[发明专利]手术器械方向校准参数和作用方向的确定方法及校准工具

摘要

一种手术器械方向校准参数的确定方法及其校准工具和手术器械作用方向的确定方法。该方向校准参数确定方法包括：安装跟踪标记物（21）的被测物（40）置于校准工具（30）上，使其保持方向不变并且自转，通过位置跟踪设备确定跟踪标记物的至少两个三维旋转矩阵，利用该三维旋转矩阵，通过三维空间中的两点关系公式或直线方向转动公式求出方向校准参数。基于求得的方向校准参数及跟踪标记物当前三维旋转矩阵，确定手术器械当前的作用方向。该方法不需将被测物置于某已知方向，也不需通过确定该方向上的两个点，便可求出手术器械的方向校准参数，从而可以确定出手术器械在实际使用中的作用方向，为医生提供可靠得方向信息，保障手术顺利进行，提高手术精准度。

主权项

一种手术器械方向校准参数的确定方法，其特征在于：它包括如下步骤：a.在被测物上固定安装跟踪标记物后，将该被测物置于一个校准工具上，令该被测物上的跟踪标记物处于位置跟踪设备所覆盖的可跟踪区域内；b.借助该校准工具，使该被测物以设定直线为轴进行自转，同时使得该设定直线在三维空间内的方向保持不变；c.在该被测物自转时，该位置跟踪设备获取跟踪标记物在至少两个不同自转位置时的三维旋转矩阵或三维旋转角度，并从中确定出用于求取方向校准参数的至少两个三维旋转矩阵；d.取该设定直线上相距距离为D的两个点A、B，设定该A、B点的三维坐标分别为、，设定该跟踪标记物的标志点 O点的三维坐标为；e.将该 A、B点的三维坐标和该标志点 O点的三维坐标代入三维空间中的两点关系公式，得到如下公式 1）—6）：其中：X_A0 、Y_A0 、Z_A0 分别为跟踪标记物的标志点 O点与 A点的偏差参数的X、Y、Z分量； X_B0、Y_B0、Z_B0分别为跟踪标记物的标志点 O点与 B点的偏差参数的X、Y、Z分量；为步骤 c中确定出的用于求取方向校准参数的第P个三维旋转矩阵，P= 1、2、...、n,n为大于1的正整数；f.将步骤 c中确定出的用于求取方向校准参数的各个三维旋转矩阵分别代入上述公式 1）—6），并且通过两点间距离公式结合计算法或方向分量非零常量计算法求出、、，完成手术器械方向校准参数的求取，其中：令=、=、=，、、分别设定为针对该被测物所设置的该设定直线的方向校准参数的X、Y、Z分量；在所述步骤 f中，所述两点间距离公式结合计算法为：通过A B两点间距离公式 D =以及将所述步骤 c中确定出的用于求取方向校准参数的各个所述三维旋转矩阵分别代入所述公式1）—6）后得到的所有式子构成的联立方程组来求出、、，其中：D为一个设定的已知非零常量；在所述步骤 f中，所述方向分量非零常量计算法为：令，，，、、分别代表所述设定直线的方向在三维坐标系中的 X、Y、Z分量，将、或中的不等于零的任意一个设为已知非零常量，通过将所述步骤 c中确定出的用于求取方向校准参数的各个所述三维旋转矩阵分别代入所述公式1）—6）后得到的所有式子构成联立方程组来求出、、；在所述步骤 e中，令，，，、、分别代表所述设定直线的方向在三维坐标系中的X、Y、Z分量；令公式 1）‑公式4），得到公式7）：令公式 2) ‑公式 5) ，得到公式 8)令公式 3) ‑公式 6) ，得到公式 9) ：从而在所述步骤 f 中，将所述步骤 c中确定出的用于求取方向校准参数的各个三维旋转矩阵分别代入上述公式7）— 9），并且通过两点间距离公式结合计算法或方向分量非零常量计算法求出、、，完成手术器械方向校准参数的求取；所述两点间距离公式结合计算法为：通过 AB两点间距离公式 D =以及将所述步骤 c中确定出的用于求取方向校准参数的各个所述三维旋转矩阵分别代入所述公式7）—9）后得到的所有式子构成的联立方程组来求出、、，其中：D为一个设定的已知非零常量；所述方向分量非零常量计算法为：将、或中的不等于零的任意一个设为已知非零常量，将所述步骤 c 中确定出的用于求取方向校准参数的各个所述三维旋转矩阵分别代入所述公式7）—9）后得到的所有式子变为关于、、的非齐次线性方程组，通过求解非齐次线性方程组的方法求出、、。