[发明专利]一种解决光学遮挡的手术导航装置及导航方法

权利要求书

1.一种解决光学遮挡的手术导航装置，其特征在于，包括：

光学跟踪设备(d)；

组合装置(a)，所述组合装置(a)包括被动式跟踪刚体(a1)、内窥镜(a2)以及相机(a3)，所述被动式跟踪刚体(a1)刚性固定于内窥镜(a2)尾端上方，相机(a3)刚性固定于内窥镜(a2)尾端下方；

支架(c)；所述支架(c)尾端固定于手术部位附近的手术台上；

以及棋盘标定板(b)；所述棋盘标定板(b)刚性固定于支架(c)顶端。

2.基于权利要求1所述的一种解决光学遮挡的手术导航装置的导航方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：在手术前，分别需要获取以下变换矩阵：

1)棋盘标定板(b)坐标系至相机(a3)坐标系的变换矩阵，记为并记录当前位姿下被动式跟踪刚体(a1)坐标系至世界坐标系的变换矩阵，记为相机(a3)的内参矩阵，记为M；

2)被动式跟踪刚体(a1)坐标系至内窥镜(a2)坐标系的变换矩阵，记为

3)被动式跟踪刚体(a1)坐标系至相机(a3)坐标系的变换矩阵，记为

4)内窥镜(a2)坐标系至相机(a3)坐标系的变换矩阵，记为

5)棋盘标定板(b)坐标系至世界坐标系的变换矩阵，记为

步骤二：在手术中，将光学跟踪设备(d)捕获的内窥镜(a2)的位姿信息O与利用组合装置(a)捕获的内窥镜(a2)的位姿信息B修正后的位姿信息B’输入扩展卡尔曼滤波器中，由扩展卡尔曼滤波器估计出较优的位姿信息，并以此作为内窥镜(a2)的跟踪结果；其中，当光学跟踪设备(d)的跟踪光线没有被遮挡时，扩展卡尔曼滤波器主要根据位姿信息O与修正后的位姿信息B’来估计出较优的位姿信息；当跟踪光线被遮挡时，扩展卡尔曼滤波器根据修正后的组合装置(a)捕获的内窥镜(a2)的位姿信息B'来估计出较优的位姿信息。

3.根据权利要求2所述导航方法，其特征在于，步骤一中第1)条获取的变换矩阵的方法具体为：

利用相机(a3)、被动式跟踪刚体(a1)、棋盘标定板(b)、光学跟踪设备(d)根据张正友标定法，获取相机(a3)的内参矩阵M与棋盘标定板(b)坐标系至相机(a3)坐标系的变换矩阵并通过光学跟踪设备(d)记录当前位姿下被动式跟踪刚体(a1)坐标系至世界坐标系的变换矩阵，记为

4.根据权利要求2所述导航方法，其特征在于，步骤一中第2)条获取的变换矩阵的方法具体为：

利用内窥镜(a2)、被动式跟踪刚体(a1)、棋盘标定板(b)、光学跟踪设备(d)根据手眼标定法，获取被动式跟踪刚体(a1)坐标系至内窥镜(a2)坐标系的变换矩阵，记为

5.根据权利要求2所述导航方法，其特征在于，步骤一中第3)条获取的变换矩阵的方法具体为：

利用相机(a3)、被动式跟踪刚体(a1)、棋盘标定板(b)、光学跟踪设备(d)根据手眼标定法，获取被动式跟踪刚体(a1)坐标系至相机(a3)坐标系的变换矩阵

6.根据权利要求2所述导航方法，其特征在于，步骤一中第4)条获取的变换矩阵的方法具体为：

根据式(一)求得内窥镜(a2)坐标系至相机(a3)坐标系的变换矩阵

其中：为术前获得的的逆矩阵。

7.根据权利要求2所述导航方法，其特征在于，步骤一中第5)条获取的变换矩阵的方法具体为

根据公式(二)求解出棋盘标定板(b)坐标系至世界坐标系的变换矩阵

其中：为术前获得的的逆矩阵。