CN116531077A - 克氏针深度检测方法、系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种克氏针深度检测方法、系统。其中，所述克氏针深度检测方法包括如下步骤：设置第一参考点和第二参考点，以划分克氏针的非弯段和弯曲段；基于所述第一参考点的位姿信息和所述第二参考点的位姿信息，获取所述弯曲段的第一长度计算值，再与总长度进行计算获取所述非弯段的第二长度计算值；以及，基于所述第二长度计算值获取所述克氏针的深度计算值。以参考点的位姿信息计算弯曲段长度再计算得到非弯段的长度，最终得到深度检测结果，从而排除了克氏针因弯曲造成的估计误差，解决现有技术中存在的克氏针深度检测的结果与实际情况偏差较大的问题。

Description

克氏针深度检测方法、系统

技术领域

本发明涉及医疗器械技术领域，特别涉及一种克氏针深度检测方法、系统。

背景技术

克氏针是骨科手术中常用的内固定材料，当前手术中需要医生对克氏针进行反复调整及多次X线透视以保证达到满意的效果。当前手术机器人系统中使用光学或磁定位系统对安装在手术工具上的靶标进行跟踪来实现对克氏针深度的检测，同时也存在基于双目视觉的导航定位系统，通过视觉跟踪实现对克氏针的定位并引导自动置针。

但是，由于置针过程中克氏针会发生弯曲，从而使得上述方案对于克氏针深度的估计位置和实际位置产生偏差。轻则，需要反复调整克氏针的位姿增加手术时间和患者痛苦，重则可能导致手术的失败。

也就是说，现有技术中存在克氏针深度检测的结果与实际情况偏差较大的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种克氏针深度检测方法、系统，以解决现有技术中存在的克氏针深度检测的结果与实际情况偏差较大的问题。

为了解决上述技术问题，根据本发明的第一个方面，提供了一种克氏针深度检测方法，所述克氏针深度检测方法包括如下步骤：设置第一参考点，所述第一参考点用于划分克氏针的非弯段和弯曲段；设置第二参考点，所述第二参考点用于表征所述弯曲段的另一个端点；获取所述克氏针未变形时从所述非弯段的远端到所述第二参考点的长度并设置为总长度；基于所述第一参考点的位姿信息和所述第二参考点的位姿信息，获取所述弯曲段的第一长度计算值；所述总长度减去所述第一长度计算值获取所述非弯段的第二长度计算值；以及，基于所述第二长度计算值获取所述克氏针的深度计算值。

可选的，所述克氏针基于动力工具和导向器工作，所述第一参考点为所述导向器的入针点，所述第二参考点为所述动力工具的出针点。

可选的，所述基于所述第一参考点的位姿信息和所述第二参考点的位姿信息，获取所述弯曲段的第一长度计算值的步骤包括：判断所述弯曲段的拟合形状，用于判断的信息中包括：所述第一参考点的位姿信息和所述第二参考点的位姿信息；以及，基于所述第一参考点的位姿信息和所述第二参考点的位姿信息获取所述拟合形状的长度并设置为所述第一长度计算值。

可选的，所述拟合形状的集合包括：线段和圆弧段。

可选的，所述拟合形状的集合仅包括：线段和圆弧段。

判断所述弯曲段的拟合形状的步骤包括：基于所述第一参考点的位姿信息获取所述克氏针在所述第一参考点的第一轴向；基于所述第二参考点的位姿信息获取所述克氏针在所述第二参考点的第二轴向；以及，若所述第一轴向和所述第二轴向同向或者所成角度在预设误差范围内，则判断所述拟合形状为线段，否则，判断所述拟合形状为圆弧段。

可选的，若所述拟合形状为圆弧段，所述基于所述第一参考点的位姿信息和所述第二参考点的位姿信息获取所述拟合形状的长度并设置为所述第一长度计算值的步骤包括：确定所述圆弧段所在的参考平面；过所述第一参考点在所述参考平面内做垂直于所述第一轴向的第一辅助线；过所述第二参考点在所述参考平面内做垂直于所述第二轴向的第二辅助线；所述第一辅助线和所述第二辅助线的交点被配置为所述圆弧段的圆心，所述圆弧段的圆心到所述第一参考点的距离或者到所述第二参考点的距离被配置为所述圆弧段的半径，所述第一辅助线和所述第二辅助线的夹角被配置为所述圆弧段的圆心角；基于所述圆弧段的圆心、半径和圆心角计算所述圆弧段的长度。

或者，若所述拟合形状为圆弧段，所述基于所述第一参考点的位姿信息和所述第二参考点的位姿信息获取所述拟合形状的长度并设置为所述第一长度计算值的步骤包括：确定所述圆弧段所在的参考平面；在所述参考平面内建立参考坐标系；基于所述第一参考点在所述参考坐标系中的坐标、所述第二参考点在所述参考坐标系中的坐标、所述第一轴向在所述参考坐标系中的数学表达和所述第二轴向在所述参考坐标系中的数学表达获取所述圆弧段的描述方程；基于所述圆弧段的描述方程以积分方式计算所述圆弧段的长度。

可选的，所述克氏针深度检测方法还包括如下步骤：获取所述第一参考点和手术对象的相对位置关系；基于所述相对位置关系和所述第二长度计算值获取所述克氏针的深度计算值。

可选的，所述克氏针深度检测方法还包括如下步骤：基于所述第一参考点的方向计算所述克氏针的置入角度。

可选的，所述克氏针深度检测方法还包括如下步骤：基于靶标和光学导航装置获取计算参数，所述计算参数包括：第一参考点的位姿信息、第二参考点的位姿信息、所述第一参考点和手术对象的相对位置关系、以及、所述克氏针未变形时从所述克氏针的尖端到所述第二参考点的长度。

为了解决上述技术问题，根据本发明的第二个方面，提供了一种克氏针深度检测系统，所述克氏针深度检测系统包括深度检测模块，所述深度检测模块用于基于第一参考点区分所述克氏针的非弯段和弯曲段；基于第二参考点确定所述弯曲段的另一个端点；获取所述克氏针未变形时从所述克氏针的尖端到所述第二参考点的长度并设置为总长度；基于所述第一参考点的位姿信息和所述第二参考点的位姿信息，获取所述弯曲段的第一长度计算值；所述总长度减去所述第一长度计算值获取所述非弯段的第二长度计算值；基于所述第二长度计算值获取所述克氏针的深度计算值。

可选的，所述克氏针基于动力工具和导向器工作，所述第一参考点为所述导向器的入针点，所述第二参考点为所述动力工具的出针点。

可选的，所述克氏针深度检测系统还包括患者图像配准模块和克氏针位置注册模块，所述深度检测模块还包括导航定位单元。

所述患者图像配准模块用于基于患者靶标和手术影像数据配准患者靶标空间坐标。

所述克氏针位置注册模块用于基于光学导航仪确定所述克氏针在一计算坐标系中的位姿。

所述导航定位单元用于实时检测所述克氏针的深度计算值和置入角度。

与现有技术相比，本发明提供的克氏针深度检测方法、系统中，所述克氏针深度检测方法包括如下步骤：设置第一参考点和第二参考点，以划分克氏针的非弯段和弯曲段；基于所述第一参考点的位姿信息和所述第二参考点的位姿信息，获取所述弯曲段的第一长度计算值，再与总长度进行计算获取所述非弯段的第二长度计算值；以及，基于所述第二长度计算值获取所述克氏针的深度计算值。以参考点的位姿信息计算弯曲段长度再计算得到非弯段的长度，最终得到深度检测结果，从而排除了克氏针因弯曲造成的估计误差，解决了现有技术中存在的克氏针深度检测的结果与实际情况偏差较大的问题。

附图说明

本领域的普通技术人员将会理解，提供的附图用于更好地理解本发明，而不对本发明的范围构成任何限定。其中：

图1是本发明一实施例的克氏针深度检测方法的流程示意图；

图2是本发明一实施例中手术场景的示意图；

图3是本发明一实施例的克氏针安装示意图；

图4是本发明一实施例的克氏针深度检测系统的结构图；

图5是本发明一实施例的克氏针深度检测方法的又一流程示意图；

图6是本发明一实施例的克氏针标定的场景示意图；

图7是本发明一实施例的克氏针标定流程示意图；

图8a是本发明一实施例的克氏针弯曲场景示意图一；

图8b是本发明一实施例的克氏针弯曲场景示意图二；

图9是本发明一实施例的克氏针弯曲修正的流程示意图；

图10是本发明一实施例的克氏针深度检测的流程示意图；

图11a是本发明一实施例的拟合形状的长度计算的示意图；

图11b是本发明又一实施例的拟合形状的长度计算的示意图；

图12是本发明一实施例的克氏针的位姿获取流程示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、优点和特征更加清楚，以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且未按比例绘制，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。此外，附图所展示的结构往往是实际结构的一部分。特别的，各附图需要展示的侧重点不同，有时会采用不同的比例。

如在本发明中所使用的，单数形式“一”、“一个”以及“该”包括复数对象，术语“或”通常是以包括“和/或”的含义而进行使用的，术语“若干”通常是以包括“至少一个”的含义而进行使用的，术语“至少两个”通常是以包括“两个或两个以上”的含义而进行使用的，此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者至少两个该特征，术语“近端”通常是靠近操作者的一端，术语“远端”通常是靠近患者的一端，“一端”与“另一端”以及“近端”与“远端”通常是指相对应的两部分，其不仅包括端点。

本发明的核心思想在于提供一种克氏针深度检测方法、系统，以解决现有技术中存在的克氏针深度检测的结果与实际情况偏差较大的问题。以下参考附图进行描述。

请参考图1，本实施例提供了一种克氏针深度检测方法，具体包括如下步骤：

S10设置第一参考点和第二参考点，第一参考点用于划分克氏针的非弯段和弯曲段，第一参考点也即弯曲段的一个端点，第二参考点用于表征弯曲段的另一个端点。

S20获取克氏针未变形时从非弯段的远端到第二参考点的长度并设置为总长度。

S30获取第一参考点和手术对象的相对位置关系。

S40判断弯曲段的拟合形状。

S50基于第一参考点的位姿信息和第二参考点的位姿信息获取拟合形状的长度并设置为第一长度计算值。

S60按照如下公式计算：第二长度计算值＝总长度-第一长度计算值。

S70基于相对位置关系和第二长度计算值获取克氏针的深度计算值。

以及，S80基于第一参考点的方向计算所述克氏针的置入方向。

在步骤S20中，克氏针未变形应当理解为没有受到弯曲变形的力，从时间节点上可以理解为克氏针被夹持固定后尚未与骨质接触或者尚未与患者接触的时间段，在该时间段上测量得到的值即总长度。总长度一般会理解为克氏针的总长，但是此处是指从第二参考点到克氏针尖端的长度，也即从第二参考点到非弯段的远端的长度。步骤S30中，相对位置关系的具体描述方式可以根据不同的实际情况进行变化，例如：选择何种参考系，采用何种数据格式等。步骤S40中，弯曲段具有多种可能的拟合形状，例如：直线段，圆弧段，“S”形、“Ω”形等，只有确定了具体的拟合形状，才能进行后续的计算。在后文中，会介绍一种拟合形状的集合中仅包括直线段和圆弧段的实施例，但是可以理解的，在不同的克氏针型号和不同的夹持、引导方式(包括考虑将来可能出现的新型号和新的夹持、引导方式)下，弯曲段变形后的形状可能不止是圆弧形，因此，不排除其他可能的拟合形状。步骤S70中，前面获取的相对位置关系最终参与深度计算，例如，第一参考点和手术对象相距25cm，而第二长度计算值为30cm，则克氏针的深度计算值为5cm。当然，在实际计算时，还要考虑角度的影响，此处仅为举例说明。

手术过程中，当克氏针置入皮质骨等较坚硬部位时，由于克氏针硬度及医生操作的原因，很难避免克氏针弯曲情况的出现。由于导向器及套筒的存在，可以认为套筒内的克氏针没有发生弯曲，弯曲的只是动力工具到套筒之间的部分。基于上述分析，体现了本实施例的发明思想：一方面，克氏针是一种会发生变形的物体，不能简单地将其视为刚体，另一方面，克氏针不会发生复杂的形变，只会以一段发生形变另一段不发生形变的方式改变自身的形状，因此可以将测量重心放在第一参考点和第二参考点上，从而避免了可能出现的复杂的受力形变分析，减少了计算复杂度。

基于该发明思想，上述的实施例也可以概括为：克氏针深度检测方法包括如下步骤：设置第一参考点；获取非弯段的第二长度计算值；以及，基于第二长度计算值获取所述克氏针的深度计算值。其中，第一参考点的设置位置可以根据具体的夹持方式进行分析和选择。

进一步地，非弯段的长度可以直接测量，也可以通过弯曲段的长度进行推理得到，而弯曲段的长度也可以采用多种方式进行测量，例如，使用机器视觉测量等。在一个较优的实施例中，克氏针深度检测方法还包括如下步骤：设置第二参考点；以及，基于第一参考点的位姿信息和第二参考点的位姿信息，获取弯曲段的第一长度计算值；获取非弯段的第二长度计算值的步骤包括：基于所述第一长度计算值获取所述第二长度计算值。通过设置第二参考点，降低了测量弯曲段的难度，提高了本方法的精度。

本实施例的一应用场景如图2所示，在图2中，示出了机械臂1、机械臂靶标2、导向器3、克氏针4、动力工具5、动力工具靶标6、患者7、患者靶标8、手术床9、光学导航仪10和套筒11。其中，光学导航仪10进行合理摆位。术中患者7躺在合适位置，安装患者靶标8并采集图像数据用于进行手术规划。机械臂1上固定机械臂靶标2，并根据手术规划定位到手术区域。动力工具5安装动力工具靶标6，动力工具5安装克氏针4，克氏针4进行标定，标定过程在后文中介绍。克氏针4穿过导向器3中的套筒11后进行置针。光学导航仪10跟踪机械臂靶标2、动力工具靶标6和患者靶标8等实现对克氏针的深度的检测。

也就是说，在一具体的实施例中，克氏针基于动力工具和导向器工作，第一参考点为导向器的入针点，第二参考点为动力工具的出针点。在后文中，会进一步详细介绍第一参考点和第二参考点的具体位置。

请参考图3，图3示出了克氏针的安装方式，其中A点表示克氏针在动力工具的出针点，也即第二参考点，B点表示克氏针的尖端，也即，非弯段的远端。

请参考图4，在一实施例中，克氏针深度检测方法用于一克氏针深度检测系统，包括患者图像配准模块101、克氏针位置注册模块102和深度检测模块103，其中，患者图像配准模块101的作用是基于术前采集的患者影像数据进行手术规划，通过图像配准将基于图像坐标系的规划结果转换至患者靶标坐标系。克氏针位置注册模块102的作用是克氏针安装至动力工具后，使用定位靶标对克氏针进行标定，建立工具靶标与克氏针位姿之间的关系。深度检测模块103的作用是术中使用光学导航仪对动力工具靶标及机械臂靶标进行检测，经过克氏针弯曲修正，得到克氏针置入的深度及尖端点的实时位姿信息。

也就是说，在一实施例中，克氏针深度检测系统还包括患者图像配准模块和克氏针位置注册模块，所述深度检测模块还包括导航定位单元。

所述患者图像配准模块用于基于患者靶标和手术影像数据配准患者靶标空间坐标。

所述克氏针位置注册模块用于基于光学导航仪确定所述克氏针在一计算坐标系中的位姿。

所述导航定位单元用于实时检测所述克氏针的深度计算值和置入角度。

克氏针深度检测方法的流程也可以参考图5进行理解，包括如下步骤：

S101导入术前扫描的患者手术部位的影像数据。

S102基于术前影像数据进行手术规划，确定克氏针置入的位置、角度及深度等信息。

S103机械臂根据术前规划，自动定位至手术区域并安装导向器及套筒。

S104将动力工具靶标及克氏针分别安装于动力工具对应位置，使用光学导航仪对动力工具靶标及定位靶标进行测量，确定克氏针在动力工具上的位姿。

S105克氏针穿过套筒进行置钉。

S106术中使用光学导航仪实时检测工具靶标，确定克氏针末端的位置及角度。

S107根据动力工具靶标的位姿进行克氏针弯曲修正，并显示经过弯曲修正后克氏针的实际置入位姿。

步骤S106和S107与前文中的步骤S10～S80相对应。

图6展示了克氏针标定的场景，图6中克氏针4、动力工具5、动力工具靶标6和光学导航仪10的作用和相互之间的关系已经在前文中介绍过了。当处于手术准备阶段时，尖端定位靶标12用于对克氏针4的尖端点位置进行定位，光学导航仪10通过对尖端定位靶标12及动力工具靶标6的位姿进行检测，获得克氏针尖端点与动力工具靶标6之间的位置关系。然后通过克氏针标定，建立动力工具5与克氏针4的位姿的关系，进一步计算得到克氏针4的长度；也即前文中提到的总长度。

图7展示了克氏针的标定流程，具体包括：S201动力工具靶标安装至动力工具；S202克氏针安装至动力工具；S203克氏针尖端点点中尖端定位靶标上的定位点，其中，“点中”做动词理解；S204光学导航仪定位工具靶标及尖端定位靶标，并计算克氏针与动力工具的相对位姿；S205根据相对位姿求得克氏针的总长度(未图示)。

弯曲段的长度的估算过程与形状有关，可以通过先判断弯曲段的形状来提高估算精度。因此，在一较优的实施例中，基于所述第一参考点的位姿信息和所述第二参考点的位姿信息，获取弯曲段的第一长度计算值的步骤包括：判断弯曲段的拟合形状，用于判断的信息中包括：第一参考点的位姿信息和第二参考点的位姿信息；以及，基于第一参考点的位姿信息和第二参考点的位姿信息获取拟合形状的长度并设置为第一长度计算值。

在一实施例中，拟合形状的集合包括：线段、圆弧段、椭圆弧段、双曲线段、悬链线段、“S”形、“Ω”形等。

在又一实施例中，拟合形状的集合仅包括：线段和圆弧段；如图8a和图8b所示。其中图8a表示拟合形状为线段，也即克氏针未发生弯曲，图8b表示拟合形状为圆弧段，也即克氏针发生了弯曲。图8a和图8b中，C代表第一参考点。

也就是说，判断弯曲段的拟合形状的步骤包括：基于第一参考点的位姿信息获取克氏针在第一参考点的第一轴向；基于第二参考点的位姿信息获取克氏针在第二参考点的第二轴向；以及，若第一轴向和第二轴向同向或者所成角度在预设误差范围内，则判断拟合形状为线段，否则，判断拟合形状为圆弧段。在一实施例中，第一轴向即导向器的轴向，第二轴向即动力工具的夹持机构的轴向。

在一实施例中，当克氏针发生弯曲时，克氏针弯曲修正流程如图9所示，包括：S301根据动力工具靶标确定克氏针出针点位置；S302根据机械臂靶标确定克氏针在套筒中入针点位置；S303根据动力工具靶标确定动力工具中克氏针轴线方向；S304根据机械臂靶标确定克氏针在套筒中的轴线方向；S305根据出针点、入针点位置及轴线方向计算出此两点间克氏针的弧线长度；S306术前标定的克氏针长度减去弯曲部分长度得到非弯段的长度。

克氏针深度检测流程如图10所示，包括：S401术前根据克氏针标定结果得到克氏针长度；S402术中根据工具靶标及机械臂靶标得到克氏针弯曲部分的长度；S403术前克氏针标定长度减去弯曲部分长度得到克氏针非弯曲部分长度；S404根据机械臂靶标及克氏针非弯曲部分的长度可以得到克氏针置入的深度。

若拟合形状为线段，则基于第一参考点的位姿信息和第二参考点的位姿信息获取拟合形状的长度并设置为第一长度计算值的步骤为，基于第一参考点的坐标和第二参考点的坐标计算两者的距离，计算结果即第一长度计算值。

具体地，在不同的实施例中，圆弧段长度采用不同的方式进行计算。

例如，在一实施例中，按照图11a所示的方式求解。图11a中，曲线S-A-C-B代表完整的克氏针，SA段代表克氏针陷入夹持机构中的部分，因此不再考虑，总长度仅计算A-C-B的长度。若拟合形状为圆弧段，基于第一参考点的位姿信息和第二参考点的位姿信息获取拟合形状的长度并设置为第一长度计算值的步骤包括：确定圆弧段所在的参考平面(也即图11a所展示的平面)；过第一参考点在参考平面内做垂直于第一轴向的第一辅助线L1；过第二参考点在参考平面内做垂直于第二轴向的第二辅助线L2；所述第一辅助线L1和所述第二辅助线L2的交点O被配置为圆弧段的圆心，圆弧段的圆心到第一参考点的距离或者到第二参考点的距离被配置为圆弧段的半径，第一辅助线和第二辅助线的夹角被配置为圆弧段的圆心角；基于所述圆弧段的圆心、半径和圆心角计算所述圆弧段的长度。

在又一实施例中，按照图11b所示的方式求解。图11b中，曲线S-A-C-B代表完整的克氏针，SA段代表克氏针陷入夹持机构中的部分，因此不再考虑，总长度仅计算A-C-B的长度。若拟合形状为圆弧段，基于第一参考点的位姿信息和第二参考点的位姿信息获取拟合形状的长度并设置为第一长度计算值的步骤包括：确定圆弧段所在的参考平面(也即图11b所展示的平面)；在参考平面内建立参考坐标系(即图11b中的坐标系)；基于第一参考点在参考坐标系中的坐标、第二参考点在参考坐标系中的坐标、第一轴向在参考坐标系中的数学表达(例如，可能是斜率、直线方程、向量或者倾斜角等)和第二轴向在参考坐标系中的数学表达(按照第一轴向的数学表达理解)获取所述圆弧段的描述方程；基于所述圆弧段的描述方程以积分方式计算所述圆弧段的长度。可以理解的，描述方程中自然包含了x，y的取值范围，因此积分的上下限也是可以确定的。

当然，当拟合形状被确定为圆弧段时，基于数学的等价变换和不同形式的数学表达方式，可以实施其他的方式求解第二计算长度，并不限于上述两种方法。

当拟合形状的集合不仅限于线段和圆弧段时，根据不同的实际情况，可以设置更多的检测点和检测手段以判断拟合形状，例如，在第一参考点和第二参考点之间设置第三参考点，基于第三参考点的位姿信息综合判断等。或许在图2所示的手术场景下，第三参考点难以设置，但是在其他可能的手术场景中，第三参考点或许是容易设置的，并且在此处，仅仅是举例说明拓展思想。又例如，可以测量第一参考点和第二参考点的应力分布情况，以获得更多的判断信息。

进一步地，除了置入深度外，也可以获取克氏针的计算角度，也即，克氏针深度检测方法还包括如下步骤：基于第一参考点的方向计算克氏针的置入角度。

为了便于医生操作，还可以在克氏针深度检测方法中添加展示功能，一示范性的实施例的流程如图12所示，包括：S501术前采集包含患者靶标的患者影像数据，并基于此数据进行手术规划，建立图像坐标与患者靶标坐标之间的关系；S502术中通过机械臂靶标建立与患者靶标坐标间的关系，之后根据手术规划将机械臂定位于规划位置；S503术中采集动力工具靶标，并建立其与患者靶标坐标系之间的关系；S504术中根据动力工具靶标对克氏针的弯曲进行修正，修正后的克氏针尖端点的位置根据动力工具靶标与患者靶标之间的关系，显示在患者图像中。具体的显示算法和显示方式，以及显示用的设备都可以根据实际情况进行设置，在此不进行展开描述。展示功能可以实时模拟克氏针在患者体内的位姿，引导手术的顺利进行。

基于上述描述内容，还可以归纳总结得到，克氏针深度检测方法还包括如下步骤：基于靶标和光学导航装置获取计算参数，计算参数包括：第一参考点的位姿信息、第二参考点的位姿信息、第一参考点和手术对象的相对位置关系、以及、克氏针未变形时从所述克氏针的尖端到第二参考点的长度。具体的靶标设置方式可以参考本实施例的相关说明进行理解，或者根据实际需要进行适应性改动。

本实施例提供的克氏针深度检测系统，克氏针深度检测系统包括深度检测模块，深度检测模块用于基于第一参考点区分克氏针的非弯段和弯曲段；基于第二参考点确定所述弯曲段的另一个端点；获取所述克氏针未变形时从所述克氏针的尖端到所述第二参考点的长度并设置为总长度；基于所述第一参考点的位姿信息和所述第二参考点的位姿信息，获取所述弯曲段的第一长度计算值；所述总长度减去所述第一长度计算值获取非弯段的第二长度计算值；基于第二长度计算值获取克氏针的深度计算值。

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、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和易失性存储器中的至少一种。也即，本实施例还提供了一种可读存储介质，可读存储介质上存储有程序，程序运行时，执行上述的克氏针深度检测方法。

与现有技术相比，本实施例提供的克氏针深度检测方法、系统及可读存储介质中，克氏针深度检测方法包括如下步骤：设置第一参考点和第二参考点，以划分克氏针的非弯段和弯曲段；基于所述第一参考点的位姿信息和所述第二参考点的位姿信息，获取所述弯曲段的第一长度计算值，再与总长度进行计算获取非弯段的第二长度计算值；以及，基于第二长度计算值获取克氏针的深度计算值。以参考点的位姿信息计算弯曲段长度再计算得到非弯段的长度，最终得到深度检测结果，从而排除了克氏针因弯曲造成的估计误差，解决现有技术中存在的克氏针深度检测的结果与实际情况偏差较大的问题。

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本申请专利范围的限制。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，本申请的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (12)

1.一种克氏针深度检测方法，其特征在于，所述克氏针深度检测方法包括如下步骤：

设置第一参考点，所述第一参考点用于划分克氏针的非弯段和弯曲段；

设置第二参考点，所述第二参考点用于表征所述弯曲段的另一个端点；

获取所述克氏针未变形时从所述非弯段的远端到所述第二参考点的长度并设置为总长度；

基于所述第一参考点的位姿信息和所述第二参考点的位姿信息，获取所述弯曲段的第一长度计算值；

所述总长度减去所述第一长度计算值获取所述非弯段的第二长度计算值；以及，

基于所述第二长度计算值获取所述克氏针的深度计算值。

2.根据权利要求1所述的克氏针深度检测方法，其特征在于，所述克氏针基于动力工具和导向器工作，所述第一参考点为所述导向器的入针点，所述第二参考点为所述动力工具的出针点。

3.根据权利要求1所述的克氏针深度检测方法，其特征在于，所述基于所述第一参考点的位姿信息和所述第二参考点的位姿信息，获取所述弯曲段的第一长度计算值的步骤包括：

判断所述弯曲段的拟合形状，用于判断的信息中包括：所述第一参考点的位姿信息和所述第二参考点的位姿信息；以及，

基于所述第一参考点的位姿信息和所述第二参考点的位姿信息获取所述拟合形状的长度并设置为所述第一长度计算值。

4.根据权利要求3所述的克氏针深度检测方法，其特征在于，所述拟合形状的集合包括：线段和圆弧段。

5.根据权利要求3所述的克氏针深度检测方法，其特征在于，所述拟合形状的集合仅包括：线段和圆弧段；

判断所述弯曲段的拟合形状的步骤包括：

基于所述第一参考点的位姿信息获取所述克氏针在所述第一参考点的第一轴向；

基于所述第二参考点的位姿信息获取所述克氏针在所述第二参考点的第二轴向；以及，

若所述第一轴向和所述第二轴向同向或者所成角度在预设误差范围内，则判断所述拟合形状为线段，否则，判断所述拟合形状为圆弧段。

6.根据权利要求5所述的克氏针深度检测方法，其特征在于，若所述拟合形状为圆弧段，所述基于所述第一参考点的位姿信息和所述第二参考点的位姿信息获取所述拟合形状的长度并设置为所述第一长度计算值的步骤包括：确定所述圆弧段所在的参考平面；过所述第一参考点在所述参考平面内做垂直于所述第一轴向的第一辅助线；过所述第二参考点在所述参考平面内做垂直于所述第二轴向的第二辅助线；所述第一辅助线和所述第二辅助线的交点被配置为所述圆弧段的圆心，所述圆弧段的圆心到所述第一参考点的距离或者到所述第二参考点的距离被配置为所述圆弧段的半径，所述第一辅助线和所述第二辅助线的夹角被配置为所述圆弧段的圆心角；基于所述圆弧段的圆心、半径和圆心角计算所述圆弧段的长度；

或者，

若所述拟合形状为圆弧段，所述基于所述第一参考点的位姿信息和所述第二参考点的位姿信息获取所述拟合形状的长度并设置为所述第一长度计算值的步骤包括：确定所述圆弧段所在的参考平面；在所述参考平面内建立参考坐标系；基于所述第一参考点在所述参考坐标系中的坐标、所述第二参考点在所述参考坐标系中的坐标、所述第一轴向在所述参考坐标系中的数学表达和所述第二轴向在所述参考坐标系中的数学表达获取所述圆弧段的描述方程；基于所述圆弧段的描述方程以积分方式计算所述圆弧段的长度。

7.根据权利要求1所述的克氏针深度检测方法，其特征在于，所述克氏针深度检测方法还包括如下步骤：

获取所述第一参考点和手术对象的相对位置关系；

基于所述相对位置关系和所述第二长度计算值获取所述克氏针的深度计算值。

8.根据权利要求1所述的克氏针深度检测方法，其特征在于，所述克氏针深度检测方法还包括如下步骤：

基于所述第一参考点的方向计算所述克氏针的置入角度。

9.根据权利要求1～8中任一项所述的克氏针深度检测方法，其特征在于，所述克氏针深度检测方法还包括如下步骤：

基于靶标和光学导航装置获取计算参数，所述计算参数包括：第一参考点的位姿信息、第二参考点的位姿信息、所述第一参考点和手术对象的相对位置关系、以及、所述克氏针未变形时从所述克氏针的尖端到所述第二参考点的长度。

10.一种克氏针深度检测系统，其特征在于，所述克氏针深度检测系统包括深度检测模块，所述深度检测模块用于基于第一参考点区分所述克氏针的非弯段和弯曲段；基于第二参考点确定所述弯曲段的另一个端点；获取所述克氏针未变形时从所述克氏针的尖端到所述第二参考点的长度并设置为总长度；基于所述第一参考点的位姿信息和所述第二参考点的位姿信息，获取所述弯曲段的第一长度计算值；所述总长度减去所述第一长度计算值获取所述非弯段的第二长度计算值；基于所述第二长度计算值获取所述克氏针的深度计算值。

11.根据权利要求10所述的克氏针深度检测系统，其特征在于，所述克氏针基于动力工具和导向器工作，所述第一参考点为所述导向器的入针点，所述第二参考点为所述动力工具的出针点。

12.根据权利要求10所述的克氏针深度检测系统，其特征在于，所述克氏针深度检测系统还包括患者图像配准模块和克氏针位置注册模块，所述深度检测模块还包括导航定位单元；

所述患者图像配准模块用于基于患者靶标和手术影像数据配准患者靶标空间坐标；

所述克氏针位置注册模块用于基于光学导航仪确定所述克氏针在一计算坐标系中的位姿；

所述导航定位单元用于实时检测所述克氏针的深度计算值和置入角度。