CN215018869U - 一种用于数字化手术导航系统的定位配准装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种用于数字化手术导航系统的定位配准装置，其可简化口腔牙科手术前的导航配准环节，缩短手术时间，改善病人和医生的手术体验；其通过连接杆与牙颌参考定位器相连接，所述定位配准装置包括壳体，所述壳体的上表面上布置有配准标记点，所述壳体的下表面为内凹形结构，所述壳体上开设有安装口，所述连接杆一端通过插装入所述安装口与所述壳体相连接，所述壳体的内凹口内填充有印膜填充物。

Description

一种用于数字化手术导航系统的定位配准装置

技术领域

本实用新型涉及外科手术定位配准技术领域，具体为一种用于数字化手术导航系统的定位配准装置。

背景技术

在现代的在口腔牙齿修复、种植等手术中，为了提高手术的精准度和成功率，通常会采用数字化手术导航系统作为辅助；数字化手术导航系统是先通过拍摄病人头部CT影像，并将病人CT影像导入到计算机软件中进行手术方案设计，且在手术前通过在牙齿上佩戴配准装置、固定装置、牙颌参考定位器将病人牙颌实时配准到导航仪坐标系中，随后在手术过程中通过导航仪实时定位以实现手术导航；上述方式虽然能够实现手术导航，但是传统方法配准装置和牙颌参考定位器的固定装置是两个部件，病人在手术中的一段时间内需要同时佩戴这两个装置，病人会感到一定的不适，且在进行配准时，往往需要在病人躺在手术台上后，医生将配准装置佩戴到病人口中才可进行口内配准，而此时由于导航仪的视野被人的脸部组织遮挡无法看到配准，故无法直接定位配置装置，只能通过其他可以被导航仪看见的器械的尖端，来逐一触碰配准装置上的标记点进行位置采集后才能得出配准装置的位置，从而计算出各个坐标系配准的结果，配准过程耗时较长(通常大于等于5分钟)，这对病人的就医体验和医生的手术便利性有一定的不良影响。

发明内容

针对上述问题，本实用新型提供了一种用于数字化手术导航系统的定位配准装置，其可简化口腔牙科手术前的导航配准环节，缩短手术时间，改善病人和医生的手术体验。

其技术方案是这样的：一种用于数字化手术导航系统的定位配准装置，其通过连接杆与牙颌参考定位器相连接，其特征在于：所述定位配准装置包括壳体，所述壳体的上表面上布置有配准标记点，所述壳体的下表面为内凹形结构，所述壳体上开设有安装口，所述连接杆一端通过插装入所述安装口与所述壳体相连接，所述壳体的内凹口内填充有印膜填充物。

进一步地，所述配准标记点的材质为高反光材质；

进一步地，所述配准标记点至少有三个，且分散布置于所述壳体的上表面上；

进一步地，所述印膜填充物采用温敏树脂或硅橡胶。

本实用新型的有益效果是，定位配准装置上集成了配准标记点和牙颌参考定位器的安装口，在手术前病人佩戴定位配准装置进行拍摄CT，将CT导入导航系统的软件中进行手术方案设计，在手术前将定位配准装置与牙颌参考定位器组装在一起后可以直接在病人口外完成配准装置和牙颌参考定位器的坐标系配准，可以减少医生手术时配准环节的时间和操作，改善了医生和患者使用数字化导航系统的体验，且相比传统方案中分别需要配准装置和固定装置，本实用新型可以省去额外的固定装置，简化手术的过程，降低了产品成本，也提高了用户使用的便捷性。

附图说明

图1是本实用新型的立体结构示意图；

图2是本实用新型与牙颌参考定位器的装配结构示意图。

具体实施方式

如图1、图2所示，一种用于数字化手术导航系统的定位配准装置，其通过连接杆1与牙颌参考定位器2相连接，定位配准装置包括壳体3，壳体3的上表面上分散布置有3个配准标记点4，配准标记点4的材质为高反光材质，也可以是颜色与壳体3颜色对比差异较大的材质，可以反射导航仪发出的红外光，也可以在CT影像中成像，在CT图像中的灰度值与人体组织会有明显的区别；配准标记点4排列是非对称的，即连接这些点形成的图形不存在等边三角形、长方形等情况；壳体3的下表面为内凹形结构，壳体3上开设有安装口5，连接杆1一端通过插装入安装口5与壳体3相连接，壳体3的内凹口内填充有温敏树脂或其他硅胶类似的印模填充物，可以扣在病人牙齿上，等填充物固化后，可以使得定位配准装置稳固定在牙齿上不易松动，填充物固化后，会留下病人牙齿的牙印，反复佩戴定位配准装置时仍然可以还原到拍摄CT时的位置；壳体3的内凹结构可使得填充的温敏树脂和定位配准装置之间能稳固结合。

综合以上特点，该定位配准装置可以同时起到配准CT坐标系、病人坐标系、牙颌参考定位器2坐标系的作用，相比传统方案中分别需要配准装置和固定装置，本实用新型可以省去额外的固定装置，简化手术的过程。

一种用于数字化手术导航系统的定位配准方法，其包括以下步骤：

S1、首先，在手术前，将印模填充物填充到壳体3的内凹口内，并在印模填充物(如温敏树脂加热后软化或填充尚未固化的硅橡胶)固化前将定位配准装置佩戴到病人牙齿上，待印模填充物固化后进行拍摄CT，随后将定位配准装置从病人口中取出，并将CT图像导入导航系统中进行手术方案设计，从而确定需要实施手术的牙位和定位配准装置在CT中的位置；

具体地，需要实施手术的牙位在CT中的位置，记为ToothPosCT＝(x_ct,y_ct,z_ct)；可通过CT图像处理识别出所有配准标记点4在CT中的位置，由于配准标记点4材质的密度非常高，在CT图像中的灰度值与人体组织会有明显的区别，则通过图像处理，对该区域的图像进行边缘提取可以获取所有配准标记点4在CT中的位置，记为MposCT＝{(x_j,y_j,z_j)|j＝1,2,…m}，其中，m为配准标记点的个数；

S2、然后，在准备手术时，医生或助手将定位配准装置与牙颌参考定位器2组装在一起，形成牙颌参考定位器组，各部件为刚性连接，将牙颌参考定位器组面向导航仪，导航仪可选用红外光双目导航仪，导航仪通过双目相机接收物体表面标记点发出或反射的红外光并进行定位物体的位置和姿态；随后通过导航系统完成牙颌参考定位器的坐标系和CT坐标系的配准；

具体地，将牙颌参考定位器组面向导航仪，采集n组牙颌参考定位器在导航仪中的变换矩阵以及定位配准装置的所有m个配准标记点在导航仪中的位置坐标，记为(T_a1,MPosNav₁)，(T_a2,MPosNav₂)…(T_an,MPosNav_n)，

其中，T_ai，i＝1,2,…n，表示牙颌参考定位器在导航仪中的变换矩阵，为4行4列的矩阵；

MPosNav_i＝{[MPx_ji,MPy_ji,MPz_ji]^T|j＝1,2,..m}，MPosNav_i表示定位配准装置的所有m个配准标记点在导航仪中的三维坐标的集合，i＝1,2,…n；

通过公式

计算得到定位配准装置的第j个配准标记点在牙颌参考定位器坐标系的位置MPosRef_j，MPosRef_j为MPosRefTemp_j的前三个元素组成的3行1列的矩阵，MposRef是指m个MPosRef_j的集合，即定义MposRef为{MPosRef_j|j＝1,2,…m}，表示定位配准装置的m个配准标记点在牙颌参考定位器坐标系中的位置集合；随后通过现有的点云配准算法LandMarker，将MposRef配准到所有配准标记点在CT中的坐标MposCT，得到牙颌参考定位器坐标系到CT坐标系变换矩阵T₁；

步骤S2可以在手术前准备环节中完成，不需要在病人躺下后在病人口中进行，所以可以缩短手术过程的时间；

S3、开始手术时，将定位配准装置再次佩戴到病人口，佩戴位置保持与拍摄CT时一致，使得CT坐标系与病人坐标系基本重合；

S4、在手术过程中，医生使用带有特征标记的手术器械进行手术，通过导航系统得到手术器械的尖端点在导航仪坐标系中的位置，并将该坐标位置转换到CT坐标系；

具体地，通过导航仪对牙颌参考定位器和手术器械进行定位，将牙颌参考定位器在导航仪中的实时变换矩阵记为T₂，将手术器械在导航仪中的实时变换矩阵记为T₃，并通过公式TipPosCT＝T₁×(T₂ ^-1×(T₃×TipPosTool))，计算得到手术器械尖端点在CT坐标系中的实时位置TipPosCT，其中，TipPosTool表示手术器械尖端点在手术器械坐标系中的位置；

S5、导航系统将坐标位置TipPosCT和ToothPosCT进行对比，并在导航系统的软件界面上显示导航提示信息，即通过软件界面上靶图和深度指示，提示医生的手术器械的尖端当前的位置TipPosCT和需要到达的目标位置ToothPosCT，这样医生可以根据软件界面实时调整手术器械的角度和深度，理想情况下，手术完成时手术器械的尖端位置和目标位置重合，从而可实现指导医生正确操作手术器械，提高手术精度和成功率。

对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (4)

1.一种用于数字化手术导航系统的定位配准装置，其通过连接杆与牙颌参考定位器相连接，其特征在于：所述定位配准装置包括壳体，所述壳体的上表面上布置有配准标记点，所述壳体的下表面为内凹形结构，所述壳体上开设有安装口，所述连接杆一端通过插装入所述安装口与所述壳体相连接，所述壳体的内凹口内填充有印膜填充物。

2.根据权利要求1所述的一种用于数字化手术导航系统的定位配准装置，其特征在于：所述配准标记点的材质为高反光材质。

3.根据权利要求1所述的一种用于数字化手术导航系统的定位配准装置，其特征在于：所述配准标记点至少有三个，且分散布置于所述壳体的上表面上。

4.根据权利要求1所述的一种用于数字化手术导航系统的定位配准装置，其特征在于：所述印膜填充物采用温敏树脂或硅橡胶。

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