[发明专利]一种面向膝盖软骨移植术的术中器具位姿导航装置及方法

摘要

本发明涉及一种面向膝盖软骨移植术的术中器具位姿导航装置及方法，其步骤：设置导航装置；对光源标定；获取互相关图像；将互相关图像上的峰值求和得到水平方向像素的偏移量，得到整个场景的深度图；将目标物体在世界坐标系上的坐标值转换到追踪器电子单元，统一由电子单元坐标系表示；采用改进的基于中点插值的立方格子算法生成实体曲面；分别计算生成实体曲面的所有点云三维坐标的加权平均值，即曲面的重心；存储等边三角形三个点的三维坐标；计算等边三角形极小邻域内的法向量，即为术中器具的当前位置；把曲面重心坐标值和法向量传送给六轴机械手，控制六轴机械手尖端以垂直于曲面的姿态到达点G，实现术中器具的位姿导航。

主权项

一种面向膝盖软骨移植术的术中器具位姿导航方法，其特征在于包括以下步骤：1)设置一包括内窥镜探管、六轴机械手、追踪器电子单元、电磁式位置追踪器和电脑的导航装置；内窥镜探管与电磁式位置追踪器，该电磁式位置追踪器经追踪器电子单元与电脑连接，同时，六轴机械手经另一电磁式位置追踪器与追踪器电子单元连接；2)在距离内窥镜探管5‑20mm的范围内，每隔1mm取一个参考平面并把参考平面的散斑图像保存下来，标定后共保存了15幅散斑图像；3)水下环境中将内窥镜探管放入膝盖切口，使内窥镜探管前端与软骨表面之间距离10mm处投射散斑图案并拍摄图像，将该图像与先前保存的15幅参考图像依次进行互相关计算，共得15幅互相关运算结果图像；4)互相关图像上的峰值处表示空间物体存在的位置，将峰值求和得到水平方向像素的偏移量Δx，经插值运算得到整个场景的深度图；5)将目标物体在世界坐标系上的坐标值转换到追踪器电子单元，统一由电子单元坐标系表示；6)采用改进的基于中点插值的立方格子算法，在OpenGL平台渲染生成实体曲面；7)分别计算生成实体曲面的所有点云三维坐标的加权平均值，即曲面的重心G的坐标值为8)搜索以点G为圆心，r为半径的圆上三个点云，当且仅当组成一个等边三角形时，存储这三个点的三维坐标，记等边三角形的顶点分别为P1，P2，P3；9)计算等边三角形任意两边的向量积，求得等边三角形极小邻域内的法向量，则过点G的法向量代表了术中器具垂直于曲面的姿态，G即为术中器具的当前位置；10)把步骤7)中曲面重心G的坐标值和步骤9)中的G的法向量由电脑实时传送给六轴机械手，控制六轴机械手尖端以垂直于曲面的姿态到达点G，实现术中器具的位姿导航。