本发明专利技术涉及一种混合现实手术导航系统的标定装置及标定方法，标定装置，包括：标定块本体和设于标定块本体第一侧面上的手持握杆；光学追踪模块，其上设有荧光小球，设于标定块本体的第二侧面上，其中第一侧面和第二侧面为不同侧面；标定块本体的四个顶角处设有对齐标志点，其中三个对齐标志点在一个平面中；标定块本体中设有对齐观察槽，标定块本体上设有多个探针容纳孔和与各探针容纳孔一一对应的手术器械容纳孔，且各手术器械容纳孔的中心轴线与对应探针容纳孔的中心轴线在一条直线上。与现有技术相比，本发明专利技术可同时完成混合现实空间标定以及手术器械的标定，具有功能多用性，标定块可一次对齐多个标志点，可节省标定时长。可节省标定时长。可节省标定时长。
【技术实现步骤摘要】
一种混合现实手术导航系统的标定装置及标定方法
[0001]本专利技术涉及标定装置标定方法，尤其是涉及一种混合现实手术导航系统的标定装置及标定方法。
技术介绍
[0002]混合现实手术导航系统可以通过将计算机中生成的虚拟组织器官或辅助信息叠加到真实的手术场景中，从而构建出虚实融合的外科手术操作环境。操作员通过佩戴光学半透视式头盔显示器，可以观察到肉眼无法看到的重要皮下软硬组织。在扩展操作员对环境视觉感知能力的同时，提升了操作的安全性和可靠性。为达到虚实动态融合的效果，需要对混合光学透视式头盔显示器与导航系统世界坐标系进行标定。此外，为实现手术器械的动态跟踪，需要对手术器械进行标定。混合现实手术导航系统的标定精度对术中虚实融合的效果起决定性影响，现有的标定方案主要包括点云配准方案、标志点配准方法、计算机视觉配准法等。
[0003]中国专利CN201910905977.0公布了一种基于标志点的混合现实手术导航系统。通过将病人与标志点同时进行三维成像，完成影像分割与三维重建，并将模型传输到混合现实设备显示。该方法的缺点在于标定过程复杂，且缺乏实时性。中国专利CN 202011199791.7公布了一种基于整体点云与局部点云配准的方法，最终实现了混合现实设备下的虚实融合。但是该方法对计算资源要求较高，且虚实融合精度任需提升。综上，现有的混合现实导航系统标定装置及方法存在精度较差、实时性较差、稳定性较差、无法同时完成手术器械标定等缺陷。
技术实现思路
[0004]本专利技术的目的就是为了提供一种混合现实手术导航系统的标定装置及标定方法，可同时完成混合现实空间标定以及手术器械的标定，具有功能多用性，标定块可一次对齐多个标志点，可节省标定时长。
[0005]本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0006]一种混合现实手术导航系统的标定装置，包括：
[0007]标定块本体和设于标定块本体第一侧面上的手持握杆；
[0008]光学追踪模块，其上设有荧光小球，设于标定块本体的第二侧面上，其中第一侧面和第二侧面为不同侧面；
[0009]所述标定块本体的四个顶角处设有对齐标志点，其中三个对齐标志点在一个平面中，第四个对齐标志点不在所述平面中；
[0010]所述标定块本体中设有对齐观察槽，该对齐观察槽贯穿第三侧面和第四侧面，所述第三侧面和第四侧面为相交的两个侧面，所述标定块本体上设有多个探针容纳孔和与各探针容纳孔一一对应的手术器械容纳孔，所有探针容纳孔和手术器械容纳孔的一端均延伸至标定块本体的表面，另一端均延伸至对齐观察槽，且各手术器械容纳孔的中心轴线与对
应探针容纳孔的中心轴线在一条直线上。
[0011]所述光学追踪模块包括基座，所述荧光小球至少设有三个，并安装于基座上。
[0012]所述标定块本体为立方体。
[0013]所述探针容纳孔的一端延伸至标定块本体的第五侧面，所述手术器械容纳孔的一端延伸至标定块本体的第六侧面，所述第五侧面和第六侧面相互平行，均与第三侧面垂直，且和第四侧面垂直。
[0014]所述第一侧面和第六侧面为同一侧面。
[0015]所述标定块本体的其他顶点中的至少三个上设有辅助对齐标志点，辅助对齐标志点的形状与对齐标志点的形状不同，其中，所述其他顶点为除设有对齐标志点之外的顶点。
[0016]一种如上述的一种混合现实手术导航系统的标定装置的标定方法，包括混合现实与物理空间的标定过程和手术器械的标定过程。
[0017]所述混合现实与物理空间的标定过程具体包括：
[0018]步骤A1：启动光学定位跟踪器；
[0019]步骤A2：在虚拟空间中显示一个轮廓与标定块本体一致的虚拟对象，并生成虚拟对象在混合现实中的各点坐标，其中，所述虚拟对象至少包括与各对齐标志点一一对应的多个虚拟对齐标志点；
[0020]步骤A3：采集标定块本体的图像，并检测标定块本体上的对齐标志点，当所有对齐标志点和虚拟对齐标志点重合，且荧光小球被光学定位跟踪器捕捉到时，完成标定。
[0021]所述步骤A3中当所有对齐标志点和虚拟对齐标志点重合，且荧光小球被光学定位跟踪器捕捉到并持续设定时长后，完成标定。
[0022]所述手术器械的标定过程具体包括：
[0023]步骤B1：启动光学定位跟踪器；
[0024]步骤B2：将标定块本体水平放置，保持稳定，并使其保持在导航世界坐标系T1的跟踪范围之内，并保持标定块上的荧光小球不被遮挡；
[0025]步骤B3：将探针插入探针容纳孔中，直至在对齐观察槽中能够看到探针的尖点。
[0026]步骤B4：将手术器械插入手术器械容纳孔，直至在对齐观察槽中能够看到手术器械的尖点。
[0027]步骤B5：不断调整手术器械与探针的位置，直至在对齐观察槽中观察到探针的尖点与手术器械的尖点对齐。
[0028]步骤B6：光学定位跟踪器同时跟踪探针的尖点，得到手术器械的尖点相对于光学定位跟踪器的位姿，至此完成手术器械的标定。
[0029]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0030]1)可同时完成混合现实空间标定以及手术器械的标定，具有功能多用性，标定块可一次对齐多个标志点，可节省标定时长。
[0031]2)标定块在完成混合现实空间标定时，具有更好的深度感知标定能力。
[0032]3)标定块在完成手术器械标定时，仅需要完成一步尖点对齐操作，使得手术器械标定过程简化。
[0033]4)混合现实的标定过程和手术器械的标定流程可以无缝对接，既省时有能简化流程。
[0034]5)标定块体积较小，质量较轻，方便携带。
[0035]6)标定块设计考虑了人体工程学，标定方法人机交互较为友好。。
附图说明
[0036]图1为本专利技术实施例标定装置的结构示意图；
[0037]图2为本专利技术实施例标定装置的另一角度的结构示意图；
[0038]图3为混合现实与物理空间的标定过程示意图；
[0039]图4为手术器械的标定过程的示意图；
[0040]其中：1、标定块本体，2、探针容纳孔，3、标定块上表面，4、对齐标志点，5、对齐观察槽，6、标定块右表面，7、标定块前表面，8、辅助对齐槽，9、手术器械容纳孔，10、手持握杆，11、辅助对齐标志点，12、标定块后表面，13、基座，14、荧光小球，15、荧光小球底座，16、标定块下表面，17、手持握把中心孔，18、光学定位跟踪器，19、光学半透视头盔显示器，20、虚拟对齐标志点，21、虚拟辅助对齐标志点，T1、导航世界坐标系，T2、虚拟坐标系，T3、标定块局部坐标系，22、探针握把，23、探针，24、手术器械，25、手术器械握把。
具体实施方式
[0041]下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细说明。本实施例以本专利技术技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本专利技术的保护范围不限于下述的实施例。
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【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种混合现实手术导航系统的标定装置，其特征在于，包括：标定块本体(1)和设于标定块本体(1)第一侧面上的手持握杆(10)；光学追踪模块，其上设有荧光小球(14)，设于标定块本体(1)的第二侧面上，其中第一侧面和第二侧面为不同侧面；所述标定块本体(1)的四个顶角处设有对齐标志点(4)，其中三个对齐标志点(4)在一个平面中，第四个对齐标志点(4)不在所述平面中；所述标定块本体(1)中设有对齐观察槽(5)，该对齐观察槽(5)贯穿第三侧面和第四侧面，所述第三侧面和第四侧面为相交的两个侧面，所述标定块本体(1)上设有多个探针容纳孔(2)和与各探针容纳孔(2)一一对应的手术器械容纳孔(9)，所有探针容纳孔(2)和手术器械容纳孔(9)的一端均延伸至标定块本体(1)的表面，另一端均延伸至对齐观察槽(5)，且各手术器械容纳孔(9)的中心轴线与对应探针容纳孔(2)的中心轴线在一条直线上。2.根据权利要求1所述的一种混合现实手术导航系统的标定装置，其特征在于，所述光学追踪模块包括基座(13)，所述荧光小球(14)至少设有三个，并安装于基座(13)上。3.根据权利要求1所述的一种混合现实手术导航系统的标定装置，其特征在于，所述标定块本体(1)为立方体。4.根据权利要求1所述的一种混合现实手术导航系统的标定装置，其特征在于，所述探针容纳孔(2)的一端延伸至标定块本体(1)的第五侧面，所述手术器械容纳孔(9)的一端延伸至标定块本体(1)的第六侧面，所述第五侧面和第六侧面相互平行，均与第三侧面垂直，且和第四侧面垂直。5.根据权利要求4所述的一种混合现实手术导航系统的标定装置，其特征在于，所述第一侧面和第六侧面为同一侧面。6.根据权利要求1所述的一种混合现实手术导航系统的标定装置，其特征在于，所述标定块本体(1)的其他顶点中的至少三个上设有辅助对齐标志点(11)，辅助对齐标志点的形状与对齐标志点(4)的形状不同，其中，所述其他顶点为除设有对齐标志点(4)之外的...
【专利技术属性】
技术研发人员：涂朴勋，陈晓军，郭妍，李东远，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：
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