[发明专利]一种三维图像专用定位标尺、手术导航系统及其定位方法

权利要求书

1.一种三维图像专用定位标尺，其能够调整角度，其特征在于：它包括一标定器、一底座、一和底座配合旋转部件、一标定器连接杆、一用于紧固底座和克氏针紧固螺钉一、一用于紧固底座和旋转部件紧固螺钉二和一用于紧固标定器和标定器连接杆紧固螺钉三；

所述标定器一端与所述标定器连接杆连接，实现绕标定器连接杆旋转任意角度，所述标定器面上设置不少于三个且不在同一条直线上的标记点。

2.根据权利要求1所述的三维图像专用定位标尺，其特征在于：所述标定器表面为可透X光的材料制成，所述标记点包括一个不透X光部件和一个可透X光圆形贴片，所述不透X光部件使用不透X光材料制成，能够在CT所生成的图中清晰识别出来，所述圆形贴片为可透X光材料制成，圆形贴片表面可反射红外光，可被光学跟踪器识别位置。

3.根据权利要求2所述的三维图像专用定位标尺，其特征在于：所述不透X光部件与圆形贴片分开设置或合并设置，所述合并设置包括所述不透X光部件的中心与所述圆形贴片的圆心重合设置。

4.根据权利要求1或2所述的三维图像专用定位标尺，其特征在于：所述标定器表面上的各标记点的排布形状具有各向异性，任意两个标记点之间的距离均不相等。

5.根据权利要求1所述的三维图像专用定位标尺，其特征在于：和底座配合的旋转部件以垂直于标定器连接杆旋转，实现标尺在另外一个方向上的旋转，易于调节标尺的角度。

6.一种手术导航系统，其特征在于：包括一手术机器人、一上位机、一光学跟踪器、一机器人示踪器、一三维成像设备以及如权利要求1只5之一所述三维图像专用定位标尺；

所述手术机器人为一具有至少三个平移自由度和三个旋转自由度的机械臂；

所述上位机与所述手术机器人、所述光学跟踪器连接，用于对所述手术机器人的运动进行控制和读取光学跟踪器识别的标记点的坐标；

所述手术机器人的末端可拆卸机器人示踪器；所述机器人示踪器是由光学跟踪器读取的工具；

所述光学跟踪器是可以识别机器人示踪器和所述三维图像专用定位标尺的空间坐标并把数据传给上位机；

所述三维成像设备用于扫描所述三维图像专用定位标尺和患者手术部位并将标记点图像和患者图像传输给所述上位机；所述上位机对图像中标记点与所述三维图像专用定位标尺上的标记点进行对应识别。

7.根据权利要求6所述的手术导航系统，其特征在于：

它还包括导向器，所述导向器与所述手术机器人的末端可拆卸地连接。

8.一种定位方法，其特征在于，它包括以下步骤：

步骤一、将三维图像专用定位标尺通过克氏针固定在患者身体手术部位表面，采用三维成像设备对三维图像专用定位标尺和患者手术部位共同进行扫描，三维成像设备获取三维图像专用定位标尺上的标记点的图像和患者图像，并传输给上位机；与此同时，光学跟踪器获取三维图像定位标尺的坐标并传输给上位机；

步骤二、上位机对图像中的标记点与预先设置的标记点几何特征循环进行比较，实现三维图像专用定位标尺中的标记点与图像中的标记点的对应识别；

步骤三、上位机通过三维图像专用定位标尺上的标记点与光学跟踪器读取的标记点之间的坐标关系，计算出患者图像与光学跟踪器之间的坐标变换关系；

步骤四、根据患者图像与光学跟踪器之间的坐标变换关系，计算出患者图像中任意点对应的空间点在光学坐标系下的坐标；

步骤五、医生在患者图像中规划手术路径，可直接转到光学跟踪器坐标系下的手术路径；

步骤六、将三维图像专用定位标尺旋转到不阻碍手术路径的位置，作为术中患者位置是否移动的示踪器；

步骤七、将机器臂移动到合适的位置，光学跟踪器读取机械臂示踪器的位置，传递给上位机，上位机根据传输的机械臂示踪器坐标和机械臂示踪器在机器臂坐标系中的坐标，计算出机械臂和光学跟踪器之间的坐标转化关系；

步骤八、根据已经转到光学跟踪器上的手术路径，计算出在机器臂中的手术路径。