[发明专利]一种多位置跟踪仪的工具实时定位装置

说明书

本发明涉及一种多位置跟踪仪的手术工具实时定位方法，包括：步骤S1：设置并固定至少两个位置跟踪仪；步骤S2：建立手术工具、病人参考架、各位置跟踪仪坐标系；步骤S3：分别在各位置跟踪仪下标定手术工具，并取均值得到在工具坐标系下手术工具的尖点坐标和轴向向量；步骤S4：根据各个位置跟踪仪的定位，通过坐标转换实时获得手术工具在病人参考坐标系中的位置姿态；步骤S5：判断各位置追踪仪被遮挡的情况，取步骤S4中有效的位置姿态的均值为手术工具的实时定位。与现有技术相比，本发明由于设有多套位置跟踪仪，外科医生在手术过程中，不用担心定位光束被遮挡问题，减轻了医生的负担，提高了手术操作的灵活性。

技术领域

本发明涉及一种定位方法，尤其是涉及一种多位置跟踪仪的工具实时定位装置。

背景技术

随着科学技术的发展，工具逐渐小型化，这就对相关的导航装置提出了更高的要求，在所有导航系统中，中光学定位系统具有使用方便、价格低廉、定位精度高、系统鲁棒性好等优点，应用范围广。

光学定位系统一般由位置追踪仪发射可见光或红外线，并接受由带有反光小球的器械反射的可见光/红外线，从而进行器械的精确定位，故而在光束被遮挡时便无法提供器械的位置信息。因此，光学定位系统可能会生效。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种多位置跟踪仪的工具实时定位装置，解决光学定位系统因被遮挡而发生生效的问题。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种多位置跟踪仪的工具实时定位装置，执行程序时实现以下步骤：

步骤S1：设置并固定至少两个位置跟踪仪；

步骤S2：建立手术工具、病人参考架、各位置跟踪仪坐标系；

步骤S3：分别在各位置跟踪仪下标定手术工具，并取均值得到在工具坐标系下手术工具的尖点坐标和轴向向量；

步骤S4：根据各个位置跟踪仪的定位，通过坐标转换实时获得手术工具在病人参考坐标系中的位置姿态；

步骤S5：判断各位置追踪仪被遮挡的情况，取步骤S4中有效的位置姿态的均值为手术工具的实时定位。

所述步骤S1具体为：基于所有位置跟踪仪可检测空间范围叠加后的最终空间范围最大化的原则，设置并固定至少两个位置跟踪仪，其中，最终空间范围为各位置跟踪仪的监测空间范围的并集。

所述步骤S2具体包括：

步骤S21：在需要追踪的手术工具上安装含有反光小球的定位参考架，并根据定位参考架建立手术工具坐标系；

步骤S22：在与病人手术部位刚性连接的部位固定病人参考架，并建立病人参考架坐标系；

步骤S23将各位置跟踪仪的内置坐标系作为各位置跟踪仪坐标系。

所述步骤S3具体包括步骤：

步骤S31：采用旋转求多值平均的方法确定手术工具尖点在各位置追踪仪定位时手术工具坐标系下的坐标；

步骤S32：标定手术工具的轴向向量R；

步骤S33：根据手术工具尖点在手术工具坐标系下的坐标和手术工具的轴向向量，求得手术工具在手术工具坐标系下的尖点坐标X(x,y,z)^T和手术工具的轴向向量R(rx,ry,rz)^T。

所述步骤S31包括：

步骤S311：在手术工具被各个位置追踪仪均定位到的状态下，围绕一个不动点旋转手术工具；

步骤S312：各位置追踪仪捕捉设定个数的手术工具旋转过程中的位置姿态；