消融针的空间定位方法及设备技术

本发明专利技术提供一种消融针的空间定位方法及设备，所述消融针的任意位置设有追踪器，所述追踪器包括至少三个不共线的反光部件，其中两个反光部件所在的直线与所述消融针的长度方向平行，反光部件可被视觉定位系统捕捉，进而确定追踪器的空间坐标；所述针尖位置定位方法包括：在所述消融针执行标定运动的过程中，获取位于多个位置时的所述追踪器的空间坐标，所述标定运动为在所述消融针的针尖位置固定的状态下摆动所述消融针；根据位于多个不同位置时的所述追踪器的空间坐标计算所述针尖的空间坐标；根据所述两个反光部件的空间坐标确定消融针的朝向；利用所述朝向和所述针尖的空间坐标定位所述消融针。坐标定位所述消融针。坐标定位所述消融针。

【技术实现步骤摘要】
消融针的空间定位方法及设备


[0001]本专利技术涉及医疗器械领域，具体涉及一种消融针的空间定位方法及设备。

技术介绍

[0002]手术导航技术是指将软件算法与硬件相结合，将手术对象术前或术中影像数据和手术床上病人解剖结构准确对应，并在手术中跟踪手术器械，将手术器械的位置在病人影像上以虚拟图像的形式实时显示，使医生对手术器械相对病人解剖结构的位置一目了然，使外科手术更快速、更精确、更安全。
[0003]手术导航技术中的一个关键技术点在于捕捉手术器械的空间位置，现有技术中已提供了多种技术手段，比如通过可见过、红外光、电磁感应等方式，感知手术器械上定位部件的位置。在介入消融手术领域中，如微波消融针、冷冻消融针、电穿孔消融针等，多为硬质的针状物，为了捕捉这种消融器械的空间位置，会在器械上合适的部位（一般为尾端）设置定位器件，其中利用光学原理定位的器件在本领域中通常被称为追踪器（tracker）。
[0004]追踪器一般由多个不共线的反光部件构成（常见为3~5个），通过相机（多为双目摄像机）捕捉这些反光部件的三维位置，即确定追踪器的位置。又由于追踪器与消融器械的位置关系是已知的（一体设计并制造的），所以通过二者的位置关系，就可以直接得到消融器械的重要部位的空间位置，比如针尖的位置。
[0005]这种一体设计和制造的具有空间定位功能的消融器械，通常不具备可扩展性，对于用户来说成本较高。比如某供应商提供的消融器械通常不能应用于另一供应商的手术导航系统，因为算法和硬件等多个方面都是难以兼容的。对于供应商来说，如果要提供整套消融手术系统，除了提供算法和手术导航相关设备外，还必然要设计、注册和生产消融器械，对于供应商来说成本和要求也是较高的。

技术实现思路

[0006]有鉴于此，本专利技术提供一种消融针的空间定位方法，所述消融针的任意位置设有追踪器，所述追踪器包括至少三个不共线的反光部件，其中两个反光部件所在的直线与所述消融针的长度方向平行，反光部件可被视觉定位系统捕捉，进而确定追踪器的空间坐标；所述空间定位方法包括：在所述消融针执行标定运动的过程中，获取位于多个位置时的所述追踪器的空间坐标，所述标定运动为在所述消融针的针尖位置固定的状态下摆动所述消融针；根据位于多个不同位置时的所述追踪器的空间坐标计算所述针尖的空间坐标；根据所述两个反光部件的空间坐标确定消融针的朝向；利用所述朝向和所述针尖的空间坐标定位所述消融针。
[0007]本专利技术还提供一种消融针的空间定位方法，所述消融针的任意位置设有追踪器，所述追踪器包括至少三个不共线的反光部件，反光部件可被视觉定位系统捕捉，进而确定追踪器的空间坐标；所述空间定位方法包括：在所述消融针执行第一标定运动的过程中，获取位于多个位置时的所述追踪器的空间坐标，所述第一标定运动为在所述消融针的针尖位
置固定的状态下摆动所述消融针；根据位于多个位置时的所述追踪器的空间坐标计算所述针尖的空间坐标；在所述消融针执行第二标定运动的过程中，获取位于多个位置时的所述追踪器的空间坐标，所述第二标定运动为在所述消融针上除针尖外的另一点固定的状态下摆动所述消融针；根据位于多个位置时的所述追踪器的空间坐标计算所述另一点的空间坐标；根据所述针尖的空间坐标和所述另一点的空间坐标确定消融针的朝向；利用所述朝向和所述针尖的空间坐标定位所述消融针。
[0008]可选地，根据多个位置时的所述追踪器的空间坐标计算所述针尖的空间坐标具体包括：利用球面方程和获取到的所述追踪器的空间坐标得到相应的待解算方程组，其中x、y、z为所述追踪器的空间坐标，x0、y0、z0为所述针尖的空间坐标，R为所述针尖与所述追踪器的距离；利用所述待解算方程组计算出所述针尖的空间坐标。
[0009]可选地，待解算方程组中包括方程，其中a=
ꢀ‑
2x0，b=
‑
2y0，c=
ꢀ‑
2z0，d=；所述多个位置为至少四个不同的位置，利用所述待解算方程组计算出a、b、c、d，进而计算出x0、y0、z0。
[0010]可选地，根据位于多个位置时的所述追踪器的空间坐标计算所述另一点的空间坐标具体包括：利用球面方程和获取到的所述追踪器的空间坐标得到相应的待解算方程组，其中x、y、z为所述追踪器的空间坐标，x1、y1、z1为所述另一点的空间坐标，R1为所述追踪器与所述另一点的距离；利用所述待解算方程组计算出所述另一点的空间坐标。
[0011]可选地，待解算方程组中包括方程，其中a=
ꢀ‑
2x1，b=
‑
2y1，c=
ꢀ‑
2z1，d=；所述多个位置为至少四个不同的位置，利用所述待解算方程组计算出a、b、c、d，进而计算出x1、y1、z1。
[0012]可选地，利用所述长度方向和所述针尖的空间坐标定位所述消融针的步骤包括：利用如下方式对追踪器坐标系中所述针尖的空间坐标进行坐标转换，得到视觉定位坐标系中的所述针尖的空间坐标：=R+T ,其中x0、y0、z0为追踪器坐标系中的所述针尖的空间坐标，x
c
、y
c
、z
c
为视觉定位坐标系中的所述针尖的空间坐标，R为追踪器坐标系与视觉定位坐标系的旋转矩阵，T为追踪器坐标系与视觉定位坐标系的平移向量。
[0013]相应地，本专利技术提供一种消融针的空间定位套件，包括：可拆卸安装于消融针上任意位置的追踪器、标定工装和定位设备，其中所述追踪器包括至少三个不共线的反光部件，反光部件可被视觉定位系统捕捉，进而确定追踪器的空间坐标；所述标定工装上设有至少一个定位点，其中一个所述定位点用于固定消融针的针尖，并使得消融针在针尖被固定的状态下能够进行摆动；所述定位设备用于执行上述空间定位方法。
[0014]可选地，所述标定工装上的另一个定位点用于固定消融针上除针尖外的另一点，并使得消融针在该点被固定的状态下能够进行摆动。
[0015]相应地，本专利技术提供一种消融针的空间定位设备，包括：处理器以及与所述处理器
连接的存储器；其中，所述存储器存储有可被所述处理器执行的指令，所述指令被所述处理器执行，以使所述处理器执行上述空间定位方法。
[0016]根据本专利技术提供的消融针的空间定位方法及设备，追踪器可以作为配件可拆卸地安装在任意的消融针之上，安装后的追踪器与消融针针尖的位置关系是未知的，而使用者只需要执行一种标定动作，即在消融针的针尖位置固定的状态下摆动消融针，视觉定位系统能够获得位于多个位置时的追踪器的空间坐标，根据获取到的多组空间坐标可以计算出针尖的位置，由此则可以得到针尖与追踪器的位置关系，进而可以实现对消融针进行定位。对于供应商来说，可以只提供导航和定位系统，不再必须提供一体设计的追踪器和消融针，降低了经营成本；对于使用者来说，可以将其已有的任何消融针与本方案的追踪器和定位方法相融合进行手术导航，提高了扩展性，降低了使用成本。
附图说明
[0017]为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种消融针的空间定位方法，其特征在于，所述消融针的任意位置设有追踪器，所述追踪器包括至少三个不共线的反光部件，其中两个反光部件所在的直线与所述消融针的长度方向平行，反光部件可被视觉定位系统捕捉，进而确定追踪器的空间坐标；所述空间定位方法包括：在所述消融针执行标定运动的过程中，获取位于多个位置时的所述追踪器的空间坐标，所述标定运动为在所述消融针的针尖位置固定的状态下摆动所述消融针；根据位于多个不同位置时的所述追踪器的空间坐标计算所述针尖的空间坐标；根据所述两个反光部件的空间坐标确定消融针的朝向；利用所述朝向和所述针尖的空间坐标定位所述消融针。2.一种消融针的空间定位方法，其特征在于，所述消融针的任意位置设有追踪器，所述追踪器包括至少三个不共线的反光部件，反光部件可被视觉定位系统捕捉，进而确定追踪器的空间坐标；所述空间定位方法包括：在所述消融针执行第一标定运动的过程中，获取位于多个位置时的所述追踪器的空间坐标，所述第一标定运动为在所述消融针的针尖位置固定的状态下摆动所述消融针；根据位于多个位置时的所述追踪器的空间坐标计算所述针尖的空间坐标；在所述消融针执行第二标定运动的过程中，获取位于多个位置时的所述追踪器的空间坐标，所述第二标定运动为在所述消融针上除针尖外的另一点固定的状态下摆动所述消融针；根据位于多个位置时的所述追踪器的空间坐标计算所述另一点的空间坐标；根据所述针尖的空间坐标和所述另一点的空间坐标确定消融针的朝向；利用所述朝向和所述针尖的空间坐标定位所述消融针。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，根据多个位置时的所述追踪器的空间坐标计算所述针尖的空间坐标具体包括：利用球面方程和获取到的所述追踪器的空间坐标得到相应的待解算方程组，其中x、y、z为所述追踪器的空间坐标，x0、y0、z0为所述针尖的空间坐标，R为所述针尖与所述追踪器的距离；利用所述待解算方程组计算出所述针尖的空间坐标。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，待解算方程组中包括方程，其中a=
ꢀ‑
2x0，b=
‑
2y0，c=
ꢀ‑
2z0，d=；所述多个位置为至少四个不同的位置，利用所述待解算方程组计算出a、b、c、d，进而计算出x0、y0、z0。5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：张昊任，陈向前，史纪鹏，李闫英男，张欢，
申请(专利权)人：真健康北京医疗科技有限公司，
类型：发明
国别省市：