[发明专利]C形臂校准靶校准模板结构

说明书

本发明是由专利申请号为：2006100279636，专利申请名称为：“可拆换式C形臂校准靶”，专利申请人为：上海交通大学，专利申请日为：2006年6月22日的专利分案申请。

技术领域

本发明涉及的是一种医疗工程技术领域的器件，具体是一种C形臂校准靶校准模板结构。

背景技术

临床医疗工程领域中存在多类计算机辅助外科手术导航系统，而基于C形臂X线透视图像的导航系统是其中的一类。C形臂校准靶是导航系统实现C形臂位置跟踪、图像变形校正及C形臂相机校准功能所必需的工具，而这三项功能又是该类手术导航系统的关键技术，校准靶设计的优劣不仅直接影响靶体本身的制作成本，而且会影响整个手术导航系统的精度。

校准靶随校准方案的不同而不同。导航系统可采用在线校准和离线校准两种方案。若采用在线校准方案，则上述的光学跟踪、变形校正、相机校准3项功能都必须在手术过程中现场实现，为了实现光学跟踪功能，校准靶上必须安装定位标记物；为了求取变形校正和相机校准参数，校准靶上必须按一定规律排列一定数目的标志物，用于在线校准方案的校准靶一般采用一体式结构。若采用离线校准方案，则系统分初始化和实际使用两个阶段。初始化阶段中对校准靶的要求与采用在线校准方案时一致。在实际使用阶段中另需一个与初始化阶段不同的靶体，该校准靶应可实现光学跟踪功能。现有的C形臂校准靶制造成本高、导航精度低。

经对现有技术的文献检索发现，R.Hofstetter等在《Computer aidedsurgery》(计算机辅助手术，1999年4卷65-76)上发表的“Fluoroscopy as anImaging Means for Computer Assisted Surgical Navigation”(用荧光图像作为一种图像载体进行计算机辅助手术导航)，该文中提出仅采用一层校准模板分别放置在C形臂影像增强器前端不同的位置处的方式来代替完整的校准靶来实现校准功能，其不足在于：仅能采用离线校准方式，操作步骤繁琐，校准模板的两个位置靠手工放置，精度难以保证。检索中还发现，Delia Soimu等在《computerized Medical Imaging and Graphics》(医学图像图形计算机处理，2003年27卷79-85)上发表的“A novel approach for distortion correctionfor X-ray image intensifiers”(一种新颖的X线图像影像增强器变形校正方法)，该文中提出一种仅含一层割槽铝制模板的校准靶用于X线图像的变形校正，其不足在于：仅能实现变形校正功能，而C形臂相机校准功能的实现还要依赖另一套复杂的专门用于校准的靶体，把本来顺序相连的变形校正功能和相机校准功能强行分离，操作过程繁琐，整体导航精度受两个靶体加工及安装精度影响大。

发明内容

本发明克服了现有C形臂校准靶本身的缺点及其对导航系统整体性能的不良影响，提供一种C形臂校准靶校准模板结构，使其降低了校准靶本身的加工成本，提高了手术导航系统整体精度，实现一靶两用，既可用于在线校准又可用于离线校准。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明所述的C形臂校准靶，包括：主体框架、校准模板组件，校准模板组件固定在主体框架上。

所述的主体框架，其主要部分为一鼓状结构，其上设有3个定位爪。其中两个固定定位爪直接安装在鼓状结构下缘上侧，另一个定位爪为可动定位爪，其上设有一个狭长槽孔，该槽孔可沿旋在鼓状结构下缘上的锁紧螺钉滑动以实现可动定位爪的伸缩。三个定位爪内侧面均为直径与匹配C形臂影像增强器外侧壁直径一致的圆柱面，该设计可保证校准靶与C形臂影像增强器之间的准确定位，而旋在鼓状结构下缘上与可动定位爪直接接触的锁紧螺钉可保证校准靶可靠地固定在C形臂影像增强器上。

所述的主体框架，在其鼓状结构下缘下侧面上设有螺钉孔，校准模板组件用螺钉通过该螺钉孔固定在鼓状结构上；鼓状结构上缘外侧圆柱面上及下缘外侧圆柱面上按一定的规律布置光学定位标记物。这里所指的标记物实际上包括两部分——红外反射球及连接主体框架和红外反射球的小基台，两者均由加拿大NDI公司(北方数码股份有限公司)作为Polaris光学立体定位跟踪系统配套产品提供。为了保证红外反射球的位置精度，鼓状结构上安装小基台处设有小平面。

为了保证无论C形臂处于任何姿态时校准靶均可被光学跟踪系统跟踪，在满足NDI光学跟踪系统独立工具设计规则前提下，本发明采用尽可能多的红外反射球和独立几何面，即20个红外反射球构成8个独立几何面。