[发明专利]手术导航穿刺针的标定装置及其标定方法

权利要求书

1.一种手术导航穿刺针的标定装置，其特征在于，包括：固定杆体、卡锁装置、滑动杆体、滑动销体和V型槽条；

所述固定杆体上铣有V型凹槽，所述固定杆体的两侧伸出有支杆，所述支杆上钻有螺孔；所述卡锁装置内部具有卡锁槽，所述卡锁装置内部具有卡锁条，所述卡锁装置安装于固定杆体的V型凹槽起始端；所述滑动杆体下方有卡住固定杆体的卡槽，所述滑动杆体的一侧伸出有支杆，所述支杆上钻有螺孔，所述滑动杆体内部具有滑动槽；所述滑动销体上方钻有螺孔，所述滑动销体位于滑动杆体内部的滑动槽中；所述V型槽条一端为斜切面，所述V型槽条固定在滑动杆体卡住固定杆体的卡槽内，所述V型槽条位于固定杆体的V型凹槽内，所述V型槽条具有斜切面的一端和固定杆体的V型凹槽起始端在同一侧；

所述固定杆体的V型凹槽用于固定手术导航穿刺针，所述固定杆体上的螺孔用于装卸建立基准坐标系的反光球；所述卡锁装置内部的卡锁条用于锁紧手术导航穿刺针；所述滑动杆体在固定杆体上作直线滑动，所述滑动杆体的滑动距离由手术导航穿刺针的长度确定，所述滑动杆体上的螺孔用于装卸测量滑动杆体相对固定杆体滑动距离的反光球；所述滑动销体在滑动杆体内部滑动槽中作直线滑动，所述滑动销体上的螺孔用于装卸测量滑动销体相对固定杆体滑动距离的反光球，所述滑动销体的滑动距离由手术导航穿刺针的直径确定；所述V型槽条一端的斜切面与滑动杆体内部的滑动槽的下端面共面，所述V型槽条与固定杆体的V型凹槽相互配合，所述V型槽条与滑动销体互相接触。

2.根据权利要求1所述的手术导航穿刺针的标定装置，其特征在于，所述固定杆体上的V型凹槽用于放置任意规格的手术导航穿刺针；安装在固定杆体两侧支杆螺孔上的用于装卸建立基准坐标系的反光球数量至少为三个，当所述固定杆体上用于装卸建立基准坐标系的反光球数量为三个或者三个以上时，所述用于装卸建立基准坐标系的反光球之间的连线为折线。

3.根据权利要求1所述的手术导航穿刺针的标定装置，其特征在于，所述卡锁装置包括固定体、卡锁条、弹簧和旋转钮，所述卡锁条穿过所述弹簧位于所述固定体中，在卡锁装置内部的卡锁槽中滑动，所述旋转钮套在穿过固定体的卡锁条上，所述旋转钮用于限制卡锁条的滑动位置，所述固定体安装在固定杆体上。

4.根据权利要求1所述的手术导航穿刺针的标定装置，其特征在于，所述滑动杆体下方的卡槽与固定杆体相互配合，从而约束滑动杆体在固定杆体上沿着卡槽方向作直线滑动；滑动杆体一侧有旋转操作件，所述旋转操作件用于锁定滑动杆体与固定杆体之间的相对滑动；滑动杆体内设有滑动槽，所述滑动槽用于约束滑动销体的滑动方向和空间。

5.根据权利要求1所述的手术导航穿刺针的标定装置，其特征在于，所述滑动销体装配于滑动杆体的滑动槽内，所述滑动销体在滑动杆体的滑动槽内作直线滑动，所述滑动销体的直线滑动分解为垂直于滑动杆体的滑动方向的滑动和平行于滑动杆体的滑动方向的滑动。

6.一种应用于根据权利要求1所述的手术导航穿刺针的标定装置的标定方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)根据光学导航系统跟踪到的所有用于建立基准坐标系的反光球球心坐标，建立起固定杆体的OXYZ直角坐标系；

2)通过固定杆体上反光球与V型凹槽槽沟的相对几何关系，确定V型凹槽槽沟在固定杆体的OXYZ直角坐标系下的方向

3)根据固定杆体上反光球与V型凹槽槽沟的相对几何关系，确定固定杆体上方V型凹槽槽沟起始点Vin在固定杆体的OXYZ直角坐标系下的坐标P_Vin，同时根据固定杆体的制作尺寸确定固定杆体的V型凹槽槽沟起始点Vin沿着槽沟方向到滑动杆体的最短距离d；

4)通过光学导航系统跟踪滑动销体上方的反光球球心坐标，确定滑动销体上方的反光球球心在固定杆体的OXYZ直角坐标系下的初始坐标位置P_{pin_ori}，在所述初始坐标位置P_{pin_ori}滑动销体的销尖与固定杆体的V型凹槽槽沟相互接触，滑动杆体到V型凹槽槽沟起始点Vin的距离最短，所述距离为d；

5)标定手术导航穿刺针时，手术导航穿刺针的针尖从固定杆体的V型凹槽起始端穿入，当手术导航穿刺针的针体完全进入到固定杆体的V型凹槽内后，使用卡锁装置锁紧手术导航穿刺针；

6)滑动所述滑动杆体向手术导航穿刺针的针尖靠近，直到手术导航穿刺针的针尖与滑动销体的销尖接触时，停止滑动，记录此时滑动销体上方的反光球球心在固定杆体的OXYZ直角坐标系下的坐标P_{pin_dist}；

7)计算出针尖在固定杆体的OXYZ直角坐标系下的坐标P_tip和针轴方向

8)针尖坐标P_tip和针轴方向通过坐标变换得到在手术导航穿刺针的O′X′Y′Z′直角坐标系下的针尖坐标和针轴方向；

所述步骤(1)中，固定杆体的OXYZ直角坐标系定义如下：以固定杆体上表面为XOY平面，固定杆体的V型凹槽的槽沟方向和X轴方向平行，且从V型凹槽的槽沟的起始端指向V型凹槽的槽沟的末端的方向为X轴正方向，V型凹槽的槽沟的起始点在XOY平面的投影为原点；Z轴定义为过原点且垂直于固定杆体上表面，原点指向固定杆体的上表面方向为正方向；使用右手定则确定Y轴方向。