CN204863476U - 骨科手术定位系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了骨科手术定位系统，主要由视觉定位系统与位姿测量系统组成，所述视觉定位系统包括：三组红外发射标识、四台红外高清摄像机、C型臂、手术床、骨科手术机器人、控制终端；所述位姿测量系统：主要由电子罗盘和倾角传感器组成。本实用新型通过多个红外摄像机配合红外发射定位标识，可以简化系统软件的计算，减少环境影响，提高测量的正确率和测试速度；通过位姿测量系统与视觉定位系统相结合，可以大大提高系统的定位精度，使得定位精度能够满足骨科手术的要求，通过该定位系统，可以把整个系统中的C型臂、骨科机器人、手术病人的坐标进行标定，把三者统一在一个坐标系中，从而指引骨科机器人到达正确的手术位置。

Description

骨科手术定位系统

技术领域

本实用新型涉及医用设备，尤其涉及一种骨科手术定位系统。

背景技术

目前通过摄像机视觉进行坐标标定的方法，都是基于立体成像技术而来的，均使用两个摄像机进行拍摄标志点来达到的。但存在其它影像的干扰，算法复杂的问题，同时，由于标志点的坐标位置比较近，通过标志点来推算角度信息，其精度较差。

实用新型内容

本实用新型的目的是克服现有技术的不足，提供一种影像干扰小、定位精度高的骨科手术定位系统。

为实现上述目的的技术方案：

本实用新型提供一种骨科手术定位系统，主要由视觉定位系统与位姿测量系统组成，

所述视觉定位系统包括：

三组红外发射标识、四台红外高清摄像机，通过测量红外发射器在四个红外摄像机上的成像位置，可以计算出红外发射器的在手术室内的坐标位置；

C型臂、手术床、骨科手术机器人；

控制终端，与红外高清摄像机、C型臂、骨科手术机器人网络通信连接，并向其发送指令；

所述位姿测量系统：

主要由电子罗盘和倾角传感器组成，在C型臂、骨科手术机器人的上面均装载有该位姿测量系统；

所述三组红外发射标识分别置于C型臂、手术床、骨科手术机器人上；

所述红外高清摄像机由不带过滤红外镜头的CCD高清摄像机和外加只能通过红外光的滤镜组成。

较佳地，所述红外发射标识由红外发射标识由红外发向射管、电源、控制电路组成，红外发射标识在控制电路的作用下，发出闪烁的低频红外光，通过控制红外发射标识的闪烁频率和红外高清摄像机的成像间隔，可以得到一幅带红外发光标识的图片和一幅不带红外发光标识的图片，比较两幅不同的图片，找到红外发射标识所在的标识点。

采用上述方案，本实用新型通过多个红外摄像机组成的视觉定位系统，可以提高系统的测量精度；配合红外发射定位标识，可以简化系统软件的计算，减少环境影响，提高测量的正确率和测试速度；通过位姿测量系统与视觉定位系统相结合，可以大大提高系统的定位精度，使得定位精度能够满足骨科手术的要求；通过该定位系统，可以把整个系统中的C型臂、骨科机器人、手术病人的坐标进行标定，把手术病人、C型臂和机器人统一在一个坐标系中，从而指引骨科机器人到达正确的手术位置。

附图说明

图1、本实用新型的视觉定位系统组成示意图；

图2、本实用新型的电路控制原理图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例，对实用新型进行详细说明。

请参阅图1与图2，本实用新型提供一种骨科手术定位系统，主要由视觉定位系统与位姿测量系统组成，所述视觉定位系统包括：三组红外发射标识101、四台红外高清摄像机102、C型臂103、骨科手术机器人104、手术床105以及控制终端106。所述三组红外发射标识101分别置于C型臂103、骨科手术机器人104、手术床105上。通过测量红外发射标识101在四个红外摄高清像机102上的成像位置，可以计算出红外发射标识101的在手术室内的坐标位置。

所述控制终端106分别与红外高清摄像机102、C型臂103、骨科手术机器人104网络通信连接，并向其发送指令。

所述位姿测量系统主要由电子罗盘和倾角传感器组成，在C型臂103、骨科手术机器人104的上面均装载有该位姿测量系统。

所述红外高清摄像机102由不带过滤红外镜头的CCD高清摄像机和外加只能通过红外光的滤镜组成。本实用新型中，四个红外高清摄像机102安装在手术室顶部，用于采集安装在C型臂103、骨科机器人104、手术床105上的红外发射标识101发出的信号，通过测量红外发射标识101在四个红外高清摄像机102上的成像位置，可以计算出红外发射标识101的在手术室内的坐标位置。

本实用新型中，视觉定位系统通过红外高清摄像机102与红外发射标识101配合，可以最大限度地滤除背景噪声图像，使得标志图形更加突出和明显，从而可以简化图形识别算法。同时，通过让红外发射标识101发出断续的红外光，使得红外发射标识101在红外摄高清像机102上的两幅成像图片中出现明显的区别，这样可以通过简单的运算就可以把红外发射标识101从图像中标定出来。

本实用新型中，红外高清摄像机102由CCD高清摄像机和红外滤光片组成。由于普通的CCD高清摄像机的镜头都有过滤红外线的功能，因此，需要把原来过滤红外线功能的摄像镜头更换为不带过滤红外功能的镜头，同时外加只能通过红外光的滤镜。这样，红外高清摄像机102就只能通过红外光而过滤掉绝大部分可见光。

本实用新型中，红外发射标识101由红外发射管、电源、控制电路组成，红外发射标识101在控制电路的作用下，发出闪烁的低频红外光，通过控制红外发射标识101的闪烁频率和红外高清摄像机102的成像间隔，可以得到一幅带红外发光标识的图片和一幅不带红外发光标识的图片，通过比较两幅不同的图片可以很快找到标识点。

本实用新型中，位姿测量系统中的电子罗盘可以精确测量物体摆放的方位角，而倾角传感器可以精确测量C型臂103拍摄X光片时的转角以及机器人的倾斜角度。

参照图1与图2，本实用新型的工作原理如下：

首先，通过四个红外高清摄像机102上的显示的三个红外发射标识101，确定在整个手术室内坐标系统的三者的坐标位置，如C型臂103的坐标位置P、骨科手术机器人104的坐标位置S、手术床105的坐标位置T；

接着，C型臂103通过对手术床105上的病人进行拍照，通过与之网络连接的控制终端106，参照P坐标位置，计算出病人手术部位的坐标为M。

再接着，骨科手术机器人104在与之网络连接的控制终端106指令下，参照自身的坐标位置S与手术部位坐标位置M，进行移动，靠近病人，着手骨科手术。

本实用新型中，手术床105上的坐标位置T一是可以作为监控点进行监控，若T值改变，可以由控制终端106发出警报，提醒医生可能会引起手术部位较大的变动，医生可以重置参数所有参数，由控制终端106重新采集数据来调整骨科手术机器人104的位置；坐标位置T另一可选用途是，将手术部位坐标位置M与其关联起来，一旦T发生变动为T’，相应的M对应变动为M’，M’传递给控制终端106，控制终端106依此调整骨科手术机器人104的位置进行手术。

本实用新型中，通过位姿测量系统与视觉定位系统相结合，可以大大提高系统的定位精度，使得定位精度能够满足骨科手术的要求。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型披露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种骨科手术定位系统，主要由视觉定位系统与位姿测量系统组成，其特征在于，所述视觉定位系统包括：三组红外发射标识、四台红外高清摄像机，通过测量红外发射器在四个红外摄像机上的成像位置，可以计算出红外发射器的在手术室内的坐标位置；C型臂、手术床、骨科手术机器人；控制终端，与红外高清摄像机、C型臂、骨科手术机器人网络通信连接，并向其发送指令；所述位姿测量系统主要由电子罗盘和倾角传感器组成，在C型臂、骨科手术机器人的上面均装载有该位姿测量系统；所述三组红外发射标识分别置于C型臂、手术床、骨科手术机器人上；所述红外高清摄像机由不带过滤红外镜头的CCD高清摄像机和外加只能通过红外光的滤镜组成。

2.如权利要求1所述的骨科手术定位系统，其特征在于，所述红外发射标识由红外发射管、电源、控制电路组成，红外发射标识在控制电路的作用下，发出闪烁的低频红外光，通过控制红外发射标识的闪烁频率和红外高清摄像机的成像间隔，可以得到一幅带红外发光标识的图片和一幅不带红外发光标识的图片，比较两幅不同的图片，找到红外发射标识所在的标识点。