[发明专利]柔性无创定位装置及其在术中手术路径规划的应用及系统

权利要求书

1.一种柔性无创定位装置，其特征在于，包括：

柔性片，为一任意规则或不规则形状，所述柔性片设有规则或不规则的手术窗口；

若干个被光学设备识别的定位标记物，围绕所述手术窗口非对称、均匀地分布所述柔性片上，任一定位标记物分别与剩余定位标记物的距离均不等；将所述柔性片上的若干个定位标记物中的至少三个定位标记物标定为基准定位标记物；

将所述柔性片通过所述手术窗口围绕患者的病变部位固定于患者的体表，实时或间隔采集定位标记物的空间位置数据，并将当前时刻采集的若干个定位标记物的空间位置数据记为第一组点云，将前一时刻采集的若干个定位标记物的空间位置数据记为第二组点云，

通过基准定位标记物建立第一组点云的第一局部坐标系和第二组点云的第二局部坐标系，将第一组点云与第二组点云中的各个点进行点对点匹配，通过寻找点对点配对，以优化最小化第一组点云和第二组点云的差异距离之和，并通过所匹配的点对点计算所述柔性片的形变量化值；在世界坐标系下将第一组点云和第二组点云进行整体匹配，得出柔性片的六自由度的位移旋转参数；获取所述第一组点云的空间位置相对于第二组点云的空间位置变化，反映了所述柔性片在当前时刻的空间位姿变化；

其中，所述柔性片在术中的空间姿态变化反映了所述病变部位在术中的空间位姿变化；

所述将第一组点云与第二组点云中的各个点进行点对点匹配，具体包括：

在第一局部坐标系中求得第一组点云的各个点在第一局部坐标系中的坐标值；

在第二局部坐标系中求得第二组点云的各个点在第二局部坐标系中的坐标值；

计算第一组点云的各个点的坐标值分别到第二组点云中一点的坐标值的距离，将第一组点云的点坐标值与第二组点云中该点的坐标值距离最小的一对称为第一组点云的该点与第二组点云中的该点匹配，依次类推，将第一组点云的各个点与第二组点云的各个点完成点对点匹配。

2.如权利要求1所述的柔性无创定位装置，其特征在于，所述定位标记物为塑料球，所述塑料球包括塑料球核，所述塑料球核的外表面涂覆有反光涂层，所述光学设备为识别所述塑料球的红外设备。

3.如权利要求1所述的柔性无创定位装置，其特征在于，所述定位标记物为金属反光球，所述金属反光球包括金属球核和塑料球壳，所述塑料球壳包覆于所述金属球核的外表面，所述塑料球壳的外表面涂覆有反光涂层，所述光学设备为识别所述金属反光球的X光设备或C臂机。

4.如权利要求1所述的柔性无创定位装置，其特征在于，所述定位标记物为反光贴片，所述光学设备为识别所述反光贴片的红外设备。

5.如权利要求1所述的柔性无创定位装置，其特征在于，所述定位标记物为二维码，所述光学设备为识别所述二维码的光学相机。

6.如权利要求1所述的柔性无创定位装置，其特征在于，所述定位标记物为LED灯珠，还包括控制器，所述控制器嵌入安装于所述柔性片上，与若干个LED灯珠线路连接，控制各个LED灯珠发光的强度、频率、颜色和发光顺序。

7.一种将权利要求1-6任一项所述的柔性无创定位装置在术中手术路径规划应用的系统，其特征在于，包括：

如权利要求1-6任一项所述的柔性无创定位装置，所述柔性无创定位装置通过手术窗口围绕患者的病变部位固定于患者的体表，其中，将所述柔性片上的若干个定位标记物中的至少三个定位标记物标定为基准定位标记物，剩余的定位标记物标定为冗余定位标记物；

光学设备，实时或间隔采集定位标记物的空间位置数据；

辅助确定导航定位或机械臂导航定位中的手术部位位置移动的控制装置，所述控制装置与所述光学设备和机械臂的控制端分别信号连接，所述控制装置接收所述光学设备反馈的数据，并对该数据执行以下处理，根据处理结果辅助确定导航定位或机械臂导航定位中的手术部位位置移动：

将当前时刻接收的若干个定位标记物的空间位置数据记为第一组点云，将前一时刻接收的若干个定位标记物的空间位置数据记为第二组点云，所述第一组点云的空间位置相对于第二组点云的空间位置变化反映了所述柔性片在当前时刻的空间位姿变化；

通过基准定位标记物建立第一组点云的第一局部坐标系和第二组点云的第二局部坐标系；

将第一组点云与第二组点云中的各个点进行点对点匹配，通过所匹配的点对计算所述柔性片的形变量化值；

在世界坐标系下将第一组点云和第二组点云进行整体匹配，得出所述柔性片的六自由度的位移旋转参数；

根据所述柔性片的形变量化值及六自由度的位移旋转参数更新导航定位或机械臂导航定位中的空间路径规划，根据更新的空间路径辅助确定导航定位或机械臂导航定位中的手术部位位置移动。