[发明专利]骨科三维区域定位系统及方法

说明书

本发明提出一种骨科三维区域定位系统及方法，A组标定体相对固定在定位机构上，B组标定体相对固定在目标对象上；三维空间定位设备捕获A组标定体与所述B组标定体的空间位置，形成两者的三维位置关系；CT扫描设备扫描携带有所述B组标定体的目标对象，以获得三维模型；控制装置接收A组标定体与B组标定体的三维位置关系、及三维模型，响应于控制指令而选定三维模型中目标对象部上的三维区域，根据三维区域与B组标定体部的三维位置关系、及A组标定体与B组标定体的三维位置关系，确定三维区域与A组标定体的三维位置关系，以此控制所述定位机构移动。定位更准确，降低操作复杂度。

技术领域

本发明涉及骨科医疗技术领域，尤其涉及的是一种骨科三维区域定位系统及方法。

背景技术

骨科手术包括有在骨骼上进行通道钻入、区域切除等各种类型的手术，通常采用手术机械臂持手术工具来操作，例如手术机械臂末端安装手术刀进行开刀等。无论是手术前，手术机械臂需移动至患者的病患部位，还是在手术中，手术机械臂根据需要的进刀进行移动，都需要手术机械臂来进行定位。

目前，实现手术定位的方式通常是，前期手术规划来定位患者需要手术的部位的位置，在手术时通过医生来控制或指导手术工具进行移动，定位到手术工具至患者的病患部位并进行相应的操作，无法实现自动化定位，而且需要医生根据经验来规划判断病变区域的位置，所以对实际病变区域位置的定位并不十分准确，影响手术效果，操作复杂。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种骨科三维区域定位系统及方法，定位更准确，降低操作复杂度。

为解决上述问题，本发明提出一种骨科三维区域定位系统，包括：定位机构，A组标定体，B组标定体，三维空间定位设备，CT扫描设备及控制装置；

所述A组标定体相对固定在所述定位机构上，所述B组标定体相对固定在目标对象上；所述三维空间定位设备用以捕获所述A组标定体与所述B组标定体的空间位置，形成A组标定体与B组标定体的三维位置关系；所述CT扫描设备用以扫描携带有所述B组标定体的目标对象，以获得三维模型，所述三维模型包括有B组标定体部和目标对象部；

所述控制装置接收所述A组标定体与B组标定体的三维位置关系、及所述三维模型，响应于控制指令而选定所述三维模型中目标对象部上的三维区域，根据所述三维区域与所述B组标定体部的三维位置关系、及所述A组标定体与B组标定体的三维位置关系，确定所述三维区域与所述A组标定体的三维位置关系，而生成位置关系数据，根据所述位置关系数据控制所述定位机构移动。

根据本发明的一个实施例，所述A组标定体和B组标定体均具有至少三个标定体，每组中的至少三个标定体之间共面而不共线。

根据本发明的一个实施例，所述控制装置根据所述A组标定体建立第一坐标系，根据所述B组标定体建立第二坐标系；根据所述三维区域与所述B组标定体部的三维位置关系，将所述三维区域转换到所述第二坐标系中；并根据所述A组标定体与B组标定体的三维位置关系，通过坐标系转换将所述A组标定体、B组标定体及所述三维区域统一至同一全局坐标系下。

根据本发明的一个实施例，所述全局坐标系为所述第一坐标系或第二坐标系。

根据本发明的一个实施例，所述控制装置以B组标定体的a、b、c三个标定体建立第二坐标系O’x’y’z’，根据a、b、c三个标定体在三维模型的系统坐标系Oxyz中的位置，计算出系统坐标系Oxyz到第二坐标系O’x’y’z’的旋转矩阵R以及平移向量T；

假设系统坐标系Oxyz中的点P(x，y，z)为在目标对象部上点选的一点，根据下面公式(1)计算出P点在坐标系O’x’y’z’中的位置：

P’(x’，y’，z’)＝R·(P(x，y，z)-T) (1)

将选中的三维区域网格化，将各网格点以上述公式(1)计算进行坐标转换，从而将三维区域换到所述第二坐标系中。