[发明专利]手术导航定位方法及系统、手术机器人系统

说明书

本发明提供了一种手术导航定位方法及系统、手术机器人系统，手术导航定位方法至少用于获取靶标的位姿，靶标设于目标物上，且靶标随目标物一起绕一旋转中心旋转，其包括如下步骤：获取旋转中心的位置信息；获取设置在靶标上的惯性传感器的坐标系与所述靶标的坐标系之间的第一转换矩阵；判断光学定位装置在当前时刻是否采集靶标的第二位姿信息，若是，则以靶标在当前时刻的第二位姿信息作为靶标的当前位姿；若否，则获取惯性传感器在当前时刻采集的惯性传感器的第一位姿信息，并根据所述位置信息、当前时刻的第一位姿信息及第一转换矩阵获取靶标的当前位姿。该手术导航定位方法可以在光学定位装置短暂失效的情况下仍有效定位，确保手术顺利进行。

技术领域

本发明涉及医疗器械技术领域，具体涉及手术导航定位方法及系统、手术机器人系统。

背景技术

在机器人辅助膝关节手术中，需要能够实时地测量股骨的位姿，并根据股骨的位姿控制机械臂运动以使得安装于机械臂末端的工具能够对骨头进行打磨或执行截骨操作。

现有技术中通常采用在股骨上设置靶标，利用光学定位装置采集靶标的图像信息，然后结合图像处理的方式来对股骨进行定位。这种定位方式受光线影响较大，而且在手术过程中，还容易发生医生或手术器械遮挡，导致光学定位装置无法对采集到靶标的图像的情况，此时无法对股骨进行定位，对手术的执行产生不利影响。

发明内容

本发明的目的在于提供一种手术导航定位方法及系统、手术机器人系统，以在光学定位装置失效的情况下仍能够获取目标对象的位置信息，确保手术的顺利进行。

为实现上述目的，本发明提供了一种手术导航定位方法，至少用于获取靶标的位姿，所述靶标设置于一目标对象上，所述目标对象能够绕一旋转中心旋转以带动所述靶标绕所述旋转中心旋转，所述手术导航定位方法包括如下步骤：

获取所述旋转中心的位置信息；

获取设置在所述靶标上的惯性传感器的坐标系与所述靶标的坐标系之间的第一转换矩阵；

判断光学定位装置在当前时刻是否采集所述靶标的第二位姿信息，若是，则以所述靶标在当前时刻的所述第二位姿信息作为所述靶标的当前位姿；若否，则获取所述惯性传感器在当前时刻采集的所述惯性传感器的第一位姿信息，并根据所述旋转中心的位置信息、当前时刻的所述第一位姿信息及所述第一转换矩阵获取所述靶标的当前位姿。

可选地，根据所述惯性传感器采集的所述第一位姿信息以及所述光学定位装置采集的所述靶标的第二位姿信息获取所述第一转换矩阵，以及，根据所述第二位姿信息获取所述旋转中心的所述位置信息。

可选地，获取所述第一转换矩阵的步骤包括：

在所述靶标绕所述旋转中心旋转时，分别获取n个时刻下对应的n个所述第一位姿信息以及n个所述第二位姿信息；

根据n个所述第一位姿信息及n个所述第二位姿信息获取所述第一转换矩阵。

可选地，所述第二转换矩阵保持恒定；

所述手术导航定位方法包括：

实时获取所述第一位姿信息及所述第二位姿信息；

实时地对所述第一转换矩阵进行更新；

根据实时的所述第一位姿信息及更新的所述第一转换矩阵获取所述靶标的当前位姿。

可选地，实时地对所述第一转换矩阵进行更新的方法为：

根据当前时刻的所述第一位姿信息和当前时刻的所述第二位姿信息对所述第一转换矩阵进行更新；或者，

根据当前时刻的所述第一位姿信息和前一时刻的所述第二位姿信息对所述第一转换矩阵进行更新。

可选地，根据所述第二位姿信息获取所述旋转中心的位置信息的步骤包括：