【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及手术导航，尤其涉及一种基于x光图像的手术空间定位器及手术路径规划方法。
技术介绍
1、随着ct、mri和c型臂等医疗技术的发展，透视图像在骨科手术中的应用越来越广泛，结合机器人、计算机等技术，基于透视图像的手术导航成为了机器人辅助手术的关键技术之一。ct图像导航分为术前ct和术中ct导航两种方式，术前ct导航要求术中将手术区域与ct图像进行配准，但由于术前和术中患者体位的不同，配准精度难以保证；术中ct导航可避免该问题，但o型臂价格昂贵，并且术中患者和医生受到的辐射量较大。mri在术前进行，同样受术前术中患者体位的影响较大。c型臂由于其使用方便、成本低等特点，在骨科手术中被广泛应用。
2、但目前基于c型臂x光图像的导航方式，多为平面导航，即挪动机器人使定位器置于手术区域，拍摄一张x光图像进行定位；当进行三维空间导航时，需拍摄两张x光图像，并且在拍摄时，需要多次挪动机器人将定位器分别置于不同位置和方向，在术中操作较为繁琐，且需要重新定位，同时会存在机器人难以移动到指定位置的情况，影响术中使用。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于解决上述
技术介绍
中的至少一个问题，提供一种基于x光图像的手术空间定位器及手术路径规划方法。
2、为实现上述目的，本专利技术的一种基于x光图像的手术空间定位器，包括：
3、第一显影组件和第二显影组件；
4、所述第二显影组件设置在所述第一显影组件的两端，所述第一显影组件用于与机械臂末端固定连接，所述
5、所述第一显影组件包括第一特征板，所述第二显影组件包括第二特征板，当两个所述第二显影组件相互远离至最大位置时，所述第一特征板与所述第二特征板相互垂直设置；
6、所述第一特征板上设置有第一特征物，所述第二特征板上设置有第二特征物，所述第一特征物与第二特征物能够在三维扫描中成像；
7、所述第一特征物与第二特征物用于对三维手术空间进行定位。
8、优选地，所述第一显影组件包括两第一连接板，两个所述第一连接板分别固定连接于所述第一特征板的两端；
9、所述第一连接板与所述第一特征板成角度连接，且所述第一连接板与所述第一特征板之间的夹角为钝角。
10、优选地，所述第二显影组件包括第二连接板，所述第二连接板与所述第一连接板转动连接；
11、所述第二连接板与所述第二特征板成角度连接，且所述第二连接板与所述第一连接板之间的夹角为钝角；
12、当两个所述第二连接板相互远离至最大位置时，所述第二连接板与第一连接板相互平行且同轴，所述第一特征板与第二特征板相互垂直。
13、优选地，在所述第一显影组件与第二显影组件的转动连接处还设置有锁紧组件，所述锁紧组件用于锁定所述第二显影组件相对于所述第一显影组件的转动。
14、优选地，所述第一特征物包括第一圆环部，所述第一圆环部位于所述第一特征板的中心。
15、优选地，所述第二特征物包括第二圆环部和直线部，所述第二圆环部设置在所述第二特征板的中心；
16、所述直线部设置在至少一个所述第二特征板上，所述直线部穿过所述第二圆环部的中心。
17、优选地，在所述第一特征板上设置有第一定位孔，所述第一定位孔用于定位销穿过，所述定位销用于确保所述手术空间定位器与机械臂末端安装位置准确。
18、为实现上述目的，本专利技术还提供一种基于上述中任意一项所述的一种基于x光图像的手术空间定位器的手术路径规划方法，包括：
19、移动机械臂末端至手术区域，使机械臂末端的手术空间定位器的第一显影组件和第二显影组件半包围手术空间；
20、使用c型臂x光机对所述手术空间定位器进行扫描，拍摄所述手术空间的正位和侧位的x光图像；
21、利用正位与侧位x光图像三维空间与二维空间之间的转换方程，在x光图像上规划手术路径，并将手术路径显示在三维空间内。
22、优选地，所述转换方程为：
23、；
24、；
25、；
26、其中，m表示手术空间定位器坐标系中特征点对应的三维坐标的矩阵；
27、e表示一个x光图像的三维空间与二维空间投影参数的投影矩阵；
28、g表示x光图像上第一特征物或第二特征物的特征点坐标的矩阵；
29、t表示矩阵的转置运算；
30、(up,vp)表示手术路径入针点在正位x光图像坐标系下的二维坐标；
31、(ul,vl)表示手术路径入针点在侧位x光图像坐标系下的二维坐标；
32、(xp,yp,zp)表示手术路径入针点在正位x光图像坐标系下的三维坐标；
33、(xl,yl,zl)表示手术路径入针点在侧位x光图像坐标系下的三维坐标；
34、a1-a11表示正位x光图像的投影矩阵，b1-b11表示侧位x光图像的投影矩阵；
35、tend1tobase表示拍摄正位x光图像时机器人末端在机器人坐标系中的位姿矩阵；
36、tend2tobase表示拍摄侧位x光图像时机器人末端在机器人坐标系中的位姿矩阵；
37、tloctoend表示手术空间定位器在机器人末端坐标系中的位姿矩阵。
38、优选地，所述规划手术路径的步骤包括：
39、在正位或侧位中一者的x光图像中选择第一靶点；
40、在另一者的x光图像中选择第二靶点，经过所述第二靶点且垂直于侧位的第二投影线能够与经过所述第一靶点且垂直于正位的第一投影线相互交叉；
41、依据转换方程将所述第一靶点与第二靶点的坐标转换为第一三维坐标，所述第一三维坐标为所述手术路径的进针起点；
42、重复上述步骤再次选择第一靶点与第二靶点，得到第二三维坐标，所述第二三维坐标为手术路径的进针终点；
43、所述进针起点与进针终点之间的连接线为所述手术路径。
44、基于此，本专利技术的有益效果为：
45、1. 通过本专利技术的方案，设置有第一显影组件和第二显影组件，第二显影组件位于第一显影组件的两端，且当使用时，第二显影组件与第一显影组件相互垂直，通过c型臂x光机对第一显影组件进行拍摄，能够得到手术空间的正位x光图像，对第二显影组件进行拍摄，能够得到手术空间的侧位x光图像，无需移动固定手术空间定位器的机器人即可实现正位与侧位的拍照，减少术中的复杂繁琐操作，节省手术定位时间；
46、2. 通过本专利技术的方案，第二显影组件与第一显影组件转动连接，当使用状态时，可转动第二显影组件至与第一显影组件垂直，能够无需移动机器人进行正位与侧位的拍照，当收纳状态时，转动两个第二显影组件使其相互靠近，进而缩减整体体积，方便收纳，同时较小体积的手术空间定位器也能够降低术前对消毒设备的尺寸需求；
47、3本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于X光图像的手术空间定位器，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种基于X光图像的手术空间定位器，其特征在于，所述第一显影组件包括两第一连接板，两个所述第一连接板分别固定连接于所述第一特征板的两端；
3.根据权利要求2所述的一种基于X光图像的手术空间定位器，其特征在于，所述第二显影组件包括第二连接板，所述第二连接板与所述第一连接板转动连接；
4.根据权利要求2所述的一种基于X光图像的手术空间定位器，其特征在于，在所述第一显影组件与第二显影组件的转动连接处还设置有锁紧组件，所述锁紧组件用于锁定所述第二显影组件相对于所述第一显影组件的转动。
5.根据权利要求2所述的一种基于X光图像的手术空间定位器，其特征在于，所述第一特征物包括第一圆环部，所述第一圆环部位于所述第一特征板的中心。
6.根据权利要求3所述的一种基于X光图像的手术空间定位器，其特征在于，所述第二特征物包括第二圆环部和直线部，所述第二圆环部设置在所述第二特征板的中心；
7.根据权利要求5所述的一种基于X光图像的手术空间定位器，其特征在
8.一种基于权利要求1-7中任意一项所述的一种基于X光图像的手术空间定位器的手术路径规划方法，其特征在于，包括：
9.根据权利要求8所述的手术路径规划方法，其特征在于，所述转换方程为：
10.根据权利要求8所述的手术路径规划方法，其特征在于，所述规划手术路径的步骤包括：
...【技术特征摘要】
1.一种基于x光图像的手术空间定位器，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种基于x光图像的手术空间定位器，其特征在于，所述第一显影组件包括两第一连接板，两个所述第一连接板分别固定连接于所述第一特征板的两端；
3.根据权利要求2所述的一种基于x光图像的手术空间定位器，其特征在于，所述第二显影组件包括第二连接板，所述第二连接板与所述第一连接板转动连接；
4.根据权利要求2所述的一种基于x光图像的手术空间定位器，其特征在于，在所述第一显影组件与第二显影组件的转动连接处还设置有锁紧组件，所述锁紧组件用于锁定所述第二显影组件相对于所述第一显影组件的转动。
5.根据权利要求2所述的一种基于x光图像的手术空间定位器，其特征在于，所述第一特征物包括第一圆环部，所述第一...
【专利技术属性】
技术研发人员：李危石，李卓夫，姜帅，朱远远，季旭全，章永宏，杨标，
申请(专利权)人：北京大学第三医院，
类型：发明
国别省市：
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