[发明专利]一种面向光学导航手术的手术器械标定与可视化跟踪方法

权利要求书

1.一种面向光学导航手术的手术器械标定与可视化跟踪方法，其特征在于：以下步骤：

(ⅰ)建立光学导航定位设备与计算机的数据通讯，获取不同光学示踪器的位姿数据；

(ⅱ)基于光学示踪器的位姿数据，进行尖点器械标定；

(ⅲ)基于光学示踪器的位姿数据，进行直线器械标定；

(ⅳ)基于光学示踪器的位姿数据，进行平面器械标定；

(ⅴ)进行手术器械的可视化追踪。

2.根据权利要求1所述的一种面向光学导航手术的手术器械标定与可视化跟踪方法，其特征在于：步骤(ⅰ)建立光学导航定位与计算机的数据通讯，获取不同光学示踪器的位姿数据，具体过程如下：

(1a)进行初始化，建立光学导航定位与计算机之间的数据通讯线程和主线程的连接；

(1b)根据不同手术器械连接的光学示踪器编号，正确载入对应光学示踪器的刚体文件，激活工具句柄，获取载入光学示踪器的位置信息；

(1c)利用主线程中数据请求函数通过调用光学定位系统的动态链接库，实现将数据缓冲区的数据传输至主线程；

(1d)根据光学示踪器位姿信息数据，计算得到光学示踪器的位姿矩阵。

3.根据权利要求2所述的一种面向光学导航手术的手术器械标定与可视化跟踪方法，其特征在于：步骤(1b)中还包括对位置信息的缓存处理，即将获取的位置信息存入数据缓冲区等待主线程调用数据。

4.根据权利要求1所述的一种面向光学导航手术的手术器械标定与可视化跟踪方法，其特征在于：步骤(1c)中还包括以下过程：

借助QTTimer计时器每隔固定时间间隔调用主线程中数据请求函数，实现数据实时传输。

5.根据权利要求1所述的一种面向光学导航手术的手术器械标定与可视化跟踪方法，其特征在于：步骤(ⅱ)基于光学示踪器的位姿数据，进行尖点器械标定，具体过程如下：

首先，将尖点手术器械与标定工具置于光学定位设备视野之内；

然后，位姿矩阵结合VTK工具包中的vtkAxesActor组件，在可视化模块显示所有光学示踪器坐标系的空间位置与姿态；

再后，确定尖点手术器械和标定工具的参考坐标系在可视化模块中正确显示；

最后，通过尖点器械标定方法计算出器械尖点在参考坐标系下的三维坐标。

6.根据权利要求5所述的一种面向光学导航手术的手术器械标定与可视化跟踪方法，其特征在于：步骤(ⅱ)基于光学示踪器的位姿数据，进行尖点器械标定中尖点器械标定方法，具体过程如下：

(2a)将尖点器械末端置于标定工具尖点几何结构处，得到此时尖点器械的末端点在光学定位系统坐标系下的三维坐标表达；

(2b)令尖点器械绕标定工具尖点几何结构转动，使得器械上反光标记球的运动轨迹落在以器械末端为球心的球面上；

(2c)利用光学定位设备记录n个时刻的光学示踪器空间位姿，记标定工具尖点几何结构在光学定位设备坐标系下的第i次坐标表达；

(2d)用矩阵方式表达最小二乘法，得到目标函数；

(2e)在最小化目标函数下求得最优解，完成尖点手术器械标定。

7.根据权利要求1所述的一种面向光学导航手术的手术器械标定与可视化跟踪方法，其特征在于：步骤(ⅲ)基于光学示踪器的位姿数据，进行直线器械标定，具体过程如下：

首先，将直线手术器械与标定工具置于光学定位设备视野之内；

然后，确认直线手术器械和标定工具的参考坐标系在可视化模块中正确显示；

最后，通过直线器械标定方法，完成在直线器械参考坐标系下的标定。