[发明专利]用于光电手术导航的被动式跟踪靶及其实时空间位置和姿态追踪方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于光电手术导航的被动式跟踪靶及其实时空间位置和姿态追踪方法。

背景技术

手术导航是综合先进的成像设备(CT、MRI、X线透视等)和空间定位方法，通过虚拟手术环境为外科医生提供导航技术支持，使手术过程更安全、更精确，使手术效果更好、康复过程更快的新兴技术。手术导航的基本原理类似于GPS卫星全球定位系统，即：利用外部跟踪设备，实时测量手术器械相对于操作对象的位置，然后将位置信息显示在医学图像上，使得外科医生能够清楚地看到手术器械的当前位置，便于判断和决策手术操作。

目前使用最广泛的手术导航系统是基于红外双目视觉的光电手术导航系统，该系统采用基于双目视觉原理的空间定位方法，即用至少两个摄像机观察目标，并对至少两幅图像上相同的目标点进行计算，然后利用计算机视觉原理得到这些点的三维位置。光电手术导航系统采用红外追踪器来采集目标点的位置信息，而目标点多使用被动反射红外线的小球来实现。为了获得定位对象的三维空间位姿，一般采用多个目标点，并以一定规则排列形成空间坐标系，构成跟踪靶。将跟踪靶安装在手术器械和手术对象即可得到手术器械或手术对象的空间位置和姿态信息。

因此设计结构合理、安装重复精度高、装卸方便的跟踪器对于保障光电手术导航系统的定位精度，提高其临床适应性具有重要意义。

发明内容

本发明所要解决的第一个技术问题是提供一种高精度、轻便、装卸方便的用于光电手术导航的被动式跟踪靶。

为了解决上述技术问题，本发明所提供的技术方案是：用于光电手术导航的被动式跟踪靶，包括本体、底座和红外反射小球；所述本体为异形平面结构；所述本体的下部固定在底座上；所述本体上设有四个安装孔，四个安装孔内分别安装一个红外反射小球。

所述本体上的安装孔为螺纹孔；所述红外反射小球的小球安装杆与本体的安装孔螺纹连接。

所述本体的下部加工有安装斜面，底座上也加工有同样尺寸的斜面凹槽；所述本体的安装斜面与在底座的斜面凹槽相配合。

用于光电手术导航的被动式跟踪靶，还包括挡板和锁钉；所述挡板固定在底座上，并遮住底座的斜面凹槽；所述挡板的内侧面与本体的下部之间设有间隙；所述挡板上设有螺孔，螺孔正对本体；所述锁钉与挡板上的螺孔螺纹连接。

用于光电手术导航的被动式跟踪靶，还包锁钉固定板；所述锁钉固定板固定在挡板的外侧；所述锁钉穿设在锁钉固定板上。

本发明所要解决的第二个技术问题是提供一种用于光电手术导航的被动式跟踪靶的实时空间位置和姿态追踪方法。

为了解决上述技术问题，本发明所提供的技术方案是：用于光电手术导航的被动式跟踪靶的实时空间位置和姿态追踪方法，利用在本体上的四个安装孔内安装的四个红外反射小球的相对位置，建立该跟踪靶的三维坐标系，从而确定该跟踪靶的实时空间位置；具体方法为：

假定本体的四个红外反射小球分别为A、B、C、D；该坐标系z轴沿AC方向，从A点指向C点；y轴与AC垂直，指向B点一侧；之后依据右手定则可以确定x轴方向；通过光电追踪器实时确定上述四个目标点在三维坐标系下的空间坐标，就可以获得该跟踪靶的实时空间位置和姿态。

采用了上述技术方案后，本发明具有以下的有益效果：(1)本发明的跟踪靶结构简单，本体为异形平面结构，易于实现高精度加工，同时也能充分减轻跟踪靶自身重量，具有较好的使用和推广价值。

(2)本发明的跟踪靶的本体上的四个安装孔内分别安装一个红外反射小球，可以在光电手术导航系统中对该跟踪靶的实时位置和姿态进行追踪。

(3)本发明的跟踪靶的红外反射小球的小球安装杆与本体的安装孔螺纹连接，这种结构使得红外反射小球的安装和拆卸非常方便。

(4)本发明的跟踪靶的本体与跟踪靶底座通过斜面配合，可以实现较高的安装精度和重复精度。

(5)本发明的跟踪靶的挡板的内侧面与本体的下部之间设有间隙，这种结构使得本体的安装和拆卸非常方便。

(6)本发明的跟踪靶的锁钉与挡板上的螺孔螺纹连接，当拧紧锁钉时，可以将本体压紧在底座上，拧松锁钉，即可以方便的将本体卸下，通过锁钉固定板限制锁钉的位置，使锁钉在拧松时不会掉落。

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中

图1为本发明的实施例1的结构示意图。

图2为本发明的实施例2的目标点及坐标系设置示意图。

附图中的标号为：