一種用于手術導航的高精度光學定位系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明設及一種用于手術導航的光學定位系統(tǒng)，具體為一種用于手術導航的高精 度光學定位系統(tǒng)，屬于醫(yī)療設備領域。
【背景技術】
[0002] 手術導航是現代影像技術、立體定向技術與先進的計算機技術有機結合的成果。 手術導航系統(tǒng)是用于神經外科、耳鼻喉科、矯形科等微創(chuàng)手術的輔助設備。它對于提高手術 定位精度、減少手術損傷、優(yōu)化手術路徑W及提高手術成功率等都具有十分重要的意義。通 常，手術導航整個系統(tǒng)包括醫(yī)學影像工作站，W及一套與之相連的空間定位裝置。目前，醫(yī) 學影像的采集和處理部分在我國國內能夠進行自主研發(fā)，而空間定位系統(tǒng)則完全依賴國外 進口。由于進口空間定位設備的價格高居不下，嚴重阻礙了手術導航技術在我國的發(fā)展。本 文的目的是研發(fā)一種定位精確、性能穩(wěn)定、價格適中的光學=維定位系統(tǒng)，發(fā)展適合中國國 情的手術導航產品，讓國內大多數醫(yī)院能擁有此項先進技術。
[0003] 光學空間定位系統(tǒng)通過攝像機觀察目標，獲取目標圖像，在此基礎之上根據立體 視覺原理重建出目標的=維空間位置。根據被觀察目標是否有源，可大致分為被動式和主 動式。被動光學定位系統(tǒng)使用反射標記物作目標點。目標點反射光線并成像到傳感器。將幾 個此類標記物安裝在手術器械上，便可推算出手術器械的位置和方向。運種典型系統(tǒng)的定 位精度可達1mm，它主要受限于光學鏡頭的成像質量和視頻圖像的分辨率。運種定位系統(tǒng)安 裝和操作靈活方便，被觀察的對象無須導線的連接，更換手術器械方便。但是相對來說追蹤 能力不及主動工具，另外被動工具需要配置昂貴的反射球。目前國外已開發(fā)出的系統(tǒng)有 RokeManor Research公司的VI化AN系統(tǒng)、Bioengineering Technology&System公司的 ELITE系統(tǒng)、Oxford Metrics公司的VICON系統(tǒng)和德國化ainLab公司的Vector Vision系統(tǒng) 等。
[0004] 主動光學定位系統(tǒng)通常將一組發(fā)光二極管安裝在剛體上，發(fā)光二極管按特定的順 序發(fā)射紅外光，攝像機接受信號，根據發(fā)光二極管的發(fā)光順序和在攝像機敏感元件上的成 像位置可W確定發(fā)光二極管的空間位置。確定了發(fā)光二極管的空間位置后就可W推知剛體 的空間位置和運動情況。由于它主動發(fā)射信號，因而精確度相對較高，追蹤過程較穩(wěn)定。最 大的缺點就是帶有供電電纜，操作不便。目前國外的NDI公司的化totrak 3020系統(tǒng)是經典 代表，精度最高可達0.1mm。為了使醫(yī)生操作更加方便，不少國外廠家已經開始通過在工具 中安裝電池供電使其變?yōu)橹鲃庸ぞ?。例如Stryker公司的InstaTrak3500 Plus系統(tǒng)等。而對 于紅外線光學定位系統(tǒng)，主要的產品有NDI公司的Polar is定位跟蹤系統(tǒng)和化to化ack定位 器，Image Guided Technology公司的Flashpoint 5000，Sulzer Medical公司的 Navitrackr電磁和光學結合的系統(tǒng)等。
【發(fā)明內容】
[0005] 本發(fā)明的目的在于為了解決上述問題而提供一種用于手術導航的高精度光學定 位系統(tǒng)。
[0006] 本發(fā)明通過W下技術方案來實現上述目的：一種用于手術導航的高精度光學定位 系統(tǒng)，包括高精度光學定位系統(tǒng)平臺W及驅動高精度光學定位系統(tǒng)平臺的軟件模塊;所述 高精度光學定位系統(tǒng)平臺包括帶有兩個攝像頭的雙目視覺系統(tǒng)、主動或被動式定位器、標 記物和醫(yī)學影像工作臺；
[0007] 在所述高精度光學定位系統(tǒng)平臺上還安裝有四個發(fā)光彩燈作為標記點;所述雙目 視覺系統(tǒng)的攝像頭采用PAL信號輸出，并通過視頻端口與醫(yī)學影像工作站相連；
[0008] 所述軟件模塊是基于所述高精度光學定位系統(tǒng)平臺，并且W計算機為載體的軟件 驅動。
[0009] -種基于高精度光學定位系統(tǒng)平臺的操作方法，包括如下步驟：
[0010] 1)、點擊手術導航術中處理菜單，會彈出兩個選項:標定W及匹配和反投影，它們 分別對應兩個對話框，用于進行標定和立體匹配的界面操作；
[0011] 2)、點擊按鈕"角點檢測"，對標定板進行角點檢測，當兩個顯示框中都能完全檢測 到標定板的角點時，點擊按鈕"保存圖像和標定"；
[0012] 3)、點擊"Loadlmage"和"LoacLri曲t"按鈕，分別裝載左右兩幅待匹配的圖像，圖 像顯示在對話框上方的兩個圖像控件中
[0013] 4)、點擊按鈕"Img_stack"將兩幅圖像按從左到右的順序組成一幅圖像并且顯示 在對話框中間的圖像控件中；
[0014] 5)、點擊按鈕"Initialize Ml M2"用來將標定得到的標定參數導入，用于求標記 點的空間坐標；
[0015] 6)、點擊按鈕"Match_image"用來對兩幅圖像中的標記點進行匹配并求出其在控 件中的坐標，標記點的在左右兩幅圖中的質屯、坐標W及在控件中的坐標顯示在對話框的下 方。
[0016] 進一步，重復2)的步驟，當保存10張圖片后，系統(tǒng)將會對所拍攝到得圖片進行標定 操作，得到標定的參數，同時在對話框中的左下角部分顯示標定參數。
[0017] 本發(fā)明的有益效果是：W自主研制的可見光雙目視覺系統(tǒng)為平臺，采用基于變換 的脊檢測方法進行角點亞像素提取，同時采用極線約束的絕對灰度差分和匹配算法進行立 體匹配;該系統(tǒng)具有穩(wěn)定、可靠、成本低、標定方法簡單、匹配準確和定位精度高等特點，能 夠滿足外科手術導航的要求;成像使可W直接從視頻端口看到形象的圖形，直觀的反映出 來，使手術導航定位簡單化，插孔和插頭之間能夠進行簡單的拆卸和安裝，運種定位系統(tǒng)安 裝和操作靈活方便，被觀察的對象無須導線的連接，更換手術器械方便。
【附圖說明】
[0018] 下面結合附圖中的實施例對本發(fā)明作進一步的詳細說明，但并不構成對本發(fā)明的 任何限制。
[0019] 圖1為本發(fā)明所述整體安裝結構示意圖；
[0020] 圖2為本發(fā)明所述主動式定位器；
[0021] 圖3為本發(fā)明所述被動式定位器；
[0022] 圖4為本發(fā)明所述第一安裝孔和第二安裝孔結構；
[0023] 圖5為本發(fā)明所述插頭結構示意圖；
[0024] 圖6為本發(fā)明所述插孔結構示意圖；
[0025] 圖7為本發(fā)明軟件平臺主操作界面；
[0026] 圖8為本發(fā)明軟件平臺標定操作用戶界面；
[0027] 圖9為本發(fā)明軟件平臺立體匹配操作界面；
[00%]圖10為本發(fā)明雙目視覺系統(tǒng)的標定結果；
[0029] 圖11為本發(fā)明雙目立體視覺的匹配結果；
[0030] 圖中：1、醫(yī)學影像工作站，2、第一攝像頭，3、第二攝像頭，4、傳輸線，5、電腦處理 器，6、視頻端口，7、主動式定位器，8、標記點a，9、被動式定位器，10、標記點b，11、第一安裝 孔，12、束^安裝孔，13、插孔，14、插頭。
【具體實施方式】
[0031] 下面將結合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完 整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；?本發(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他 實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
[0032] 如圖1至圖6,一種用于手術導航的高精度光學定位系統(tǒng)，包括醫(yī)學影像工作站1、 第一攝像頭2、第二攝像頭3、傳輸線4、電腦處理器5、視頻端口 6、主動式定位器7、標記點曰8、 被動式定位器9、標記點blO、第一安裝孔11、第二安裝孔12、插孔13和插頭14;所述醫(yī)學影像 工作站1側壁設置有第一安裝孔11和第二安裝孔12,并且所述第一安裝孔11位于第二安裝 孔12-側;所述醫(yī)學影像工作站1側壁設置有插孔13且所述插孔13和與傳輸線4連接的插頭 14緊密連接;所述傳輸線4 一端與電腦處理器5緊密連接且所述電腦處理器5通過傳輸線4與 視頻端口 6相連;所述醫(yī)學影像工作站1通過光源和主動式定位器7、被動式定位器9連接，并 且所述主動式定位器7內部設置有標記點a8;所述被動式處理器9表面設置有標記點b 10;所 述第一安裝孔11和第二安裝孔12內部分別安裝有第一攝像頭2和第二攝像頭3。
[0033] 作為本發(fā)明的一種技術優(yōu)化方案:所述醫(yī)學影像工作站為長方體結構，并且所述 醫(yī)學影像工作站底端設置有四個支腳;所述第一攝像頭2位于第二攝像頭3-側;所述插頭 14為圓柱形結構，并且所述插頭14 一端設置有連接頭;所述主動式定位器7內部設置有若干 個有序排列的標記點曰8,并且所述主動式定位器7為多段結構安裝組成;所述被動式定位器 9表面設置有支架，并且若干個所述標記點blO設置于支架頂端;所述第一攝像頭2和第二攝 像頭攝像頭3采用PAL信號輸出，輸出信號的分辨率可達640*48