[发明专利]一种利用标定装置实现光学手术导航手术器械标定的方法

摘要

本发明公开了一种利用标定装置实现光学手术导航手术器械标定的方法，包括步骤：1)建立标定装置坐标系；2)计算手术导航坐标系到标定装置坐标系转换矩阵；3)建立手术器械坐标系，并计算与手术导航坐标系转换矩阵；4)计算标定装置坐标系到手术器械坐标系转换矩阵；5)计算手术器械坐标系下手术器械尖端坐标和朝向。本发明方法可以减少操作复杂度，减少标定时间，适用于现场标定，具有较高的临床应用价值。

主权项

1.一种利用标定装置实现光学手术导航手术器械标定的方法，其特征在于：所述标定装置包括基板、球杆体、反光球，所述反光球有三个，每个反光球通过球杆体安装在基板上，所述三个反光球任意两个之间距离不等，采用反光球的中心作为标记点，所述基板上有三条直线凹槽，所述凹槽为半圆凹槽，直径各不相等，在加工制造时，所述三个反光球相对位置关系已知，所述三条直线凹槽槽道上下两端口与三个反光球的相对位置关系已知；利用所述标定装置实现光学手术导航手术器械标定的方法，包括以下步骤：1)根据标定装置三个标记点相对位置关系建立标定装置坐标系S(xr,yr,zr)，得到三个标记点和三条直线凹槽槽道上下两端口在标定装置坐标系坐标；标定装置上其中一个标记点在手术导航坐标系S(xc,yc,zc)下的坐标为pc，在标定装置坐标系下的坐标为pr，这两个坐标满足关系：pc＝Rrcpr+Trc；2)根据标定装置上三个标记点在手术导航坐标系坐标和标定装置坐标系坐标，求得Rrc和Trc；3)根据手术器械三个标记点相对位置关系得到手术器械坐标系S(xt,yt,zt)，同理，得到手术导航坐标系S(xc,yc,zc)与手术器械坐标系S(xt,yt,zt)之间的旋转矩阵Rtc和平移向量Ttc；4)所述端口在标定装置坐标系S(x_r,y_r,z_r)下坐标q_t为手术器械坐标系下坐标，得到S(x_t,y_t,z_t)变换到S(x_r,y_r,z_r)的旋转矩阵为平移向量为同理，S(x_r,y_r,z_r)变换到S(x_t,y_t,z_t)的旋转矩阵为平移向量为5)标定手术器械时，选择与手术器械大小一致的凹槽，将手术器械放置于标定装置的凹槽中并使尖端抵紧凹槽底端，所述标定装置上下两个端口qr1和qr2的位置在S(xr,yr,zr)下是已知的，因此手术器械尖端在S(xt,yt,zt)下的坐标为qt1＝Rrtqr1+Trt，其尖端方向向量D为D＝qt1‑qt2。