数据和末端点坐标数据；处理器执行计算机程序时还实现以下步骤：

分别计算手术器械定位器坐标系下，多个尖端点坐标数据和多个末端点坐标数据的均值；将尖端点坐标数据的均值和末端点坐标数据的均值的差值，作为手术器械尖端的轴向向量。

在一个实施例中，参考板和手术器械定位器上都设置有参考点，参考点用于被导航仪识别；处理器执行计算机程序时还实现以下步骤：

每一次采集通过导航仪根据参考点的成像，获取参考板坐标系和导航仪坐标系的转换关系，以及手术器械定位器坐标系和导航仪坐标系的转换关系；根据参考板坐标系和导航仪坐标系的转换关系，以及手术器械定位器坐标系和导航仪坐标系的转换关系，生成参考板坐标系和手术器械坐标系的坐标转换关系。

在一个实施例中，通过手术器械定位器对标定位置进行多次采集之前，处理器执行计算机程序时还实现以下步骤：

显示导航仪视角范围，导航仪视角范围用于指示调节参考板和手术器械的位置。

在一个实施例中，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：

获取参考板的配置数据，参考板上设置有标定位置；获取参考板的配准矩阵；通过手术器械定位器对标定位置进行多次采集，每一次采集获取手术器械定位器坐标系和参考板坐标系的坐标转换关系；根据配置数据、配准矩阵，以及每一次采集获取的坐标转换关系，计算得到手术器械定位器坐标系下多个标定位置坐标数据；根据手术器械定位器坐标系下多个标定位置坐标数据，计算得到手术器械尖端的轴向向量。

在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤：

当查找不存在参考板的配准矩阵时，对参考板进行配准，生成参考板的配准矩阵。

在一个实施例中，参考板包括配准点，配置数据包括配准点原始坐标数据；计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤：

通过使用已标定手术器械，获取配准点在参考板坐标系下的坐标数据；根据配准点原始坐标数据，以及配准点在参考板坐标系下的坐标数据，计算得到参考板的配准矩阵。

在一个实施例中，配置数据包括标定位置原始坐标数据；计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤：

根据配准矩阵，将标定位置原始坐标数据转换为参考板坐标系下的坐标数据；根据每一次采集获取的坐标转换关系，将标定位置在参考板坐标系下的坐标数据转换成在手术器械坐标系下的坐标数据。

在一个实施例中，标定位置坐标数据包括尖端点坐标数据和末端点坐标数据；计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤：

分别计算手术器械定位器坐标系下，多个尖端点坐标数据和多个末端点坐标数据的均值；将尖端点坐标数据的均值和末端点坐标数据的均值的差值，作为手术器械尖端的轴向向量。

在一个实施例中，参考板和手术器械定位器上都设置有参考点，参考点用于被导航仪识别；计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤：

每一次采集通过导航仪根据参考点的成像，获取参考板坐标系和导航仪坐标系的转换关系，以及手术器械定位器坐标系和导航仪坐标系的转换关系；根据参考板坐标系和导航仪坐标系的转换关系，以及手术器械定位器坐标系和导航仪坐标系的转换关系，生成参考板坐标系和手术器械坐标系的坐标转换关系。

在一个实施例中，通过手术器械定位器对标定位置进行多次采集之前，计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤：

显示导航仪视角范围，导航仪视角范围用于指示调节参考板和手术器械的位置。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器(ROM)、可编程ROM(PROM)、电可编程ROM(EPROM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器(RAM)或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM以多种形式可得，诸如静态RAM(SRAM)、动态RAM(DRAM)、同步DRAM(SDRAM)、双数据率SDRAM(DDRSDRAM)、增强型SDRAM(ESDRAM)、同步链路(Synchlink)DRAM(SLDRAM)、存储器总线(Rambus)直接RAM(RDRAM)、直接存储器总线动态RAM(DRDRAM)、以及存储器总线动态RAM(RDRAM)等。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种手术器械尖端标定方法，其特征在于，所述手术器械上设置有手术器械定位器，所述方法包括：

获取参考板的配置数据，所述参考板上设置有标定位置；

获取所述参考板的配准矩阵；

通过所述手术器械定位器对所述标定位置进行多次采集，每一次采集获取手术器械定位器坐标系和参考板坐标系的坐标转换关系；

根据所述配置数据、所述配准矩阵，以及每一次采集获取的所述坐标转换关系，计算得到所述手术器械定位器坐标系下多个标定位置坐标数据；

根据所述手术器械定位器坐标系下多个标定位置坐标数据，计算得到所述手术器械尖端的轴向向量。

2.根据权利要求1所述的手术器械尖端标定方法，其特征在于，所述方法还包括：

当查找不存在所述参考板的配准矩阵时，对所述参考板进行配准，生成所述参考板的配准矩阵。

3.根据权利要求2所述的手术器械尖端标定方法，其特征在于，所述参考板包括配准点，所述配置数据包括配准点原始坐标数据；所述对所述参考板进行配准，生成所述参考板的配准矩阵，包括：

通过使用已标定手术器械，获取所述配准点在参考板坐标系下的坐标数据；

根据所述配准点原始坐标数据，以及所述配准点在参考板坐标系下的坐标数据，计算得到所述参考板的配准矩阵。

4.根据权利要求1所述的手术器械尖端标定方法，其特征在于，所述配置数据包括标定位置原始坐标数据；所述根据所述配置数据、所述配准矩阵，以及每一次采集获取的所述坐标转换关系，计算得到所述手术器械定位器坐标系下多个标定位置坐标数据，包括：

根据所述配准矩阵，将所述标定位置原始坐标数据转换为参考板坐标系下的坐标数据；

根据每一次采集获取的所述坐标转换关系，将所述标定位置在所述参考板坐标系下的坐标数据转换成在所述手术器械坐标系下的坐标数据。

5.根据权利要求1所述的手术器械尖端标定方法，其特征在于，所述标定位置坐标数据包括尖端点坐标数据和末端点坐标数据；所述根据所述手术器械定位器坐标系下多个标定位置坐标数据，计算得到所述手术器械尖端的轴向向量，包括：

分别计算所述手术器械定位器坐标系下，多个所述尖端点坐标数据和多个所述末端点坐标数据的均值；

将所述尖端点坐标数据的均值和所述末端点坐标数据的均值的差值，作为所述手术器械尖端的轴向向量。

6.根据权利要求1所述的手术器械尖端标定方法，其特征在于，所述参考板和所述手术器械定位器上都设置有参考点，所述参考点用于被导航仪识别；所述每一次采集获取所述参考板坐标系和所述手术器械坐标系的坐标转换关系，包括：

每一次采集通过所述导航仪根据所述参考点的成像，获取所述参考板坐标系和导航仪坐标系的转换关系，以及所述手术器械定位器坐标系和所述导航仪坐标系的转换关系；

根据所述参考板坐标系和所述导航仪坐标系的转换关系，以及所述手术器械定位器坐标系和所述导航仪坐标系的转换关系，生成所述参考板坐标系和所述手术器械坐标系的坐标转换关系。

7.根据权利要求1所述的手术器械尖端标定方法，其特征在于，所述通过所述手术器械定位器对所述标定位置进行多次采集之前，还包括：

显示导航仪视角范围，所述导航仪视角范围用于指示调节所述参考板和所述手术器械的位置。

8.一种手术器械尖端标定装置，其特征在于，所述装置包括：

获取模块，用于获取参考板的配置数据和配准矩阵；

坐标转换模块，用于通过所述手术器械定位器对所述标定位置进行多次采集，每一次采集获取手术器械定位器坐标系和参考板坐标系的坐标转换关系；

坐标数据确定模块，用于根据所述配置数据、所述配准矩阵，以及每一次采集获取的所述坐标转换关系，计算得到所述手术器械定位器坐标系下多个标定位置坐标数据；

轴向向量确定模块，用于根据所述手术器械定位器坐标系下多个标定位置坐标数据，计算得到所述手术器械尖端的轴向向量。

9.一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至7中任一项所述方法的步骤。

10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至7中任一项所述方法的步骤。