CN115619868B - 位置标记装置、图像注册系统和手术导航系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及医疗器械技术领域，提出了一种位置标记装置、图像注册系统和手术导航系统，其中，位置标记装置包括：基座，用于固定于患者的身体上；定位块，定位块上设置有多个定位件，定位块安装于基座上，多个定位件用于在图像注册系统所生成的待注册图像中标记多个定位件与基座之间的相对位置，以供图像注册系统根据相对位置对待注册图像进行注册。

Description

位置标记装置、图像注册系统和手术导航系统

技术领域

本发明涉及医疗器械技术领域，具体而言，涉及一种位置标记装置、一种图像注册系统和一种手术导航系统。

背景技术

相关技术中，图像注册的过程中，在确定定位件与患者之间的相对位置时，需要在定位件上设置定位件跟踪器，导致结构复杂，不便于操作，并且对患者形成较大和较深创口。在调节生成待注册图像的角度时，需要调节定位件以及定位件跟踪器的位置，不便操作，在调节过程中容易与成像装置发生碰撞。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术或相关技术中存在的在调节生成待注册图像的角度时，需要调节定位件以及定位件跟踪器的位置，不便操作，在调节过程中容易与成像装置发生碰撞的问题。

为此，本发明的第一方面提出了一种位置标记装置。

本发明的第二方面提出了一种图像注册系统。

本发明的第三方面提出了一种手术导航系统。

有鉴于此，本发明的第一方面提出了一种位置标记装置，用于图像注册系统，包括：基座，用于固定于患者的身体上；定位块，定位块上设置有多个定位件，定位块安装于基座上，多个定位件用于在图像注册系统所生成的待注册图像中标记多个定位件与基座之间的相对位置，以供图像注册系统根据相对位置对待注册图像进行注册。

本发明提供的位置标记装置，可以用于图像注册系统，具体可以用于在图像注册系统所获取的待注册图像中标记出相应地位置，具体地，待注册图像可以为对患者需要进行手术的身体部位进行生成的X射线影像，以供图像注册系统根据待注册图像中所标记的位置，对待注册图像进行注册，进而将注册后的图像用于手术导航系统中，以供医务人员在手术中根据注册好的图像确定相关位置。

具体地，位置标记装置包括基座和定位块，其中，基座用于固定于患者的身体上。定位块上设置有多个定位件，定位件可以用于在图像注册系统所生成的图像中标记出定位件与基座之间的相对位置。可以理解的是，基座固定于患者的身体上，定位块固定于基座上，因此，定位块上的多个定位件与患者之间的位置即可固定不变，因此，通过标记多个定位件与基座之间的相对位置，也即标记了多个定位件与患者之间的相对位置，进而在根据多个定位件与基座之间的相对位置进行图像注册以后，医护人员能够在注册后的图像中根据多个定位件与基座之间的相对位置准确地确定手术工具与患者之间的相对位置，保证手术顺利进行。

在相关技术中，图像注册的过程中，需要将定位件放置于患者的身旁或者放置于X射线影像设备上，并且在基座上设置基座跟踪器，以及在定位件上设置定位件跟踪器，通过两个跟踪器来确定定位件与基座之间的位置关系。进一步地，在生成第二张待注册图像时，需要调节定位件以及定位件跟踪器的位置，再进行待注册图像的生成。

本发明提供的位置标记装置，通过将定位块安装于基座上，而基座用于固定于患者的身体上，无需将定位件设置在成像设备上，避免了定位件在成像设备成像的过程中造成干扰。并且，在生成待注册图像时，即可直接确定定位块上的多个定位件与基座之间的相对位置，无需为定位件设置相应地的跟踪器进行位置确定，简化了位置标记装置的结构，也简化了图像注册的步骤。进一步地，在生成第二张待注册图像时，也无需对定位件跟踪器的位置进行调节，避免了位置调节过程中的碰撞风险。

另外，根据本发明提供的上述技术方案中的位置标记装置，还可以具有如下附加技术特征：

在上述技术方案中，进一步地，定位块包括：安装部，安装部与基座相连接；承载部，与安装部相连接，承载部上设置有多个定位件。

在该技术方案中，定位块可以包括安装部和承载部，其中，安装部用于与基座相连接，承载部设置于安装部上，承载部上承载有多个定位件。

通过安装部的设置，可以方便定位块与基座之间的安装。具体地，基座上可以设置有多个定位销，相应地，在安装部上可以设置有与定位销相适配的定位孔，从而通过定位销与定位孔之间的连接，实现安装部与基座之间的连接。其中，定位销的数量可以为三个，相应地，定位孔的数量同样为三个，并且三个定位孔的分布位置与三个定位销的分布位置相适配。通过将定位销和定位孔的数量设置为三个，既可以保证定位块与基座之间连接的稳定性，还能够保证位置标记装置的结构简化。

进一步地，为了进一步增加定位块与基座之间连接的稳定性，定位块和基座之中的至少一个可以使用磁性材料，具体地，基座与定位块中的一个可以采用磁性材料制作，相应地，基座与定位块中的另一个可以采用能够与磁性材料相吸引的金属材料制作。或者，定位块和基座均采用磁性材料制作，以使得定位块与基座之间能够相互吸引，从而提高定位块与基座之间的连接稳定性。

在上述任一技术方案中，进一步地，承载部包括本体，多个定位件设置于本体上，本体的材料为透X射线材料，多个定位件的材料为不透X射线材料；本体包括：第一平面，第一平面上设置有至少一个定位件；第二平面，第二平面上设置有至少一个定位件，且第一平面和第二平面沿第一方向间隔设置。

在该技术方案中，承载部包括本体以及设置于本体上的多个定位件，其中，本体可以采用透X射线材料进行制作，相应地，多个定位件可以采用不透X射线材料进行制作，例如不锈钢珠或者红宝石珠等。在生成待注册图像时，X射线能够穿过承载部的本体而无法穿过多个定位件，从而可以在生成的待注册图像上标记出多个定位件的位置，相应地，基座的材料同样可以为不透X射线材料，以保证多个定位件以及基座的位置能够在待注册图像中进行标记。

进一步地，本体包括第一平面和第二平面，其中，第一平面和第二平面上均设置有至少一个定位件，并且，第一平面和第二平面沿第一方向间隔设置。也就是说，第一平面和第二平面不处于同一个平面内，从而使得第一平面上的定位件和第二平面上的定位件不处于同一个平面上。进一步地，第一平面上的定位件与第二平面上的定位件的数量之和可以设置为大于或等于四个。通过将多个定位件设置在不同的平面上，并且通过定位件的数量的设置，可以保证图像注册的过程中能够准确地确定X射线影像相对于多个定位件的位姿，也即保证了图像注册的准确性。具体地，第一平面和第二平面可以设置为相互平行。

在上述任一技术方案中，进一步地，安装部包括：第一安装板，与承载部相连接，第一安装板与第一平面平行；第二安装板，与第一安装板相连接，第二安装板与第一安装板相垂直；其中，第一安装板或第二安装板与基座相贴合，以将定位块安装于基座上。

在该技术方案中，安装部可以包括第一安装板和第二安装板，第一安装板和第二安装板均能够与基座相贴合，以实现安装部与基座之间的连接。其中，第一安装板与第一平面平行，第二安装板与第一安装板相垂直。

通过将第一安装板与第二安装板设置为相垂直，在第一安装板和第二安装板分别贴合于基座上时，承载部上的第一平面和第二平面可以分别朝向相互垂直的不同方向延伸，从而获取不同方向上的待注册图像。并且，在不同方向上的待注册图像获取时，承载部均是通过安装部连接于基座上，因此可以保证两个待注册图像上定位件均可以标记出与同一个基座的位置关系，保证定位的准确性。

具体地，在图像注册系统进行待注册图像的生成时，首先将第一安装板贴合于基座上，使得第一平面和第二平面朝向患者的正面方向，以获取正位X射线影像，然后将第二安装板与基座相贴合，从而使得承第一平面和第二平面朝向患者的侧方，以获取侧位X射线影像。

在上述任一技术方案中，进一步地，本体还包括：第三平面，第三平面上设置有至少一个定位件；第四平面，第四平面上设置有至少一个定位件，第三平面和第四平面相平行，且第三平面和第四平面沿第二方向间隔设置；其中，第一方向和第二方向相垂直。

在该技术方案中，本体还包括第三平面和第四平面，其中，第三平面和第四平面上均设置有至少一个定位件，并且，第三平面和第四平面沿第二方向间隔设置。也就是说，第三平面和第四平面不处于同一个平面内，从而使得第三平面上的定位件和第四平面上的定位件不处于同一个平面上。同时，第三平面上的定位件与第四平面上的定位件的数量之和可以设置为大于或等于四个。通过将多个定位件设置在不同的平面上，可以保证图像注册的过程中能够准确地确定X射线影像相对于多个定位件的位姿，也即保证了图像注册的准确性。具体地，第三平面和第四平面可以设置为相互平行。

进一步地，第一平面和第二平面沿第一方向间隔设置，第三平面和第四平面沿第二方向间隔设置，并且，第一方向和第二方向相互垂直，从而使得成像装置可以分别在第一方向上和第二方向上进行待注册图像的生成，也即，在第一方向上生成待注册图像之后，无需对定位块的方向进行调整，只需将成像装置调整至第二方向，从而可以生成第二方向上的待注册图像。具体地，在定位块安装于基座上时，第一方向可以为患者的正面方向，第二方向可以为患者的侧面方向。

在上述任一技术方案中，进一步地，基座包括：第一主体，第一主体上设置有第一固定钉组，第一固定钉组用于与患者的一个棘突相连接；第二主体，第二主体上设置有第二固定钉组，第二固定钉组用于与患者的另一个棘突相连接；调节件，分别与第一主体和第二主体相连接，用于调节第一主体和第二主体之间的相对位置。

在该技术方案中，基座包括第一主体和第二主体，其中，第一主体上设置有第一固定钉组，第一固定钉组用于与患者的一个棘突相连接，相应地，第二主体上设置有第二固定钉组，第二固定钉组用于与患者的另一个棘突相连接。通过第一固定钉组和第二固定钉组分别与患者的两个棘突相连接，可以保证基座与患者之间连接的稳定性。并且，相较于相关技术中采用棘突夹对患者的棘突进行夹持，采用第一固定钉组和第二固定钉组实现与患者的棘突相连接，可以有效地减小患者身体的创伤面，既能够减轻患者的痛苦，也能够节省缝合等操作步骤。

进一步地，第一主体和第二主体通过调节件相连接，调节件用于调节第一主体和第二主体之间的相对位置。通过调节件对第一主体和第二主体之间的相对位置进行调节，也即对第一固定钉组和第二固定钉组之间的距离进行调节，从而可以满足患者的不同生理特点，也即相邻两个棘突之间的距离不同，以保证基座与患者的身体之间的连接的稳定性。

在上述任一技术方案中，进一步地，调节件包括：调节杆，调节杆的一端与第一主体相连接；第二主体套设于调节杆上，第二主体能够沿调节杆的延伸方向移动。

在该技术方案中，调节件包括调节杆，调节杆的一端与第一主体相连接，相应地，第二主体套设于调节杆上，并且，第二主体能够沿调节杆的延伸方向移动，以实现第一主体和第二主体之间的相对位置的调节。

在上述任一技术方案中，进一步地，第一固定钉组包括两个穿设于第一主体上的第一固定钉，两个第一固定钉的端部用于分别与患者的一个棘突的两侧相抵接；第二固定钉组包括两个穿设于第二主体上的第二固定钉，两个第二固定钉的端部用于分别与患者的另一个棘突的两侧相抵接。

在该技术方案中，第一固定钉组包括两个穿设于第一主体上的第一固定钉，并且，两个第一固定钉之间的角度不为零，从而使得两个第一固定钉能够分别从患者的棘突的两端逐渐靠近棘突，直至从两侧对棘突进行夹持。进一步地，两个第一固定钉之间的角度可以调节，以适应不同患者的棘突的特点。

进一步地，第一主体上可以设置有供第一固定钉穿过的第一通孔，从而保证第一固定钉与第一主体之间相对位置的固定。

相应地，第二固定钉组包括两个穿设于第二主体上的第二固定钉，并且，两个第二固定钉之间的角度不为零，从而使得两个第二固定钉能够分别从患者的棘突的两端逐渐靠近棘突，直至从两侧对棘突进行夹持。进一步地，两个第二固定钉之间的角度可以调节，以适应不同患者的棘突的特点。

进一步地，第二主体上可以设置有供第二固定钉穿过的第二通孔，从而保证第二固定钉与第二主体之间相对位置的固定。

根据本发明的第二方面，提出了一种图像注册系统，包括如上述技术方案中任一项的位置标记装置，以及成像装置，用于在位置标记装置的一侧向位置标记装置发射X射线，以在位置标记装置的另一侧生成待注册图像；图像注册装置，与成像装置电连接，用于根据待注册图像中定位件和基座之间的位置关系，对待注册图像进行注册。

本发明提供的图像注册系统，成像装置具体地可以包括X射线发射器和X射线探测器，其中，X射线发射器可以在位置标记装置的一侧向位置标记装置发射X射线，从而使得X射线探测器能够在位置标记装置的另一侧对X射线进行探测，以生成X射线影像。

进一步地，在进行图像注册的过程中，首先通过成像装置生成第一方向上的X射线影像，通常为患者的正位X射线影像，在正位X射线影像中包括患者需要进行手术的身体部位、基座以及多个定位件。然后通过图像注册装置计算正位X射线影像中的多个定位件的标记点的图像坐标，然后根据多个定位件的物理坐标以及多个定位件在正位X射线影像中的标记点的图像坐标，计算出正位X射线图像中的多个标记点相对于多个定位件的位姿，具体地，根据多个定位件在定位块上的位置排布，可以确定多个定位件的物理坐标，然后利用直接线性变换法（DLT，Direct Linear Transform）计算出正位X射线影像中的标记点的投影矩阵，然后根据正交三角（QR）分解的方式分解出正位X射线影像相对于多个定位件的位姿。进一步地，根据正位X射线影像相对于多个定位件的位姿以及多个定位件与基座之间的相对位置，确定正位X射线影像相对于基座的位姿。也即完成了正位X射线影像的图像注册。

进一步地，通过成像装置生成第二方向上的X射线影像，其中，第二方向与第一方向相垂直，通常为患者的侧位X射线影像。然后通过图像注册装置利用与正位X射线影像的注册方式相同的方式，对侧位X射线影像进行图像注册。最终获取正位X射线图像与侧位X射线图像的相对位姿，完成最终的图像注册。

进一步地，本发明提供的图像注册系统，因包括了上述技术方案中任一项的位置标记装置，因此，该图像注册系统包括了上述位置标记装置的全部有益效果，在此不再赘述。

根据本发明的第三方面，提出了一种手术导航系统，包括：如上述技术方案中任一项的位置标记装置；或如上述技术方案中的图像注册系统；基座定位器，安装于基座上；导航装置，与基座定位器无线连接，用于确定基座的实际位置，以及根据基座的实际位置和已注册图像进行手术导航。

本发明提供的手术导航系统，在手术导航的过程中，首先将基座定位器安装于基座上，从而使得导航装置能够对基座定位器的位置进行探测，进而确定基座的实际位置。进一步地，导航装置还包括手术器具定位器，用于安装于手术器具上，导航装置与手术器具定位器无线连接，从而确定手术器具的实际位置。

进一步地，根据图像注册系统所注册的图像，导航装置能够在手术过程中从注册后的图像中确定手术器具的实际位置与基座的实际位置之间的相对位置，进而对医护人员进行手术导航，保证手术器具位置的精准。

进一步地，本发明提供的手术导航系统，因包括了上述技术方案中任一项的位置标记装置，或如上述技术方案中的图像注册系统，因此，该手术导航系统包括了上述位置标记装置以及图像注册系统的全部有益效果，在此不再赘述。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述部分中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1示出了本发明的一个实施例的位置标记装置的结构示意图；

图2示出了图1位置标记装置中定位块的结构示意图；

图3示出了本发明一个实施例的位置标记装置中承载部的结构示意图；

图4示出了本发明另一个实施例的位置标记装置中承载部的结构示意图；

图5示出了图1位置标记装置中的基座处于分解状态的结构示意图；

图6示出了图5中基座处于组合状态的结构示意图；

图7示出了基座固定于患者身体上的状态的结构示意图；

图8示出了基座固定于患者身体上的状态的另一视角的结构示意图；

图9示出了本发明的一个实施例的手术导航系统的结构示意图；

图10示出了手术导航系统中基座定位器与基座分离状态的结构示意图；

图11示出了手术导航系统中基座定位器与基座安装状态的结构示意图；

图12示出了手术导航系统运行过程中所显示的导航画面；

图13示出了手术导航系统运行过程中所显示的另一视角的导航画面；

图14示出了图像注册系统在生成一个待注册图像状态下的结构示意图；

图15示出了图像注册系统在生成另一个待注册图像状态下的结构示意图；

图16示出了图像注册系统进行图像注册的流程框图。

其中，图1至图15中的附图标记与部件名称之间的对应关系为：

100位置标记装置，102基座，104定位块，106定位件，108安装部，110承载部，112本体，114第一平面，116第二平面，118第一安装板，120第二安装板，122第三平面，124第四平面，126第一主体，128第二主体，130第一固定钉组，132第二固定钉组，134调节件，136第一通孔，138第二通孔，200手术导航系统，202基座定位器，204手术器具定位器，206手术器具，208X射线发射器，210X射线探测器。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

下面参照图1至图16描述根据本发明一些实施例的位置标记装置、图像注册系统和手术导航系统。

根据本发明的第一方面，如图1和图2所示，提出了一种位置标记装置100，用于图像注册系统，位置标记装置100包括基座102，基座102用于固定于患者的身体上；还包括定位块104，定位块104上设置有多个定位件106，定位块104安装于基座102上，多个定位件106用于在图像注册系统所生成的待注册图像中标记多个定位件106与基座102之间的相对位置，以供图像注册系统根据相对位置对待注册图像进行注册。

本发明提供的位置标记装置100，可以用于图像注册系统，具体可以用于在图像注册系统所获取的待注册图像中标记出相应地位置，具体地，待注册图像可以为对患者需要进行手术的身体部位进行生成的X射线影像，以供图像注册系统根据待注册图像中所标记的位置，对待注册图像进行注册，进而将注册后的图像用于手术导航系统中，以供医务人员在手术中根据注册好的图像确定相关位置。

具体地，位置标记装置100包括基座102和定位块104，其中，基座102用于固定于患者的身体上。定位块104上设置有多个定位件106，定位件106可以用于在图像注册系统所生成的图像中标记出定位件106与基座102之间的相对位置。可以理解的是，基座102固定于患者的身体上，定位块104固定于基座102上，因此，定位块104上的多个定位件106与患者之间的位置即可固定不变，因此，通过标记多个定位件106与基座102之间的相对位置，也即标记了多个定位件106与患者之间的相对位置，进而在根据多个定位件106与基座102之间的相对位置进行图像注册以后，医护人员能够在注册后的图像中根据多个定位件106与基座102之间的相对位置准确地确定手术工具与患者之间的相对位置，保证手术顺利进行。

具体地，如图16所示，在进行图像注册的过程中，首先需要生成第一方向上的X射线影像，通常为患者的正位X射线影像，在正位X射线影像中包括患者需要进行手术的身体部位、基座102以及多个定位件106。然后计算出正位X射线影像中的多个定位件106的标记点的图像坐标，然后根据多个定位件106的物理坐标以及多个定位件106在正位X射线影像中的标记点的图像坐标，计算出正位X射线图像中的多个标记点相对于多个定位件106的位姿，具体地，根据多个定位件106在定位块104上的位置排布，可以确定多个定位件106的物理坐标，然后利用直接线性变换法（DLT，Direct Linear Transform）计算出正位X射线影像中的标记点的投影矩阵，然后根据正交三角（QR）分解的方式分解出正位X射线影像相对于多个定位件106的位姿。进一步地，根据正位X射线影像相对于多个定位件106的位姿以及多个定位件106与基座102之间的相对位置，确定正位X射线影像相对于基座102的位姿。也即完成了正位X射线影像的图像注册。

进一步地，生成第二方向上的X射线影像，其中，第二方向与第一方向相垂直，通常为患者的侧位X射线影像。然后利用与正位X射线影像的注册方式相同的方式，对侧位X射线影像进行图像注册。最终获取正位X射线图像与侧位X射线图像的相对位姿，完成最终的图像注册。

在相关技术中，图像注册的过程中，需要将定位件放置于患者的身旁或者放置于X射线影像设备上，并且在基座上设置基座跟踪器，以及在定位件上设置定位件跟踪器，通过两个跟踪器来确定定位件与基座之间的位置关系。进一步地，在生成第二张待注册图像时，需要调节定位件以及定位件跟踪器的位置，再进行待注册图像的生成。

本发明提供的位置标记装置100，通过将定位块104安装于基座102上，而基座用于固定于患者的身体上，无需将定位件106设置在成像设备上，避免了定位件106在成像设备成像的过程中造成干扰。并且，在生成待注册图像时，即可直接确定定位块104上的多个定位件106与基座102之间的相对位置，无需为定位件106设置相应地的跟踪器进行位置确定，简化了位置标记装置100的结构，也简化了图像注册的步骤。进一步地，在生成第二张待注册图像时，也无需对定位件跟踪器的位置进行调节，避免了位置调节过程中的碰撞风险。

进一步地，为了进一步增加定位块104与基座102之间连接的稳定性，定位块104和基座102之中的至少一个可以使用磁性材料，具体地，基座102与定位块104中的一个可以采用磁性材料制作，相应地，基座102与定位块104中的另一个可以采用能够与磁性材料相吸引的金属材料制作。或者，定位块104和基座102均采用磁性材料制作，以使得定位块104与基座102之间能够相互吸引，从而提高定位块104与基座102之间的连接稳定性。

在上述实施例中，进一步地，如图1和图2所示，定位块104包括安装部108，安装部108与基座102相连接；定位块104还包括承载部110，承载部110与安装部108相连接，承载部110上设置有多个定位件106。

在该实施例中，定位块104可以包括安装部108和承载部110，其中，安装部108用于与基座102相连接，承载部110设置于安装部108上，承载部110上承载有多个定位件106。

通过安装部108的设置，可以方便定位块104与基座102之间的安装。具体地，基座102上可以设置有多个定位销，相应地，在安装部108上可以设置有与定位销相适配的定位孔，从而通过定位销与定位孔之间的连接，实现安装部108与基座102之间的连接。其中，定位销的数量可以为三个，相应地，定位孔的数量同样为三个，并且三个定位孔的分布位置与三个定位销的分布位置相适配。通过将定位销和定位孔的数量设置为三个，既可以保证定位块104与基座102之间连接的稳定性，还能够保证位置标记装置100的结构简化。

在上述任一实施例中，进一步地，如图3和图4所示，承载部110包括本体112，多个定位件106设置于本体112上，本体112的材料为透X射线材料，多个定位件106的材料为不透X射线材料；进一步地，本体112包括第一平面114和第二平面116，第一平面114和第二平面116上均设置有至少一个定位件106；且第一平面114和第二平面116沿第一方向间隔设置。

在该实施例中，承载部110包括本体112以及设置于本体112上的多个定位件106，其中，本体112可以采用透X射线材料进行制作，相应地，多个定位件106可以采用不透X射线材料进行制作，例如不锈钢珠或者红宝石珠等。在生成待注册图像时，X射线能够穿过承载部110的本体112而无法穿过多个定位件106，从而可以在生成的待注册图像上标记出多个定位件106的位置，相应地，基座102的材料同样可以为不透X射线材料，以保证多个定位件106以及基座102的位置能够在待注册图像中进行标记。

进一步地，本体112包括第一平面114和第二平面116，其中，第一平面114和第二平面116上均设置有至少一个定位件106，并且，第一平面114和第二平面116沿第一方向间隔设置。也就是说，第一平面114和第二平面116不处于同一个平面内，从而使得第一平面114上的定位件106和第二平面116上的定位件106不处于同一个平面上。进一步地，第一平面114上的定位件106与第二平面116上的定位件106的数量之和可以设置为大于或等于四个。通过将多个定位件106设置在不同的平面上，并且通过定位件106的数量的设置，可以保证图像注册的过程中能够准确地确定X射线影像相对于多个定位件106的位姿，也即保证了图像注册的准确性。具体地，第一平面114和第二平面116可以设置为相互平行。

在上述任一实施例中，进一步地，如图1和图2所示，安装部108包括第一安装板118，第一安装板118与承载部110相连接，并且第一安装板118与第一平面114平行；还包括第二安装板120，第二安装板120与第一安装板118相连接，并且第二安装板120与第一安装板118相垂直；其中，第一安装板118或第二安装板120与基座102相贴合，以将定位块104安装于基座102上。

在该实施例中，安装部108可以包括第一安装板118和第二安装板120，第一安装板118和第二安装板120均能够与基座102相贴合，以实现安装部108与基座102之间的连接。其中，第一安装板118与第一平面114平行，第二安装板120与第一安装板118相垂直。

通过将第一安装板118与第二安装板120设置为相垂直，在第一安装板118和第二安装板120分别贴合于基座102上时，承载部110上的第一平面114和第二平面116可以分别朝向相互垂直的不同方向延伸，从而获取不同方向上的待注册图像。并且，在不同方向上的待注册图像获取时，承载部110均是通过安装部108连接于基座102上，因此可以保证两个待注册图像上定位件106均可以标记出与同一个基座102的位置关系，保证定位的准确性。

具体地，在图像注册系统进行待注册图像的生成时，首先将第一安装板118贴合于基座102上，使得第一平面114和第二平面116朝向患者的正面方向，以获取正位X射线影像，然后将第二安装板120与基座102相贴合，从而使得承第一平面114和第二平面116朝向患者的侧方，以获取侧位X射线影像。

在上述任一实施例中，进一步地，如图3和图4所示，本体112还包括第三平面122和第四平面124，第三平面122和第四平面124上均设置有至少一个定位件106；进一步地，第三平面122和第四平面124相平行，且第三平面122和第四平面124沿第二方向间隔设置；其中，第一方向和第二方向相垂直。

在该实施例中，本体112还包括第三平面122和第四平面124，其中，第三平面122和第四平面124上均设置有至少一个定位件106，并且，第三平面122和第四平面124沿第二方向间隔设置。也就是说，第三平面122和第四平面124不处于同一个平面内，从而使得第三平面122上的定位件106和第四平面124上的定位件106不处于同一个平面上。同时，第三平面122上的定位件106与第四平面124上的定位件106的数量之和可以设置为大于或等于四个。通过将多个定位件106设置在不同的平面上，可以保证图像注册的过程中能够准确地确定X射线影像相对于多个定位件106的位姿，也即保证了图像注册的准确性。具体地，第三平面122和第四平面124可以设置为相互平行。

进一步地，第一平面114和第二平面116沿第一方向间隔设置，第三平面122和第四平面124沿第二方向间隔设置，并且，第一方向和第二方向相互垂直，从而使得成像装置可以分别在第一方向上和第二方向上进行待注册图像的生成，也即，在第一方向上生成待注册图像之后，无需对定位块104的方向进行调整，只需将成像装置调整至第二方向，从而可以生成第二方向上的待注册图像。具体地，在定位块104安装于基座102上时，第一方向可以为患者的正面方向，第二方向可以为患者的侧面方向。

在上述任一实施例中，进一步地，如图5、图6、图7和图8所示，基座102包括第一主体126，第一主体126上设置有第一固定钉组130，第一固定钉组130用于与患者的一个棘突相连接；还包括第二主体128，第二主体128上设置有第二固定钉组132，第二固定钉组132用于与患者的另一个棘突相连接；基座102还包括调节件134，调节件134分别与第一主体126和第二主体128相连接，用于调节第一主体126和第二主体128之间的相对位置。

在该实施例中，基座102包括第一主体126和第二主体128，其中，第一主体126上设置有第一固定钉组130，第一固定钉组130用于与患者的一个棘突相连接，相应地，第二主体128上设置有第二固定钉组132，第二固定钉组132用于与患者的另一个棘突相连接。通过第一固定钉组130和第二固定钉组132分别与患者的两个棘突相连接，可以保证基座102与患者之间连接的稳定性。并且，相较于相关技术中采用棘突夹对患者的棘突进行夹持，采用第一固定钉组130和第二固定钉组132实现与患者的棘突相连接，可以有效地减小患者身体的创伤面，既能够减轻患者的痛苦，也能够节省缝合等操作步骤。

进一步地，第一主体126和第二主体128通过调节件134相连接，调节件134用于调节第一主体126和第二主体128之间的相对位置。通过调节件134对第一主体126和第二主体128之间的相对位置进行调节，也即对第一固定钉组130和第二固定钉组132之间的距离进行调节，从而可以满足患者的不同生理特点，也即相邻两个棘突之间的距离不同，以保证基座102与患者的身体之间的连接的稳定性。

进一步地，位置标记装置100还可以包括固定部，固定部可以设置于第一主体126或第二主体128上，也可以同时设置于第一主体126和第二主体128上，固定部用于与患者的身体表面相连接，从而进一步提高基座102与患者的身体之间的连接的稳定性。具体地，固定部可以为泡沫贴纸或医用胶条。

在上述任一实施例中，进一步地，如图5和图6所示，调节件134包括调节杆，调节杆的一端与第一主体126相连接；第二主体128套设于调节杆上，第二主体128能够沿调节杆的延伸方向移动。

在该实施例中，调节件134包括调节杆，调节杆的一端与第一主体126相连接，相应地，第二主体128套设于调节杆上，并且，第二主体128能够沿调节杆的延伸方向移动，以实现第一主体126和第二主体128之间的相对位置的调节。

具体地，第一主体126上可以设置有U型槽，调节杆的一端与U型槽的底壁相连接，另一端朝向U型槽的槽口延伸。进一步地，U型槽的两侧侧壁上开设有导向槽，第二主体128套设于调节杆上，并且，第二主体128的两端设置有导向块，两个导向块分别位于两个导向槽内，在第二主体128相对于第一主体126移动时，通过导向槽和导向块的配合，实现导向作用，保证第二主体128相对于第一主体126移动时的稳定性。进一步地，调节杆的表面可以设置有外螺纹，第二主体128上设置有内螺纹，在调节杆转动时，通过外螺纹和内螺纹的配合，使得第二主体128能够沿调节杆的长度方向移动。

在上述任一实施例中，进一步地，如图5、图6、图7和图8所示，第一固定钉组130包括两个穿设于第一主体126上的第一固定钉，两个第一固定钉的端部用于分别与患者的一个棘突的两侧相抵接；第二固定钉组132包括两个穿设于第二主体128上的第二固定钉，两个第二固定钉的端部用于分别与患者的另一个棘突的两侧相抵接。

在该实施例中，第一固定钉组130包括两个穿设于第一主体126上的第一固定钉，并且，两个第一固定钉之间的角度不为零，从而使得两个第一固定钉能够分别从患者的棘突的两端逐渐靠近棘突，直至从两侧对棘突进行夹持。进一步地，两个第一固定钉之间的角度可以调节，以适应不同患者的棘突的特点。

进一步地，第一主体126上可以设置有供第一固定钉穿过的第一通孔136，从而保证第一固定钉与第一主体126之间相对位置的固定。

相应地，第二固定钉组132包括两个穿设于第二主体128上的第二固定钉，并且，两个第二固定钉之间的角度不为零，从而使得两个第二固定钉能够分别从患者的棘突的两端逐渐靠近棘突，直至从两侧对棘突进行夹持。进一步地，两个第二固定钉之间的角度可以调节，以适应不同患者的棘突的特点。

进一步地，第二主体128上可以设置有供第二固定钉穿过的第二通孔138，从而保证第二固定钉与第二主体128之间相对位置的固定。

根据本发明的第二方面，提出了一种图像注册系统，包括如上述技术方案中任一项的位置标记装置100，以及成像装置，用于在位置标记装置100的一侧向位置标记装置100发射X射线，以在位置标记装置100的另一侧生成待注册图像；图像注册装置，与成像装置电连接，用于根据待注册图像中定位件106和基座102之间的位置关系，对待注册图像进行注册。

本发明提供的图像注册系统，如图14和图15所示，成像装置具体地可以包括X射线发射器208和X射线探测器210，其中，X射线发射器208可以在位置标记装置100的一侧向位置标记装置100发射X射线，从而使得X射线探测器210能够在位置标记装置100的另一侧对X射线进行探测，以生成X射线影像。

进一步地，如图16所示，在进行图像注册的过程中，首先通过成像装置生成第一方向上的X射线影像，通常为患者的正位X射线影像，在正位X射线影像中包括患者需要进行手术的身体部位、基座102以及多个定位件106。然后通过图像注册装置计算出正位X射线影像中的多个定位件106的标记点的图像坐标，然后根据多个定位件106的物理坐标以及多个定位件106在正位X射线影像中的标记点的图像坐标，计算出正位X射线图像中的多个标记点相对于多个定位件106的位姿，具体地，根据多个定位件106在定位块104上的位置排布，可以确定多个定位件106的物理坐标，然后利用直接线性变换法（DLT，Direct LinearTransform）计算出正位X射线影像中的标记点的投影矩阵，然后根据正交三角（QR）分解的方式分解出正位X射线影像相对于多个定位件106的位姿。进一步地，根据正位X射线影像相对于多个定位件106的位姿以及多个定位件106与基座102之间的相对位置，确定正位X射线影像相对于基座102的位姿。也即完成了正位X射线影像的图像注册。

进一步地，通过成像装置生成第二方向上的X射线影像，其中，第二方向与第一方向相垂直，通常为患者的侧位X射线影像。然后通过图像注册装置利用与正位X射线影像的注册方式相同的方式，对侧位X射线影像进行图像注册。最终获取正位X射线图像与侧位X射线图像的相对位姿，完成最终的图像注册。

进一步地，本发明提供的图像注册系统，因包括了上述技术方案中任一项的位置标记装置100，因此，该图像注册系统包括了上述位置标记装置100的全部有益效果，在此不再赘述。

根据本发明的第三方面，如图9、图10和图11所示，提出了一种手术导航系统200，包括：如上述技术方案中任一项的位置标记装置100；或如上述技术方案中的图像注册系统；基座定位器202，安装于基座102上；导航装置，与基座定位器202无线连接，用于确定基座102的实际位置，以及根据基座102的实际位置和已注册图像进行手术导航。

本发明提供的手术导航系统200，在手术导航的过程中，首先将基座定位器202安装于基座102上，从而使得导航装置能够对基座定位器202的位置进行探测，进而确定基座102的实际位置。进一步地，导航装置还包括手术器具定位器204，用于安装于手术器具206上，导航装置与手术器具定位器204无线连接，从而确定手术器具206的实际位置。

进一步地，如图12和图13所示，根据图像注册系统所注册的图像，导航装置能够在手术过程中从注册后的图像中确定手术器具206的实际位置与基座102的实际位置之间的相对位置，进而对医护人员进行手术导航，保证手术器具206位置的精准。

进一步地，本发明提供的手术导航系统200，因包括了上述技术方案中任一项的位置标记装置100，或如上述技术方案中的图像注册系统，因此，该手术导航系统200包括了上述位置标记装置100以及图像注册系统的全部有益效果，在此不再赘述。

在本发明中，术语“多个”则指至少两个或至少两个以上，除非另有明确的限定。术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语均应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；“相连”可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“具体实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或实例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种位置标记装置，用于图像注册系统，其特征在于，包括：

基座，用于固定于患者的身体上；

定位块，所述定位块上设置有多个定位件，所述定位块安装于所述基座上，所述多个定位件用于在所述图像注册系统所生成的待注册图像中标记所述多个定位件与所述基座之间的相对位置，以供所述图像注册系统根据所述相对位置对所述待注册图像进行注册；

所述定位块包括：

安装部，所述安装部与基座相连接；

承载部，与所述安装部相连接，所述承载部上设置有所述多个定位件；

所述承载部包括本体，所述多个定位件设置于所述本体上，所述本体的材料为透X射线材料，所述多个定位件的材料为不透X射线材料；

所述本体包括：

第一平面，所述第一平面上设置有至少一个所述定位件；

第二平面，所述第二平面上设置有至少一个所述定位件，且所述第一平面和所述第二平面沿第一方向间隔设置；

第三平面，所述第三平面上设置有至少一个所述定位件；

第四平面，所述第四平面上设置有至少一个所述定位件，所述第三平面和所述第四平面相平行，且所述第三平面和所述第四平面沿第二方向间隔设置；

其中，所述第一方向和所述第二方向相垂直。

2.根据权利要求1所述的位置标记装置，其特征在于，所述安装部包括：

第一安装板，与所述承载部相连接，所述第一安装板与所述第一平面平行；

第二安装板，与所述第一安装板相连接，所述第二安装板与所述第一安装板相垂直；

其中，所述第一安装板或所述第二安装板与所述基座相贴合，以将所述定位块安装于所述基座上。

3.根据权利要求1或2所述的位置标记装置，其特征在于，所述基座包括：

第一主体，所述第一主体上设置有第一固定钉组，所述第一固定钉组用于与患者的一个棘突相连接；

第二主体，所述第二主体上设置有第二固定钉组，所述第二固定钉组用于与所述患者的另一个棘突相连接；

调节件，分别与所述第一主体和所述第二主体相连接，用于调节所述第一主体和所述第二主体之间的相对位置。

4.根据权利要求3所述的位置标记装置，其特征在于，所述调节件包括：

调节杆，所述调节杆的一端与所述第一主体相连接；

所述第二主体套设于所述调节杆上，所述第二主体能够沿所述调节杆的延伸方向移动。

5.根据权利要求3所述的位置标记装置，其特征在于，所述第一固定钉组包括两个穿设于所述第一主体上的第一固定钉，两个所述第一固定钉的端部用于分别与所述患者的一个棘突的两侧相抵接；

所述第二固定钉组包括两个穿设于所述第二主体上的第二固定钉，两个所述第二固定钉的端部用于分别与所述患者的另一个棘突的两侧相抵接。

6.一种图像注册系统，其特征在于，包括：

如权利要求1至5中任一项所述的位置标记装置；

成像装置，用于在所述位置标记装置的一侧向所述位置标记装置发射X射线，以在所述位置标记装置的另一侧生成所述待注册图像；

图像注册装置，与所述成像装置电连接，用于根据所述待注册图像中所述定位件和所述基座之间的位置关系，对所述待注册图像进行注册。

7.一种手术导航系统，其特征在于，包括：

如权利要求1至5中任一项所述的位置标记装置；或

如权利要求6所述的图像注册系统；

基座定位器，安装于所述基座上；

导航装置，与所述基座定位器无线连接，用于确定所述基座的实际位置，以及根据所述基座的实际位置和已注册图像进行手术导航。

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