CN116077179A - 手术器械注册的方法、电子设备及计算机可读存储介质 - Google Patents

手术器械注册的方法、电子设备及计算机可读存储介质 Download PDF

Info

Publication number
CN116077179A
CN116077179A CN202111312977.3A CN202111312977A CN116077179A CN 116077179 A CN116077179 A CN 116077179A CN 202111312977 A CN202111312977 A CN 202111312977A CN 116077179 A CN116077179 A CN 116077179A
Authority
CN
China
Prior art keywords
tracker
working surface
surgical instrument
coordinate
coordinate system
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202111312977.3A
Other languages
English (en)
Inventor
邓明明
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tinavi Medical Technologies Co Ltd
Original Assignee
Tinavi Medical Technologies Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tinavi Medical Technologies Co Ltd filed Critical Tinavi Medical Technologies Co Ltd
Priority to CN202111312977.3A priority Critical patent/CN116077179A/zh
Publication of CN116077179A publication Critical patent/CN116077179A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A61B34/20—Surgical navigation systems; Devices for tracking or guiding surgical instruments, e.g. for frameless stereotaxis
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A61B34/20—Surgical navigation systems; Devices for tracking or guiding surgical instruments, e.g. for frameless stereotaxis
    • A61B2034/2068—Surgical navigation systems; Devices for tracking or guiding surgical instruments, e.g. for frameless stereotaxis using pointers, e.g. pointers having reference marks for determining coordinates of body points

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Surgery (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Robotics (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Heart & Thoracic Surgery (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Surgical Instruments (AREA)

Abstract

本申请提供一种利用注册装置对手术器械进行注册的方法，用于髋关节手术导航系统，其中，所述手术器械与第一跟踪器相连，所述注册装置包括具有圆锥孔的注册装置本体和与之相连的第二跟踪器，所述注册方法包括：使所述手术器械的球形工作面在与所述圆锥孔的内表面保持相切的状态下，沿设定方向转动；在转动过程中，同时采集所述第一跟踪器的坐标系O1和所述第二跟踪器的坐标系O2在导航系统坐标系下的一组坐标位姿；根据所述球形工作面与所述圆锥孔的配合关系以及所述一组坐标位姿，获得所述球形工作面的球心在所述第一跟踪器的坐标系O1下的位置X。

Description

手术器械注册的方法、电子设备及计算机可读存储介质
技术领域
本申请涉及医疗设备领域，具体涉及一种手术器械注册方法、电子设备及计算机可读存储介质。
背景技术
手术导航系统越来越多地应用在髋关节手术中，例如髋关节置换术。手术导航系统可以将患者的影像数据与患者生理解剖结构准确关联，辅助术者执行手术规划，并引导术者操作手术器械。手术导航系统使得髋关节手术更加精准、迅速和安全。
目前，髋关节手术所使用的手术器械(例如髋臼锉、置杯、髋臼试模工具等)无法被手术导航系统跟踪，因此需要通过连接装置为手术器械配置跟踪器。当跟踪器被手术导航系统跟踪时，可以根据跟踪器和手术器械的相对位置跟踪手术器械的位置，经过计算获得手术器械的位置。确定手术器械与跟踪器的相对位置的过程，就是手术器械的注册。
在髋关节手术过程中，使用的手术器械与跟踪器通常作为两个组件存在，不具有重复安装特性，并且手术器械、连接装置的尺寸、接口等几何信息对于导航系统而言属于未知参数。因此，为了实现手术导航系统的精确导航并且保证手术的顺利进行，就需要在手术过程中快速、准确地确定手术器械与跟踪器的相对位置关系，即，对手术器械进行高精度的注册。
发明内容
为了解决在手术器械的尺寸等信息未知的情况下，快速、准确地确定手术器械与跟踪器的相对位置关系问题，本申请提供了一种利用注册装置对手术器械进行注册的方法，用于髋关节手术导航系统，其中，所述手术器械与第一跟踪器相连，所述注册装置包括具有圆锥孔的注册装置本体和与之相连的第二跟踪器，所述方法包括：
使所述手术器械的球形工作面在与所述圆锥孔的内表面保持相切的状态下，沿设定方向转动；
在转动过程中，同时采集所述第一跟踪器的坐标系O1和所述第二跟踪器的坐标系O2在导航系统坐标系下的一组坐标位姿；
根据所述球形工作面与所述圆锥孔的配合关系以及所述一组坐标位姿，获得所述球形工作面的球心在所述第一跟踪器的坐标系O1下的位置X。
根据本申请的一些实施例，所述获得所述球形工作面的球心在所述第一跟踪器的坐标系O1下的位置X，包括：
按照以下公式计算所述位置X，
Figure BDA0003342462270000021
其中，[O1,O2]i为所述一组坐标位姿，k为所述一组坐标位姿的数量，i∈[1，k]。
根据本申请的一些实施例，所述沿设定方向转动，包括：
以所述球形工作面的球心为原点；
绕所述圆锥孔的轴线转动；和/或
绕所述圆锥孔的轴线所在的第一平面的法线转动；和/或
绕所述圆锥孔的轴线所在的第二平面的法线转动，所述第二平面垂直于所述第一平面。
根据本申请的一些实施例，所述一组坐标位姿的数量k大于等于4；
根据本申请的一些实施例，所述一组坐标位姿的数量k的取值范围在20-100之间。
根据本申请的一些实施例，转动过程中采集多个所述一组坐标位姿时对应的转动位置之间满足预设的离散度要求。
根据本申请的一些实施例，所述手术器械注册方法还包括：
根据已知的手术器械的球形工作面的直径序列，对所述球形工作面的球心在所述第一跟踪器的坐标系O1下的位置X进行校正。
根据本申请的一些实施例，所述校正包括：
将获得的所述球形工作面的球心在所述第一跟踪器的坐标系O1下的位置X作为初始位置X0；
根据所述初始位置X0、所述圆锥孔的几何信息和所述直径序列，确定所述球形工作面的直径R；
根据所述球形工作面的直径R和几何关系，确定所述球形工作面的球心在所述第二跟踪器的坐标系O2下的坐标P；
根据所述坐标P和所述一组坐标位姿，重新计算所述球形工作面的球心在所述第一跟踪器的坐标系O1下的位置X。
根据本申请的一些实施例，所述根据所述初始位置X0、所述圆锥孔的几何信息和所述直径序列Rj，确定所述球形工作面的直径R，包括：
按照以下公式计算所述球形工作面的直径R，
Figure BDA0003342462270000031
其中，O为所述圆锥孔的顶点在所述第二跟踪器的坐标系O2下的位置，
Figure BDA0003342462270000032
为所述圆锥孔的轴线在所述第二跟踪器的坐标系O2下的向量，θ为所述圆锥孔的锥面半角，Rj为已知的手术器械的球形工作面的所述直径序列，j∈[1，n]。
根据本申请的一些实施例，所述确定所述球形工作面的球心在所述第二跟踪器的坐标系O2下的坐标P，包括：
按照以下公式计算所述坐标P，
Figure BDA0003342462270000033
根据本申请的一些实施例，所述根据所述坐标P和所述一组坐标位姿[O1,O2]i，计算所述球形工作面的球心在所述第一跟踪器的坐标系O1下的位置X，包括：
按照以下公式计算所述位置X，
Figure BDA0003342462270000034
根据本申请的另一方面，还提供一种用于手术器械注册的电子设备，包括：
一个或多个处理器；
存储装置，用于存储一个或多个程序；
当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现上述方法。
根据本申请的另一方面，还提供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上述方法。
根据本申请的另一方面，本申请还提供一种手术器械的注册装置，包括：
注册装置本体，具有圆锥孔内表面，所述圆锥孔内表面用于容纳所述手术器械的球形工作面
第二跟踪器，与所述注册装置本体刚性连接；其中，
所述圆锥孔的顶点、轴线和锥面半角在所述第二跟踪器的坐标系O2下的位置通过测量设备进行标定。
根据本申请的另一方面，本申请还提供一种手术辅助系统，包括：
上述注册装置；
手术器械，具有球形工作面，与所述注册装置本体的圆锥孔内表面保持相切并转动；
第一跟踪器，与所述手术器械刚性连接；
导航系统，能够识别所述第一跟踪器的坐标系O1和所述第二跟踪器的坐标系O2在所述导航系统坐标系下的位姿。
本申请提供的对手术器械进行注册的方法，利用注册装置和手术器械的机械配合，通过导航系统采集注册装置的跟踪器和手术器械的跟踪器的位姿，从而可以快速、准确地实现手术器械的注册。此外，本申请提供的注册方法还可以确定出手术所使用的手术器械的直径，为术者的操作提供指导。在已知手术器械直径并且已经对手术器械和第一跟踪器的位置进行标定的情况下，本申请提供的注册方法还可以对已知的标定结果进行评估。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图，而并不超出本申请要求保护的范围。
图1示出根据本申请示例实施例的手术器械示意图；
图2示出根据本申请示例实施例的注册装置示意图；
图3示出根据本申请示例第一实施例的手术器械注册方法流程图；
图4示出根据本申请示例实施例的手术器械注册方案示意图；
图5示出根据本申请示例实施例的手术器械转动方向示意图一；
图6示出根据本申请示例实施例的手术器械转动方向示意图二；
图7示出根据本申请示例第二实施例的手术器械注册方法流程图；
图8示出根据本申请示例实施例的用于手术器械注册的电子设备组成框图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
本申请的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述预定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的预定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
图1示出根据本申请示例实施例的手术器械示意图。
在髋关节置换手术中，为了使得髋臼锉、置杯、髋臼试模工具等手术器械110能够被导航系统跟踪，需要为手术器械110配备第一跟踪器120，如图1所示。手术器械110具有球形工作面111，可以通过连杆130将手术器械110与第一跟踪器刚性连接。假设，第一跟踪器120的坐标系原点为O1，手术器械110的球形工作面111的球心为P，手术器械的注册过程就是确定球形工作面111的球心P相对于坐标系原点为O1的相对位置坐标X。
图2示出根据本申请示例实施例的注册装置示意图。
为了实现髋关节置换手术中手术器械的注册，本申请借助于一种注册装置200，如图2所示，通过注册装置与手术器械的机械配合来完成注册。参见图2，注册装置200可以包括具有圆锥孔内表面211的注册装置本体210。圆锥孔内表面211用于容纳图1中手术器械110的球形工作面111，从而与之形成机械配合。注册装置200还可以包括第二跟踪器220，与注册装置本体210刚性连接。假设第二跟踪器220的坐标系原点为O2，圆锥孔的顶点O、轴线z和锥面半角θ相对于坐标系原点为O2的位置可以在术前通过高精度设备(例如，三坐标测量仪等)确定。
图3示出根据本申请示例实施例的手术器械注册方案示意图。
本申请提供的手术器械注册方法利用注册装置200与手术器械110之间的机械配合关系来实现。如图3所述，在注册过程中，手术器械110被安装到注册装置本体210上，即将手术器械前端的球形工作面111放置在注册装置本体210的圆锥孔211内。此时，手术器械前端的球形工作面111和注册装置本体210的圆锥孔211内表面相切。在此相切的配合状态下，手术器械前端的球形工作面111在圆锥孔211内转动时，手术器械前端的球形工作面111的球心P相对于注册装置本体210的圆锥孔211内表面，位置保持不变。基于此，通过采集第一跟踪器120的坐标原点O1和第二跟踪器220的坐标原点O2在导航系统下的多个坐标位姿，经过坐标变换可以获得球形工作面111的球心P相对于坐标原点为O1的相对位置坐标X。
图4示出根据本申请示例第一实施例的手术器械注册方法流程图。
如图4所示，本申请提供的手术器械注册方法包括以下步骤：
在步骤S410，使手术器械的球形工作面在与圆锥孔的内表面保持相切的状态下，沿设定方向转动。根据本申请的示例实施例，所述的设定方向可以是图5中示意的运动方向，也可以是图6中示意的运动方向。根据本申请优选的实施例，采用图5中示意的运动方向。
如图5所示，手术器械的球形工作面111可以按照十字交叉的方向R1和R2在圆锥面221内移动。按照方向R1移动，即，以球形工作面111的球心P为原点，绕圆锥孔211的轴线所在的第一平面(垂直于图5中的平面)的法线转动；按照方向R2移动，即，以球形工作面111的球心P为原点，绕圆锥孔211的轴线所在的垂直于第一平面的第二平面(例如，图5中的平面)的法线转动。如图6所示，手术器械的球形工作面110还可以按照圆弧状轨迹的方向R3在圆锥面221内移动。按照方向R3移动，即，以球形工作面111的球心P为原点，绕圆锥孔211的轴线转动。
在步骤S420，在转动过程中，同时采集第一跟踪器的坐标系O1和第二跟踪器的坐标系O2在导航系统坐标系下的一组坐标位姿。
根据本申请的示例实施例，第一跟踪器的坐标系O1和第二跟踪器的坐标系O2在导航系统坐标系下的一组坐标位姿可以表示为[O1,O2]i，i∈[1，k]，其中k表示采集的位姿数量。为了保证注册的精度，采集的位姿数量k大于等于4；根据优选的实施例，k的取值范围为10-1000；根据更加优选的实施例，k的取值范围在20-100的范围内。
此外，根据本申请的一些实施例，为保证注册精度，第一跟踪器的坐标系O1和第二跟踪器的坐标系O2的采集位置之间需要满足预设的离散度要求，即，[O1,O2]i对应的采集位置与[O1,O2]i+1对应的采集位置之间需要满足预设的离散度要求。例如，若将六自由度的相对位姿简化为欧拉角与偏移量的形式，要求采集位姿[O1,O2]i与[O1,O2]i+1之间的三个欧拉角满足三维离散度。若按照角度划分为不同区间，要求采集位姿[O1,O2]i与[O1,O2]i+1之间在不同的角度区间都可以采集到一定数量的位姿。例如，计算每个欧拉角的方差，至少两个欧拉角的方差要求大于固定的阈值；或者，采用三个欧拉角的协方差矩阵来表示三维离散度。在注册过程中，可以通过对术者的引导，通过多次采集，保证采集数据的离散度要求，从而减低注册误差。
根据本申请的一些实施例，对于第一跟踪器的坐标系O1和第二跟踪器的坐标系O2在导航系统坐标系下的一组坐标位姿可以表示为[O1,O2]i，还可以对其进行滤波处理，从而降低导航系统的测量误差，进一步提高注册精度。
在步骤S430，根据所述球形工作面与所述圆锥孔的配合关系以及所述一组坐标位姿，获得所述球形工作面的球心在所述第一跟踪器的坐标系O1下的位置X。
根据图3中所示的手术器械的球形工作面111与圆锥孔211内表面211的配合关系，当手术器械的球形工作面111在圆锥孔211中转动时，手术器械的球形工作面111的球心相对于注册装置本体210为空间不动点，按照以下公式便可以计算出球形工作面的球心P在所述第一跟踪器的坐标系O1下的位置X，
Figure BDA0003342462270000081
其中，[O1,O2]i为所述一组坐标位姿，k为所述一组坐标位姿的数量，i∈[1，k]。
在上述计算过程中，每一个采集数据O1i或O2i均包含了跟踪器的坐标原点位置信息和手术器械6个自由度的跟踪姿态信息。因此，O1i、O2i可以视为等效的刚性变换矩阵。基于注册装置本体210与球形工作面111的机械配合关系，每次测量时球心位置是不变的。因此，坐标变化后获得的X与其均值之间的距离
Figure BDA0003342462270000082
很小。由此，根据多组测量数据并通过上述最小化计算函数argminX便可以计算出位置X。
由此，本申请提供的手术器械注册方法，通过注册装置本体和手术器械的机械配合，利用导航系统跟踪并采集手术器械的第一跟踪器和注册装置本体的第二跟踪器的位姿，进而快速地完成手术械器的注册。
图7示出根据本申请示例第二实施例的手术器械注册方法流程图。
在手术实践中，手术器械的尺寸虽然通常为未知数，但是手术器械的尺寸序列通常是符合一定标准的。例如，通常使用的髋臼锉的直径序列Rj是已知的。基于此，根据本申请的另一实施例，可以在图4所示的手术器械注册方法获得的球心坐标位置X的基础上，根据已知的手术器械的球形工作面的直径序列Rj，对球形工作面的球心在第一跟踪器的坐标系O1下的位置X进行校正。
如图7所示，根据本申请的另一实施例的手术器械注册方法，包括以下步骤：
在步骤S710，将所述球形工作面的球心在所述第一跟踪器的坐标系O1下的位置X作为初始位置X0，即按照图4中所述的方法，根据采集的第一跟踪器的坐标系O1和第二跟踪器的坐标系O2在导航系统坐标系下的一组坐标位姿[O1,O2]i计算出初始位置X0：
Figure BDA0003342462270000091
在步骤S720，根据所述初始位置X0、所述圆锥孔的几何信息和所述直径序列，确定所述球形工作面的直径R。根据本申请的示例实施例，可以按照以下公式计算出手术器械球形工作面的直径R，
Figure BDA0003342462270000092
其中，O为圆锥孔的顶点在第二跟踪器的坐标系O2下的位置，
Figure BDA0003342462270000093
为圆锥孔的轴线在第二跟踪器的坐标系O2下的向量，θ为圆锥孔的锥面半角，Rj为已知的手术器械的球形工作面的所述直径序列，j∈[1，n]。
在步骤S730，根据所述球形工作面的直径R和几何关系，确定所述球形工作面的球心在所述第二跟踪器的坐标系O2下的坐标P。根据本申请的示例实施例，可以按照以下公式计算出坐标P，
Figure BDA0003342462270000094
在步骤S740，根据所述坐标P和所述一组坐标位姿，重新计算所述球形工作面的球心在所述第一跟踪器的坐标系O1下的位置X。根据本申请的示例实施例，可以按照以下公式计算出优化后的位置X，
Figure BDA0003342462270000095
根据已知的手术器械的直径序列对初始注册结果进行校正后，进一步提高了注册精度。根据同样的原理和实现过程，本申请提供的注册方法还可以实现球形工作部的轴线的注册。
手术器械前端安装的球形工作部可以是髋臼侧的假体或者试模等，通常为半球形的旋转体。在手术过程中球形工作部需要按照预设的旋转轴线方向进入患者身体。球形工作部的旋转轴线与手术器械的连杆的轴线重合，因此可以通过获取手术器械的连杆的轴线来实现球形工作部的轴线的注册。
例如，在术前，第一跟踪器安装至在手术器械的连接杆时，安装部件和连接杆轴线的交点Q相对第一跟踪器的位置在产品生产时可以被确定。通过前述的注册方法可以获得球形工作部的球形位置X，从而球形工作部的轴线可以表示为X-Q。
此外，本申请提供的对手术器械进行注册的方法，还可以确定出手术所使用的手术器械的直径，为术者的操作提供指导。在已知手术器械直径并且已经对手术器械和第一跟踪器的位置进行标定的情况下，本申请提供的注册方法还可以对已知的标定结果进行评估。
图8示出根据本申请示例实施例的用于手术器械注册的电子设备组成框图。
本申请还提供一种用于手术器械注册的电子设备800。图8显示的电子设备800仅仅是一个示例，不应对本申请实施例的功能和使用范围带来任何限制。
如图8所示，电子设备800以通用计算设备的形式表现。电子设备800的组件可以包括但不限于：至少一个处理单元810、至少一个存储单元820、连接不同系统组件(包括存储单元820和处理单元810)的总线830等。
存储单元820存储有程序代码，程序代码可以被处理单元810执行，使得处理单元810执行本说明书描述的根据本申请各实施例的手术器械注册方法。
存储单元820可以包括易失性存储单元形式的可读介质，例如随机存取存储单元(RAM)8201和/或高速缓存存储单元8202，还可以进一步包括只读存储单元(ROM)8203。
存储单元820还可以包括具有一组(至少一个)程序模块8205的程序/实用工具8204，这样的程序模块8205包括但不限于：操作系统、一个或者多个应用程序、其它程序模块以及程序数据，这些示例中的每一个或某种组合中可能包括网络环境的实现。
总线830可以为表示几类总线结构中的一种或多种，包括存储单元总线或者存储单元控制器、外围总线、图形加速端口、处理单元或者使用多种总线结构中的任意总线结构的局域总线。
电子设备800也可以与一个或多个外部设备8001(例如触摸屏、键盘、指向设备、蓝牙设备等)通信，还可与一个或者多个使得用户能与该电子设备800交互的设备通信，和/或与使得该电子设备800能与一个或多个其它计算设备进行通信的任何设备(例如路由器、调制解调器等等)通信。这种通信可以通过输入/输出(I/O)接口850进行。并且，电子设备800还可以通过网络适配器860与一个或者多个网络(例如局域网(LAN)，广域网(WAN)和/或公共网络，例如因特网)通信。网络适配器860可以通过总线830与电子设备800的其它模块通信。应当明白，尽管图中未示出，可以结合电子设备900使用其它硬件和/或软件模块，包括但不限于：微代码、设备驱动器、冗余处理单元、外部磁盘驱动阵列、RAID系统、磁带驱动器以及数据备份存储系统等。
本申请还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述程被处理器执行时实现上述的手术器械注册方法。
本申请还提供一种手术辅助系统，包括图2所示的注册装置，具有球形工作面的手术器械，第一跟踪器以及导航系统。其中，注册装置包括注册装置本体和第二跟踪器。注册装置本体具有圆锥孔内表面，该圆锥孔内表面用于容纳手术器械的球形工作面。第一跟踪器与手术器械刚性连接，第二跟踪器与注册装置本体刚性连接。导航系统能够识别第一跟踪器的坐标系O1和第二跟踪器的坐标系O2在导航系统坐标系下的位姿。采集过程中，手术器械的球形工作面与注册装置本体的圆锥孔内表面保持相切并转动。
根据本申请的一些实施例，圆锥孔的顶点、轴线和锥面半角在所述第二跟踪器的坐标系O2下的位置可以通过测量设备进行标定。根据采集的第一跟踪器的坐标系O1和第二跟踪器的坐标系O2在导航系统坐标系下的一组坐标位姿和注册装置与手术器械之间的机械配合关系，可以精确的实现手术机械的注册。
以上对本申请实施例进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明仅用于帮助理解本申请的方法及其核心思想。同时，本领域技术人员依据本申请的思想，基于本申请的具体实施方式及应用范围上做出的改变或变形之处，都属于本申请保护的范围。综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。

Claims (15)

1.一种利用注册装置对手术器械进行注册的方法，用于髋关节手术导航系统，其中，所述手术器械与第一跟踪器相连，所述注册装置包括具有圆锥孔的注册装置本体和与之相连的第二跟踪器，其特征在于，所述方法包括：
使所述手术器械的球形工作面在与所述圆锥孔的内表面保持相切的状态下，沿设定方向转动；
在转动过程中，同时采集所述第一跟踪器的坐标系O1和所述第二跟踪器的坐标系O2在导航系统坐标系下的一组坐标位姿；
根据所述球形工作面与所述圆锥孔的配合关系以及所述一组坐标位姿，获得所述球形工作面的球心在所述第一跟踪器的坐标系O1下的位置X。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获得所述球形工作面的球心在所述第一跟踪器的坐标系O1下的位置X，包括：
按照以下公式计算所述位置X，
Figure FDA0003342462260000011
其中，[O1,O2]i为所述一组坐标位姿，k为所述一组坐标位姿的数量，i∈[1，k]。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述沿设定方向转动，包括：
以所述球形工作面的球心为原点；
绕所述圆锥孔的轴线转动；和/或
绕所述圆锥孔的轴线所在的第一平面的法线转动；和/或
绕所述圆锥孔的轴线所在的第二平面的法线转动，所述第二平面垂直于所述第一平面。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述一组坐标位姿的数量k大于等于4。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述一组坐标位姿的数量k的取值范围在20-100之间。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，转动过程中采集多个所述一组坐标位姿时对应的转动位置之间满足预设的离散度要求。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
根据已知的手术器械的球形工作面的直径序列，对所述球形工作面的球心在所述第一跟踪器的坐标系O1下的位置X进行校正。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述校正包括：
将获得的所述球形工作面的球心在所述第一跟踪器的坐标系O1下的位置X作为初始位置X0；
根据所述初始位置X0、所述圆锥孔的几何信息和所述直径序列，确定所述球形工作面的直径R；
根据所述球形工作面的直径R和几何关系，确定所述球形工作面的球心在所述第二跟踪器的坐标系O2下的坐标P；
根据所述坐标P和所述一组坐标位姿，重新计算所述球形工作面的球心在所述第一跟踪器的坐标系O1下的位置X。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述根据所述初始位置X0、所述圆锥孔的几何信息和所述直径序列，确定所述球形工作面的直径R，包括：
按照以下公式计算所述球形工作面的直径R，
Figure FDA0003342462260000021
其中，O为所述圆锥孔的顶点在所述第二跟踪器的坐标系O2下的位置，
Figure FDA0003342462260000031
为所述圆锥孔的轴线在所述第二跟踪器的坐标系O2下的向量，θ为所述圆锥孔的锥面半角，Rj为已知的手术器械的球形工作面的所述直径序列，j∈[1，n]。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述确定所述球形工作面的球心在所述第二跟踪器的坐标系O2下的坐标P，包括：
按照以下公式计算所述坐标P，
Figure FDA0003342462260000032
11.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述根据所述坐标P和所述一组坐标位姿[O1,O2]i，计算所述球形工作面的球心在所述第一跟踪器的坐标系O1下的位置X，包括：
按照以下公式计算所述位置X，
Figure FDA0003342462260000033
12.一种电子设备，其特征在于，包括：
一个或多个处理器；
存储装置，用于存储一个或多个程序；
当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现如权利要求1-11中任一项所述的方法。
13.一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如权利要求1-11中任一项所述的方法。
14.一种手术器械的注册装置，其特征在于，包括：
注册装置本体，具有圆锥孔内表面，所述圆锥孔内表面用于容纳所述手术器械的球形工作面；
第二跟踪器，与所述注册装置本体刚性连接；其中，
所述圆锥孔的顶点、轴线和锥面半角在所述第二跟踪器的坐标系O2下的位置通过测量设备进行标定。
15.一种手术辅助系统，其特征在于，包括：
权利要求14中所述的注册装置；
手术器械，具有球形工作面，与所述注册装置本体的圆锥孔内表面保持相切并转动；
第一跟踪器，与所述手术器械刚性连接；
导航系统，能够识别所述第一跟踪器的坐标原点O1和所述第二跟踪器的坐标原点O2在所述导航系统坐标系下的位姿。
CN202111312977.3A 2021-11-08 2021-11-08 手术器械注册的方法、电子设备及计算机可读存储介质 Pending CN116077179A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111312977.3A CN116077179A (zh) 2021-11-08 2021-11-08 手术器械注册的方法、电子设备及计算机可读存储介质

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111312977.3A CN116077179A (zh) 2021-11-08 2021-11-08 手术器械注册的方法、电子设备及计算机可读存储介质

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN116077179A true CN116077179A (zh) 2023-05-09

Family

ID=86210735

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202111312977.3A Pending CN116077179A (zh) 2021-11-08 2021-11-08 手术器械注册的方法、电子设备及计算机可读存储介质

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN116077179A (zh)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3254621B1 (en) 3d image special calibrator, surgical localizing system and method
CN110946654B (zh) 一种基于多模影像融合的骨科手术导航系统
CN107995885B (zh) 一种坐标系标定方法 、系统及装置
EP3265010B1 (en) Methods for locating and tracking a tool axis
CN106580473B (zh) 一种应用于手术导航系统的手术器械标定方法
CN110960321B (zh) 注册靶标、注册方法、装置、电子设备和存储介质
US9622824B2 (en) Method for automatically identifying instruments during medical navigation
US20090076655A1 (en) Robotic calibration method
CN115229805B (zh) 手术机器人手眼标定方法、装置、存储介质及处理器
CN103826542B (zh) 手术器械方向校准参数和作用方向的确定方法及校准工具
CN114343847A (zh) 基于光学定位系统的手术机器人的手眼标定方法
CN112603542A (zh) 手眼标定方法、装置、电子设备和存储介质
CN205849553U (zh) 一种手术定位标尺
CN114983567A (zh) 一种股骨颈骨折微创手术导航系统
CN116077179A (zh) 手术器械注册的方法、电子设备及计算机可读存储介质
JP3880030B2 (ja) Ｖ溝形状測定方法及び装置
CN114536331B (zh) 基于关联标识确定可形变机械臂的外部受力的方法及机器人系统
Tseng et al. Development of a robotic navigation system for neurosurgery
CN110123452A (zh) 机器人的导航方法及系统
CN113384347A (zh) 一种机器人标定方法、装置、设备及存储介质
Tseng et al. Image‐guided robotic navigation system for neurosurgery
CN114119684A (zh) 基于四面体结构的标记点配准方法
CN216148188U (zh) 手术器械的注册装置、手术辅助系统
CN116019551A (zh) 评价髋关节置换手术导航系统精度指标的方法及装置
CN113349931B (zh) 一种高精度手术导航系统的病灶配准方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination