CN2850546Y - 一种应用于骨科手术导航系统的精度测试模板 - Google Patents

Abstract

本实用新型的一种应用于骨科手术导航系统的精度测试模板，包括一基板及固定于基板上的空间位置传感器，该基板上分布至少一个具有测量基点的刻度网格，该刻度网格具有间隔均匀的正交网格线，其中基板与测量基点、网格线是由不同X射线吸收能力的材料制成，当测试模板通过X射线透视成像时，能清楚的区分出基板上分布的测量基点和刻度网格。本实用新型精度测试模板既可以测量系统的定位精度，还可以指导系统的精度调整。

Description

一种应用于骨科手术导航系统的精度测试模板

技术领域

本实用新型涉及一种骨科手术导航系统，特别是涉及一种应用于骨科手术导航系统的精度测试模板。

背景技术

基于C形臂影像的骨科手术导航由于其手术定位精度高、可大幅度降低医生和患者的X射线辐射吸收、减少手术创口、提高手术成功率和缩短患者的手术恢复时间而成为骨科手术发展的一种趋势。目前在欧美等发达国家已经得到广泛应用，国内不少医院也在开始应用这项技术。

不同于采用CT/MRI影像的神经外科导航，基于C形臂影像的骨科手术导航系统采用骨科常用的定位设备C形臂产生的透视影像引导手术。系统的工作原理如图1所示，系统由导航工作站10、定位仪20、安装在C形臂60的X光机影像增强端的C形臂定位靶30、安装在病人手术部位的病人定位单元40及一系列可定位手术器械50组成。C形臂定位靶30、病人定位单元40、可定位手术器械50均安装有空间位置传感器，可以被定位仪20探测到。导航工作站10通过与C形臂控制部分80相连的视频电缆70采集X光影像数据。X光影像与病人空间的转换关系注册可利用安装在C形臂60影像增强器上的C形臂定位靶30中的双层铅点样板的分布和成像，然后通过自动识别算法实现。在注册成功后，系统即建立了X光影像与病人空间的转换关系，这种转换关系存贮在导航工作站10中，此时的C形臂60推离手术现场，导航工作站10配合定位仪20可显示可定位手术器械50在所采集影像中的相应投射位置，并可提供手术器械与病人组织结构参考点，参考路径间的相对关系，从而达到手术导航的目的，此项技术也称为虚拟透视技术。

由于不同厂家不同型号的C形臂性能各异，所产生的C形臂影像质量各异，对于同一台骨科手术导航系统，连接不同的C形臂会产生不同的导航精度，这就需要在连接具体的C形臂时对导航系统的精度进行精确测量，并能根据测量的结果指导系统定标参数的调整，以使导航系统的精度达到最佳状态。目前应用中的骨科导航系统未见相关测量调整手段的报道，国外的少量研究文献中有类似实验模型的报道，但模型设计制作复杂，并且主要用于实验室内验证精度，不具备指导精度调节的功能。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种应用于骨科手术导航系统的精度测试模板，既可以测量系统的定位精度，还可以指导系统的精度调整。

本实用新型解决技术问题的技术方案是提供一种应用于骨科手术导航系统的精度测试模板，包括一基板及固定于基板上的空间位置传感器，该基板上分布至少一个具有测量基点的刻度网格，该刻度网格具有间隔均匀的正交网格线，其中基板与测量基点、网格线是由不同X射线吸收能力的材料制成，当测试模板通过X射线透视成像时，能清楚的区分出基板上分布的测量基点和刻度网格。

其中，至少具有三个刻度网格，所述测量基点之间的连线平行于所述刻度网格的网格线且至少两条连线互相垂直。

其中，所述基板与测量基点采用低X射线吸收能力的材料制成，所述网格线由高X射线吸收材料制成。

其中，所述基板进一步包括设置于所述测量基点之间的多条连接线，该连接线是由高X射线吸收能力的材料制成。

其中，所述刻度网格为矩形，所述的测量基点为凹点。

其中，所述的刻度网格是正方形，所述测量基点位于刻度网格的中心。

其中，具有4个刻度网格，该刻度网格的测量基点分别位于同一个矩形的顶点上。

其中，具有9个刻度网格，连接所述刻度网格的测量基点的线段构成“田”字形线框。

其中，所述的刻度网格的宽度在5-20毫米之间，所述的网格线的间距在0.2-2.0毫米之间，所述的网格线的宽度在0.2-2.0毫米之间，所述的连接线的宽度在0.2-2.0毫米之间，所述的测量基点的直径在0.2至2.0毫米之间。

其中，所述的空间位置传感器是红外线有源主动位置传感器，红外线无源被动反射型传感器或者电磁位置传感器，该空间位置传感器通过一机械接口与基板固定。

本实用新型所公开的应用于骨科手术导航系统的精度测试模板，具有以下的进步和效果：基板与测量基点、网格线是由不同X射线吸收能力的材料制成，当测试模板通过X射线透视成像时，能清楚的区分出基板上分布的测量基点和刻度网格。空间位置传感器固定在基板上，空间位置传感器被定位仪探测到的空间位置就可以通过空间位置传感器和基板的相对位置关系转换为测量基点和连接线的空间位置。当测量基点的实际位置图形叠加到测试模板的透视图像时，测量基点以及连接测量基点的连接线偏离的情况就可以通过刻度网格内的网格线来度量，并且可以看到偏离的方向，根据观察到的偏离值和偏离方向指导手术导航系统的定标参数调整，使系统的精度达到最佳状态。

附图说明

图1是现有技术骨科导航系统的原理图；

图2是本实用新型测试模板的结构示意图；

图3是图2所示测试模板的正视图；

图4是本实用新型测试模板的测量基点和刻度网格的局部放大图；

图5是本实用新型测试模板的透视影像图；

图6是本实用新型测试模板的透视影像叠加凹点和线框位置图形的图像。

具体实施方式

以下对本实用新型的较佳实施例加以详细说明。

请参考图2，本实用新型应用于骨科手术导航系统的精度测试模板包括一空间位置传感器1及一基板3，该空间位置传感器1通过一机械接口2固定在基板3上。该空间位置传感器1是红外线有源主动位置传感器，根据采用的空间定位方式不同，空间位置传感器1还可采用红外线无源被动反射型传感器以及电磁位置传感器。

请参考图3及图4，该基板3为一由低X射线吸收能力的材料制成的平板，其厚度为5毫米，面积为144平方厘米，在实际应用中，基板3的厚度不超过1厘米，面积不超过200平方厘米。基板3上具有多个正方形刻度网格4，该刻度网格4的宽度在5至20毫米之间。每一刻度网格4内具有间隔均匀的正交网格线7，其中网格线7由高X射线吸收能力的材料制成，例如金属，其宽度为0.2-2.0毫米。网格线7之间的间距6由低X射线吸收能力的材料制成，其宽度在0.2-2.0毫米之间。每一刻度网格4具有一测量基点8，该测量基点8为圆形的凹点，位于刻度网格4的中心。该测量基点8按以下的方式设置：横向分布的刻度网格4的测量基点8之间的连线垂直于纵向分布的刻度网格4的测量基点8之间的连线，并且测量基点8横向和纵向上的连线分别平行于刻度网格4的正交网格线7。该测量基点8由低X射线吸收能力的材料制成，该测量基点8的直径在0.2-2.0毫米之间。测量基点8之间设置有连接线5，该连接线5分别在横向和纵向方向上平行于正交网格线7，该连接线5由高X射线吸收能力的材料制成，如金属等，其宽度在0.2-2.0毫米之间。通过在测量基点8之间设置连接线5，当测试模板通过X光透视成像时，可以清楚的显示该连接线5的透视影像，从而在测量系统的导航精度时提供一条偏离位置参考线，使测试更加方便和准确。在本实施方式中，具有9个刻度网格4，大致成“田”字形分布。

空间位置传感器1通过机械接口2固定在基板3上，这样空间位置传感器1与分布在基板3上的测量基点8、刻度网格4和连接线5的相对位置就固定下来，空间位置传感器1被定位仪(图未示)探测到的空间位置就可以通过空间位置传感器1和基板3的相对位置关系转换为测量基点8和连接线5的空间位置。

本实用新型测试模板的工作原理如下：请参阅图5，测试模板的基板3和测量基点8由低X射线吸收能力的材料构成，而分布在基板3上的刻度网格4的网格线7和连接线5则由高X射线吸收能力的材料构成，这样当测试模板在C形臂X光透视成像时，可以清楚的区分出分布的测量基点8、刻度网格4和连接线5。测试模板上固定有空间位置传感器1，基板3上分布的测量基点8和连接测量基点8的连接线5相对于空间位置传感器1的精确位置可以定标得到，由于测试模板上空间位置传感器1的空间位置可以被导航系统的定位仪探测到，因此测试模板上分布的测量基点8、连接线5的空间位置被探测到。请参阅图6，被探测的空间位置可以以图形12的形式通过导航系统的软件叠加到测试模板的透视影像上，通过观察叠加的测量基点8和连接线5的图形12的位置与实际透视成像的位置间的复合程度来测量系统的导航精度，复合程度可以通过观察测量基点8和连接线5周围的刻度网格4来衡量。由于测量基点8、刻度网格4、连接线5都有精确的尺寸，因此可以准确的测量系统的精度，并且可以根据偏离的方向和偏离的大小指导系统对定标参数进行相应的调整，从而使系统处于最佳状态。

在本实用新型中，刻度网格4的数量不限于9个，也可以采用3个，4个或其他数量的刻度网格。刻度网格4也可以为矩形，测量基点8的位置不限于刻度网格4的中心，可以位于刻度网格4内任一位置上，只要保证测量基点8之间的连接线5平行于网格线7即可。

在本实用新型中，基板3及测量基点8可以采用高X射线吸收能力的材料制成，刻度网格4的网格线7和连接线5可以采用低X射线吸收能力的材料制成，当测试模板通过X光透视成像时仍能清楚的区分出基板3上分布的测量基点8和网格线7。

应当理解的是，上述对实施例的描述过于具体，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本实用新型所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1、一种应用于骨科手术导航系统的精度测试模板，其特征在于：包括一基板及固定于基板上的空间位置传感器，该基板上分布至少一个具有测量基点的刻度网格，该刻度网格具有间隔均匀的正交网格线，其中基板与测量基点、网格线是由不同X射线吸收能力的材料制成，当测试模板通过X射线透视成像时，能清楚的区分出基板上分布的测量基点和刻度网格。

2、根据权利要求1所述的测试模板，其特征在于，至少具有三个刻度网格，每一刻度网格具有一个测量基点，所述测量基点之间的连线平行于所述刻度网格的网格线且至少两条连线互相垂直。

3、根据权利要求2所述的测试模板，其特征在于，所述基板与测量基点采用低X射线吸收能力的材料制成，所述网格线由高X射线吸收材料制成。

4、根据权利要求2所述的测试模板，其特征在于，所述基板进一步包括设置在所述测量基点之间的多条连接线，该连接线是由高X射线吸收能力的材料制成。

5、根据权利要求1至4任一权利要求所述的测试模板，其特征在于所述刻度网格为矩形，所述的测量基点为凹点。

6、根据权利要求5所述的测试模板，其特征在于，所述的刻度网格是正方形，所述测量基点位于刻度网格的中心。

7、根据权利要求6所述的测试模板，其特征在于，具有4个刻度网格，该刻度网格的测量基点分别位于同一个矩形的顶点上。

8、根据权利要求6所述的测试模板，其特征在于，具有9个刻度网格，连接所述刻度网格的测量基点的线段构成“田”字形线框。

9、根据权利要求6所述的测试模板，其特征在于，所述的刻度网格的宽度在5-20毫米之间，所述的网格线的间距在0.2-2.0毫米之间，所述的网格线的宽度在0.2-2.0毫米之间，所述的连接线的宽度在0.2-2.0毫米之间，所述的测量基点的直径在0.2至2.0毫米之间。

10、根据权利要求1所述的测试模板，其特征在于，所述的空间位置传感器是红外线有源主动位置传感器，红外线无源被动反射型传感器或者电磁位置传感器，该空间位置传感器通过一机械接口与基板固定。

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