CN112220557B - 用于颅脑穿刺的手术导航及机器臂装置及定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用于颅脑穿刺的手术导航及机器臂装置，该装置包括：三维CT扫描装置、手持扫描仪、计算机系统、机器臂控制系统和机器臂执行系统；所述三维CT扫描装置、所述手持扫描仪、所述机器臂控制系统、所述机器臂执行系统分别与所述计算机系统连接；机器臂控制系统与所述机器臂执行系统连接。此外，本发明还提供该装置的定位方法，主要是通过术前头脑CT得到需要微创手术的目标点，然后对颅脑进行固定点标记利用探头进行扫描，规划手术轨迹，再对机器臂的探针位置与图像空间中定点标记进行配准。配准后医生可以通过点击人机界面的任一特征点得到该点的坐标，机器臂收到特征点坐标后进行将手术工具进行移动，便于医生精确地找到目标特征。

Description

用于颅脑穿刺的手术导航及机器臂装置及定位方法

技术领域

本发明属于机器人辅助外科领域，具体涉及到外科医生进行颅脑手术时辅助使用的一种导航定位机器臂装置，尤其涉及一种用于颅脑穿刺的手术导航及机器臂装置。此外，本发明还涉及用于颅脑穿刺的手术导航及机器臂装置的定位方法。

背景技术

在颅脑穿刺手术中的定位常用X线片或者CT图像的手工螺旋盘换算及目测测量手术的靶点，机器精度和临床应用受到一定的限制。随着神经影像技术和计算机技术的发展和广泛的应用，将计算机的三维重建和外科医疗手术中的导航系统结合起来，再将这个导航系统与医疗辅助机器臂结合起来，可以有效地提高手术的定位精度。颅脑穿刺手术属于一种微创神经外科手术，主要是根据术前的CT/MIRI图像中预定义的入口点和目标自动定位，然后进行解剖配准，并在术中对患者面部特征进行三维表面扫描和配准夹具。在这之前都是基于术前CT/MRI图像利用探针精确定位颅内肿瘤、病变和解剖结构。其中如何布置放置在脑内导管或电极是微创神经外科手术中最重要的内容，这些内容包括肿瘤活检、水疱性脑水肿的治疗、脑出血的抽吸和清理脑子里面的肿瘤以及导管插入，目的是减少深度脑刺激以及最小限度的开颅手术，在这种情况在手术器械放置不当或导管放置不当会导致非诊断性组织，以及下摆出血和严重的神经并发症。如果没有精确的导航机器臂系统的帮助，这些微创手术很难成形。

中国实用新型专利CN201120231714公开了颅脑微创手术导航装置该装置主要利用转动圆盘的方式定位插尖，并结合CT扫描确定具体插尖的位置，再将具体位置通过电脑计算出来得到转盘转动的角度。该方法的插尖的位置不能够实时显示，必须要通过CT扫描才能确定位置，以至于在颅脑穿刺手术中不能实时观察具体情况，移动插尖的效率比较低，精度不高。

中国发明专利申请CN201811283970公开了一种结合光学手术导航的三维可视化头皮开颅定位方法提供了一种与本发明类似的导航系统，是基于光学的手术导航，在手术前通过CT扫描建立模型，再通过图像处理的方法建立自适应的开颅轮廓，再根据开颅轮廓进行手术，手术过程中对手术工具尖端的位置进行实时记录显示，然后将实际手术工具的路径与提前设计好的路径进行比较，计算误差，评价手术精度，但是没有对误差进行修正。

本领域亟需研发一种可以提高颅脑穿刺手术准确性和稳定性的手术导航及机器臂装置。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种用于颅脑穿刺的手术导航及机器臂装置，大大提高了定位准确性，可以提高颅脑穿刺手术准确性和稳定性。为此，本发明还提供用于颅脑穿刺的手术导航及机器臂装置的定位方法。

本发明是提供辅助外科手术工具进行定位的带有导航系统的机器臂系统，主要是依靠图像引导的介入性手术，在术前利用当今医学领域先进的成像设备，得到多模医学图像数据，并制定合理的手术方案，在术中利用二维或三维图像成像手段和相应的图像处理、监视，利用一定的引导系统，进行手术干预。手术导航有很多种，主要分为光学导航、机械导航、超声导航、电磁导航、CT导航、MRI导航、X射线透视导航、无影像导航。其中本发明选择使用CT导航进行三维的图像重建，辅助手术定位和引导。该系统有三维CT装置、手持扫描仪、计算机系统、机器臂控制系统、机器臂执行机构。在术前利用三维CT扫描装置对颅脑的位置进行扫描，计算出病灶点在三维坐标系中的位置，然后在该位置进行标记。利用手持扫描仪对标记好的病灶点进行扫描，并将扫描的画面实时显示在计算机显示屏上，利用计算机辅助规划和引导路径的软件和机器臂控制系统将机器臂探针位置与之前的病灶点进行位置配准，方便后续在颅脑穿刺的时候，探针位置与病灶位置一直，并能在计算机显示屏上实时显示探针位置。

为解决上述技术问题，本发明提供一种用于颅脑穿刺的手术导航及机器臂装置，该装置包括：三维CT扫描装置、手持扫描仪、计算机系统、机器臂控制系统和机器臂执行系统；所述三维CT扫描装置、所述手持扫描仪、所述机器臂控制系统、所述机器臂执行系统分别与所述计算机系统连接；所述机器臂控制系统与所述机器臂执行系统连接。

所述机器臂控制系统是指对机器臂执行系统的运动轨迹进行控制，及时的从计算机系统中获得路径信号，然后去调整和控制机器臂执行系统的路径轨迹。

作为本发明优选的技术方案，所述机器臂执行系统包括探针、手术工具、用来放置手术工具的探针导管以及在手术工具中安装的传感器装置。在病灶点进行颅脑穿刺，在穿刺点探头和其他医生专用手术工具通过探针导管放入，实现微创的颅脑手术。探针还能将颅脑内的具体的位置信息通过传感器传到电脑路径规划软件系统中，方便路径规划软件实时的对机器臂探针位置进行修正，提高手术的精度和准确度。

作为本发明优选的技术方案，所述机器臂执行系统采用六自由度的机器臂，即由6根连杆和6个转动关节组成、具有6个自由度的机器臂；所述机器臂包括基准板、码盘、底座、测量臂、平衡臂、换刀座、手术刀和连杆；所述基准板与所述底座相连；所述平衡臂与所述测量臂通过所述连杆和所述码盘以及转动关节相连，用于平衡测量臂；所述手术刀通过连杆与换刀座相连；所述换刀座通过连杆与所述测量臂相连；所述平衡臂和测量臂之间有4根连杆，测量臂和换刀座之间有1根连杆，换刀座和手术刀之间有1根连杆；所述连杆和转动关节通过轴相连；转动关节通过电机驱动，且在每一个转动关节处装有码盘，手术器械的位置及姿态变化引起测量臂转动关节转角变化，其变化量由码盘测得。

所述测量系统中的机器臂。在这个机器臂系统中选用的是六自由度的机器臂，可以实现多方位的运动，为提高探头的精度，在机器臂的运动控制单元选用精度更高的伺服驱动电机，在颅脑穿刺的微创口中运动更精准。

作为本发明优选的技术方案，所述计算机系统包括显示器，CPU控制器，硬件系统、软件系统；所述显示器能实时显示所述手持扫描仪扫描出来的颅脑内的画面。

此外，本发明还提供一种采用上述用于颅脑穿刺的手术导航及机器臂装置的定位方法，包括如下步骤：

（1）手术前采用三维CT扫描装置对患者的颅脑进行三维CT扫描，然后医生确定病灶点的位置，在通过计算机系统的图像处理软件计算出病灶点的具体三维位置坐标；

（2）在确定了病灶点位置后就需要利用手持扫描仪对标记好的病灶点进行扫描，将扫描的信号传递给计算机系统并将扫描的画面实时显示在计算机显示屏上，通过图像处理软件对颅脑进行三维重建；

（3）计算机系统的路径规划和引导软件会根据病灶点附近的具体情况来规划机器臂的路径，再将规划好的路径信息传递给机器臂控制系统；

（4）机器臂控制系统会按照电脑规划好的路径来控制机器臂运动，机器臂执行系统包括探针和用来放置各种医生专用手术设备探针导管会按照规划好的路径找到病灶点，在手术设备中都有安装传感器装置，能实时的将位置信号传递到计算机系统；

（5）利用计算机系统和机器臂控制系统将机器臂探针位置与之前的病灶点进行位置配准：手术时病人的头部与手术床相对固定，用机器臂在手术操作空间对病灶点进行测量，利用病灶点在机器臂操作空间和图像空间的测量结果计算从机器臂操作空间到图像空间的映射变换；在机器操作空间中移动机器臂末端的手术探针，引导软件将此时的探针位姿实时的显示在图像空间中，当手术探针的轴向与规划的估计重合时锁定机器臂；定位结束后以固定的机器臂末端的工具作为手术器械的固定支架。

作为本发明优选的技术方案，所述的步骤（1）中的三维CT扫描输入后计算机系统自动将大片分割为数张单独的小片，从而迅速使医生对其关注的部分详细观察；且采用了基于统计的二级阈值的图像识别技术，能准确的将大部分的小片识别出来，同时进行匹配和对准。

作为本发明优选的技术方案，所述步骤（1）中三维CT扫描装置提供的三维图像空间是多角度和多距离的而且与机器臂空间关联，相当于通过图像空间观察到机器臂空间，且方便机器臂精确定位。

作为本发明优选的技术方案，所述步骤（4）中，在手术设备中都有安装传感器装置，能实时的将位置信号传递到计算机系统，实时通过计算机系统修正位置信息，不断的进行优化，提高手术精度，对病灶点其他组织伤害最低。

作为本发明优选的技术方案，所述的步骤（5）中引导软件将此时的探针位姿实时的显示在图像空间中，采用人机界面实时显示状态，医生通过圈出特征点在图像上的范围，再由计算机系统自动识别特征点计算出特征点坐标，辅助医生导航到具体位置；利用计算机系统的图像处理软件根据术前的CT扫描模型进行对比换算空间从而得到具体的特征点的位置，在得到特征点位置后，需要机器臂将对应的手术设备定位到该位置，方便医生进行手术，其中主要利用计算机系统的电脑路径规划和引导软件根据医生确定的病灶点位置，以及现阶段机器臂探针位置，规划好路径，再将重新规划好的路径信息传递给机器臂控制系统，机器臂控制系统会精准的控制机器臂探针和其他手术工具位置，探针和其他手术工具位置又会通过传感器传递回计算机系统，计算机系统的路径规划软件再对位置进行修正调成；这样的闭环带反馈的导航机器臂系统，是最大程度上的提高手术精度和准确度的。

作为本发明优选的技术方案，所述步骤（5）中采用的是在患者头部做定点标记但不做框架的方式来定位机器臂操作空间，同时采用的是坐标变化的方式来将机器臂操作空间与图像空间坐标进行关联，并且实现探针位置实时的显示在人机交互界面的图像空间中。

因为这是用于颅脑穿刺的手术导航及机器臂系统，是一种微创的手术，创口面积大概在3-30mm，这本身就是对手术的准确性提出来很高的要求。基于现在的这类手术有四种定位方法，分别是立体定向框架、导航系统、机器人系统和介入成像系统。其中立体定向框架在图像采集前，将4个框架位置螺钉植入病人的头骨。一个成像坐标盒安装在框架上，用它扫描病人。外科医生识别图像上的大脑目标和入口点，并计算相应的立体定向框架坐标。非手术时，根据计算的坐标调整立体定向框架，并将固定的患者颅骨安装在植入的螺钉上。然后进行颅骨开孔手术。一般认为的缺点是：术前需要在局部麻醉下植入头螺钉；术前、术中可能给患者带来不适；体积大、笨重，手术时需人工调整；手术时需要固定病人头部；手术中选择新的靶点，需要对坐标系坐标进行新的手工计算；他们不提供实时反馈和针的位置验证。

机器人系统提供了一个无框架立体定位机器人手臂，自动定位自己相对于术前图像中定义的目标。它们有潜力解决术中定位、引导和插入，术前图像与术中情况的配准是通过直接接触或视频或X线图像进行的。它们普遍存在的缺点是：由于体积和重量的关系，它们体积庞大，并带有靠泊性，因此存在潜在的安全风险；它们需要头部固定或实时跟踪；成本高昂而且不常用。介入成像系统产生的图像显示了针和探针相对于大脑的实际位置解剖学和目标。主要优点是这些系统提供实时、最新的图像，可以解释大脑移位和针弯曲。他们普遍认为的主要缺点是：可用性有限；术中医生采集繁琐耗时；标称和操作费用高；术中MRI需要完整、昂贵的房间屏蔽。相对于这三个方法导航系统的主要优点是：提供与所定义目标相关的连续、实时的手术工具定位信息；允许在手术过程中选择新的目标点；自90年代引进以来，它们得到了广泛的临床认可。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：本发明主要是通过术前头脑CT得到需要微创手术的目标点，然后对颅脑进行固定点标记利用探头进行扫描，规划手术轨迹，再对机器臂的探针位置与图像空间中定点标记进行配准。配准后医生可以通过点击人机界面的任一特征点得到该点的坐标，机器臂收到特征点坐标后进行将手术工具进行移动，便于医生精确地找到目标特征。本发明在颅脑的穿刺微创手术中提高了手术精度和准确性，避免了之前依靠医生眼睛和经验来进行病灶点手术。在市面现有的颅脑穿刺导航系统中，本发明不同提前在病人颅脑进行标记，避免病人在手术前心理紧张，也帮助医生实时显示手术工具的位置信息，方便医生进行手术，也降低了对病灶点周围组织细胞的二次伤害，干净利落的针对病灶点实施手术治疗。

相比中国实用新型专利CN201120231714，本发明的探针能够实时显示位置信息和颅脑信息，电脑对探针实时的位置信息可以路径修正，即提高了手术的精度，也提高了效率和手术过程对其他颅脑组织的伤害。

相比中国发明专利申请CN201811283970，本发明的带导航系统的机器臂同样通过图像处理的方法确定开颅路径，然后增加探针和放手术工具探针导管可以实时观察手术工具具体位置信息的同时，电脑的路径规划软件会不断根据实时位置与先前设计好的路径之间的误差及时调整路径，提高手术精度，反馈位置机构加上及时的路径修正，大大提高了手术精度和稳定性。

附图说明

图1是本发明用于颅脑穿刺的手术导航及机器臂装置的组成结构示意图；

图2是几种不同方式扫描颅内的医学影像图片；

图3是本发明的手持扫描仪扫描建立的三维模型图；

图4是手术中的颅脑图像显示图；

图5是本发明的手术导航系统的工作流程图；

图6是本发明机器臂的结构示意图。

图中附图标记说明如下：

1为基准板，2为码盘，3为底座，4为平衡臂，5为测量臂，6为手术刀，7为快速换刀座，8为连杆。

具体实施方法

下面结合附图及具体的实施例对本发明进行进一步的详细描述，下面结合附图和具体的实施方法对本发明进一步讲解。

如图1所示，本发明一种用于颅脑穿刺的手术导航及机器臂装置，包括：三维CT扫描装置、手持扫描仪、计算机系统、机器臂控制系统、机器臂执行系统；三维CT扫描装置、手持扫描仪、机器臂控制系统、机器臂执行系统分别与计算机系统连接；机器臂控制系统与机器臂执行系统连接。三维CT扫描装置用于对颅脑的三维CT扫描，由医生确定患者颅脑内的病灶点；计算机系统用于接收来自三维CT扫描装置的数据，并且计算出病灶的三维坐标信息；手持扫描仪用于对病灶点附近的颅脑进行扫描，然后将扫描的信号传递给计算机系统，通过专业的图像处理软件对颅脑进行三维重建。计算机系统的路径规划和引导软件会根据病灶点附近的具体情况来规划机器臂的路径，再将规划好的路径信息传递给机器臂控制系统，机器臂控制系统会按照电脑规划好的路径来控制机器臂运动，机器臂执行系统包括探针和用来放置各种医生专用手术设备探针导管会按照规划好的路径找到病灶点，并且在各种医生手术设备中都有安装传感器装置，可以实时的将位置信号传递到计算机系统，计算机系统的路径规划软件还会对传递过来的位置信息进行实时修正，不断地提高手术的精度和准确度，力求在最高的精度上面完成手术。利用三维CT扫描装置对颅脑进行全方位扫描，然后确定病灶准确的位置点，再计算出病灶的三维坐标点，方便后续与机器臂探针位置进行配准。手持扫描仪是在手术中对标记好的病灶点附近进行扫描，实时确定探头的具体位置，方便对穿刺的颅脑孔内手术刀的情况进行实时查看。计算机系统主要是由显示器，CPU控制器，硬件系统、软件系统等组成，其中显示器可以实时显示出手持扫描仪扫描出来的颅脑内的画面。

系统采用病灶点的定位机制，机器臂与计算机紧密结合，采用三坐标系转换方法和工具，保证了定位精度。同时通过手持扫描仪在病灶点扫描，三维重建模型，可以实时的观察到机器臂探针的具体位置，并显示其坐标。系统提供了对三维场景的多角度，多距离的观察，从而可以准确的将机器臂制导到事先计划的位置和姿态上，在颅脑穿刺前精确定位。定位结束就以机器臂的末端工具作为手术固定器械的固定支架，进行穿刺，然后准确的将探针送进目标靶点位置。并且在手术设备上都有安装位置传感器，方便手术过程中，各种手术工具的位置传递，而且计算机系统会根据手术工具传递过来的位置信息与之前规划好的路径信息进行对比，及时修正位置信息。这种反馈控制机制是目前实用与大多数精准控制运动领域的。人机界面实时显示状态，医生可以通过圈出特征点在图像上的范围，再由系统自动的识别特征点计算出特征点坐标，辅助医生导航到具体位置。

集合医学、物理、电子技术以及计算机技术，科学家研制出不同的成像设备，包括扫描包括描述人体组织解剖信息的X光（X-Ray）、超声成像（US）、计算机断层扫描（CT）、磁共振成像（MPI），以及描述人体组织代谢信息的正电子发射断层扫描（PET）、单光子发射计算机断层扫描（SPECT）等见图2，从图2中可以看出对骨骼和组织等成像清晰度相差较大，如CT图像对骨质成像较清晰，MRI图像对细胞和肌肉等组织成像较清晰。这些医学图像能够给医生提供肿瘤病灶的位置、结构及病理信息。 所以本发明的颅脑穿刺手术选择的术前图像扫描就选择三维CT扫描图像，针对不同的病理信息选择不同的成像方式。在术前采集多模图像，使用专门的的计算机软件对病灶进行三维或者二维显示目的就是为了配准探头扫描后计算机软件进行重构的三维图像信息，以便在微创手术中能够起到精确导航的手术设备的作用。

探头对标记好的点进行扫描后得到信息后利用计算机三维重建的软件如图3所示，利用扫描的点对整体的颅脑结构进行重新建模，再将建模后的成像系统显示出来，再利用图像识别定位软件将重建的三维模型和之前CT或者MRI扫描得到的模型进行匹配，配准，精确定位靶点，目标点以及入口点。

手术前患者三维CT扫描,再由医生确定病灶点的位置坐标。术前需先对CT图像进行处理,分别得到其冠状面、矢状面和轴状面的图像,同时,提取CT图像中的标记点,得到病灶点的图像坐标。在手术中实时叠加显示在三个剖面的CT图像上如图4所示。如果接入内窥镜,还可以在屏幕窗口中实时显示内窥镜图像。这样，手术医生就可以在导航系统的辅助下,快速准确地完成手术。

如图5所示的计算机系统的对手术的导航方式一般是通过术前的三维CT扫描出颅脑内部的情况，医生根据三维CT确定病灶点并标记，电脑的图像处理软件会先将标记病灶点位置的图像灰度化，再分割阈值，二值化图像，最后利用区域生长法将所有特征点位置坐标确定，再将这些特征点坐标值求均值，得到一个具体的特征点坐标作为病灶点坐标，将坐标信息输入到计算机的路径规划软件中，路径规划软件再将规划好的路径发送到机器臂控制机构，控制执行机构执行。在执行时机器臂探针和手术工具的坐标位置信息同样通过图像处理的方法获取，再将获取过来的坐标信息通过传感器反馈到计算机路径规划系统进行修正。

如图6所示的机器臂执行系统由6自由度数字化机器臂,头部定位装置，数据处理计算机及相关软件组成。其中,数字化机器臂可以随时给出其末端相对于机座坐标系的位姿,当固定尺寸的手术器械固定在其末端时,即可给出手术器械末端的位姿。头部固定装置用来固定患者的头部,使其在手术过程中保持不动,以保证系统的精度。而数据处理计算机则在医疗图像的处理和显示的同时,也担负着数字化机器臂的数据采集任务,随时读取其位姿信息。空间位姿测量的目的是在手术过程中实时地检测出手术器械的空间位置和姿态,为数据处理计算机提供手术器械的位姿信息。该系统采用机器臂实现空间位姿定位,测量系统由基准板1、底座3、测量臂5、平衡臂4、换刀座7、手术刀6以及高精度检测元件——码盘2等组成。其中基准板1是与底座3相连的用来做测量系统的整体基准，需要在使用前调零。底座3是测量系统的机械支撑结构，测量臂5顾名思义就是测量系统最重要的组成，在手术操作时，每转动一个关节就会引起测量臂5的角度变化，然后利用运动学知识得到位姿变化。平衡臂4与测量臂5通过连杆8和码盘2以及转动关节相连，用于平衡测量臂5。换刀座7是方便医生手术过程中更换手术刀6，手术刀6都是先放在换刀座7上，换刀座7与连杆8以及转动关节相连。测量系统中的机器臂由6根连杆8和6个转动关节组成,具有6个自由度。如图6所示，平衡臂4和测量臂5之间有4根连杆8，测量臂5和换刀座7之间有1根连杆8，换刀座7和手术刀6之间有1根连杆8。其中连杆8和转动关节通过轴相连，转动关节驱动方式是通过高精度的电机驱动，而且在每一个转动关节处装有码盘2。当术者进行手术操作时,手术器械的位置及姿态变化引起测量系统各测量臂5转动关节转角变化,其变化量由码盘2测得,根据测得的关节角度,利用6自由度串联操作臂的运动学正解可求得手术器械末端的位置及姿态矩阵。

本发明机器臂装置应用于手术导航系统，包括手术导航服务器，包含监视器，工作站，成像设备以及手术导航软件，用于图像采集、处理、显示与存储，手术工具与病人位置关系的展示，与其它设备和工具的实时通讯，控制并导航手术流程等。其中应用于医学导航系统的工具和设备包括：手术导航工具，通过发射（主动式）或反射（被动式）信号确定具体的工具坐标；位置跟踪设备，用于接受来自手术导航工具的信号以监视跟踪手术工具位置；手术器械，用以实施手术；病患示踪器用以实时跟踪病患位置。

本发明用于颅脑穿刺手术的导航机器臂，主要应用在外科微创手术中，在目前的医学中最重要的是提高导航精度和设计出结构合理的机器臂，即方便医生操作也精确。

Claims (2)

1.用于颅脑穿刺的手术导航及机器臂装置，其特征在于，该装置包括：三维CT扫描装置、手持扫描仪、计算机系统、机器臂控制系统和机器臂执行系统；所述三维CT扫描装置、所述手持扫描仪、所述机器臂控制系统、所述机器臂执行系统分别与所述计算机系统连接；所述机器臂控制系统与所述机器臂执行系统连接；所述机器臂执行系统包括探针、手术工具、用来放置手术工具的探针导管以及在手术工具中安装的传感器装置；所述传感器装置用于实时的将位置信号传递到所述计算机系统；

所述机器臂执行系统采用六自由度的机器臂，即由6根连杆和6个转动关节组成、具有6个自由度的机器臂；所述机器臂包括基准板、码盘、底座、测量臂、平衡臂、换刀座、手术刀和连杆；所述基准板与所述底座相连；所述基准板用于做测量系统的整体基准，需要在使用前调零；所述平衡臂与所述测量臂通过所述连杆和所述码盘以及转动关节相连，用于平衡测量臂；所述手术刀通过连杆与换刀座相连；所述换刀座通过连杆与所述测量臂相连；所述平衡臂和测量臂之间有4根连杆，测量臂和换刀座之间有1根连杆，换刀座和手术刀之间有1根连杆；所述连杆和转动关节通过轴相连；转动关节通过高精度的电机驱动，且在每一个转动关节处装有码盘，手术器械的位置及姿态变化引起测量臂转动关节转角变化，其变化量由码盘测得；

所述手持扫描仪用于对标记好的病灶点进行扫描，将扫描的信号传递给所述计算机系统并将扫描的画面实时显示在计算机显示屏上，通过图像处理软件对颅脑进行三维重建；

所述机器臂控制系统用于对所述机器臂执行系统的运动轨迹进行控制，及时的从所述计算机系统中获得路径信号，然后去调整和控制所述机器臂执行系统的路径轨迹；

所述机器臂控制系统还用于与所述计算机系统一起将机器臂探针位置与之前的病灶点进行位置配准：用所述机器臂在手术操作空间对病灶点进行测量，利用病灶点在机器臂操作空间和图像空间的测量结果计算从所述机器臂操作空间到所述图像空间的映射变换；在所述机器臂操作空间中移动所述机器臂末端的手术探针，引导软件将此时的探针位姿实时的显示在所述图像空间中，当所述手术探针的轴向与规划的估计重合时锁定所述机器臂；定位结束后以固定的机器臂末端的工具作为手术器械的固定支架；

所述计算机系统的图像处理软件用于根据术前的CT扫描模型进行对比换算空间从而得到具体的特征点的位置；所述机械臂用于在得到特征点位置后，将对应的手术设备定位到该位置；

所述计算机系统的电脑路径规划和引导软件用于根据病灶点位置，以及现阶段机器臂探针位置，规划好路径，再将重新规划好的路径信息传递给所述机器臂控制系统；

所述计算机系统的路径规划软件还用于对通过所述传感器传递回所述计算机系统的探针和其他手术工具位置进行修正调成；

所述用于颅脑穿刺的手术导航及机器臂装置定位所述机器臂操作空间是在患者头部做定点标记但不做框架的方式，同时采用的是坐标变化的方式来将机器臂操作空间与图像空间坐标进行关联，并且实现探针位置实时的显示在人机交互界面的图像空间中。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述计算机系统包括显示器，CPU控制器，硬件系统、软件系统；所述显示器能实时显示所述手持扫描仪扫描出来的颅脑内的画面。

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