[发明专利]双平面定位与双目视觉跟踪的数字化手术床系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种适用于外科手术的手术床以及对手术过程进行控制的系统，更特别地说，是指一种采用双平面定位、双目视觉跟踪的能够确认手术路径、实现辅助定位和导航的数字化手术床系统。

背景技术

现有的骨科手术床仅仅是作为患者的支撑平台，其功能只限于调整患者的手术姿态，来方便医生完成手术。现有的骨科手术床对于手术操作本身并不能起到辅助定位和导航的作用，医生进行手术时需要通过C型臂反复拍摄X光图像来调整和确认手术路径，完成手术。这样手术结果与医生的经验和技巧有非常直接的关系，同时，由于手术过程中反复的拍摄X光图像，对医患双方都造成大量的辐射伤害。

发明内容

本发明的目的是提供一种双平面定位与双目视觉跟踪的数字化手术床系统，该手术床系统通过在床面板上下设置标记点，利用双平面定位方法可以对整个手术床面以上的手术空间进行数字化的标定；通过C型臂采集的不同角度的两幅带有标记点的X光图像，利用双平面定位方法，可以确定手术部位在手术空间中的准确位姿；利用双目视觉原理对视频图像进行实时跟踪、识别，可以确定出带有标记物的空间位姿。本发明提出的方法在手术过程中，通过在患者的手术部位、手术器械和C型臂上安置标记物，可以实时的获得它们之间的位置关系，并可以将手术器械实时投影到术中的X光图像上，为外科手术提供了一种简单、易行的手术空间标定方法，可以辅助医生进行手术定位或者引导手术操作。

本发明是一种采用计算机进行控制的双平面定位与双目视觉跟踪的数字化手术床系统，其主要包括有第一床面板、第二床面板、双目视镜组件、以及计算机主控单元，所述计算机主控单元由一工控计算机、双平面定位和双目视觉跟踪定位模块组成；

该双平面定位和双目视觉跟踪定位模块包括有双平面定位单元、双目跟踪定位单元、虚拟现实显示单元；在手术定位或者引导手术操作中，首先双平面定位单元将接收的第一X光图像、第二X光图像采用双平面定位方法处理获得手术路径空间位姿；然后双目跟踪定位单元将接收的第一视镜输出的第一视频图像、第二视镜输出的第二视频图像采用双目定位方法处理获得手术器械空间位姿；虚拟现实显示单元对接收的手术路径空间位姿、手术器械空间位姿进行坐标配准处理在计算机的显示屏上实时显示；

该第一床面板的左右侧面上对称分别设有三个接口，其中右侧面上记为第一接口、第二接口、第三接口；

该第二床面板的上下床面采用透X光的碳纤维材料制作，其上分别设有多个标记点，该标记点是将钢珠放入面板上的通孔中形成；

所述双目视镜组件的第一视镜和第二视镜安装在视镜安装座的正面，视镜安装座的背面与连接臂的一端连接，连接臂的另一端通过球铰与L形连杆的一端连接，L形连杆的另一端通过螺钉活动连接在第一床面板的第三接口上；第一视镜和第二视镜形成双目跟踪器。

所述的双平面定位与双目视觉跟踪的数字化手术床系统，在进行手术引导时涉及的坐标系有图像坐标系O₁X₁Y₁、手术床面坐标系OXYZ、双目跟踪器坐标系O₂X₂Y₂Z₂、手术器械坐标系O₃X₃Y₃Z₃。

附图说明

图1是本发明利用计算机进行手术的结构框图。

图1A是C型臂拍摄图像的夹角示意图。

图2是本发明手术床面与双目视镜组件的机械结构图。

图2A是标记点结构示图。

图3是本发明双平面定位与双目视觉跟踪的流程图。

图4是本发明各坐标的转换示意图。

图中：              1.第一床面板     11.第一接口  12.第二接口    2.第二床面板

      21.标记点     22.通孔          23.钢珠      3.双目视镜组件 31.第一视镜

      32.第二视镜   33.L形连杆       34.连接臂    35.视镜安装座  51.双平面定位

      52.双目定位   53.虚拟现实显示  54.第一幅X光图像  55.第二幅X光图像

具体实施方式

下面将结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。