CN117379177A - 骨钉连接件、外科手术导航装置、方法及处理设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种骨钉连接件、外科手术导航装置、方法及处理设备，涉及医疗器械技术领域，骨钉连接件包括：连接的连接段和检测段，连接段用于可拆卸地连接骨钉的头部；检测段作为对骨钉头部结构的延伸，用于与固定在机械臂末端的探针配合，以检测骨钉在机器人基座标系下的位置信息；骨钉用于植入操作对象的操作区域内。本发明将通过骨钉连接件快速确定骨钉在机器人基座标系下的位置信息，以及骨钉在医学影像坐标系下的位置信息结合，实现两个坐标系之间的对应关系的确定，最终实现操作路径在机器人基座标系下的快速准确的定位，使得神经外科导航过程简单，且精度高。

Description

骨钉连接件、外科手术导航装置、方法及处理设备

技术领域

本发明涉及医疗器械技术领域，具体而言，涉及一种骨钉连接件、外科手术导航装置、方法及处理设备。

背景技术

手术导航的目的是将病人术前的影像数据和手术床上的病人解剖结构精准对应，为手术规划提供了模拟工具，作为辅助工具，降低了手术风险，提高了手术精度。神经外科是以外科的方法来诊断与治疗中枢神经系统、周围神经系统和自主神经系统及其支撑结构(颅骨、脊柱等)疾病的医学。由于神经外壳手术的对象是结构复杂的大脑，所以神外手术中对导航的各项要求很高。

目前，采用TOF传感器，机器视觉，光学扫描匹配等方案实现手术导航。

上述现有导航方案步骤较多，使得操作复杂度高，导航时间长，且受外界因素影响大，使得在神经外科手术导航过程中，无法满足精度及速度要求。

发明内容

为了解决上述技术问题，提出了一种骨钉连接件、外科手术导航装置、方法及控制器。

第一方面，本发明提供了一种骨钉连接件，用于外科手术导航，包括：

互相连接的连接段和检测段，所述连接段用于可拆卸地连接骨钉的头部；所述检测段作为对所述骨钉头部结构的延伸，用于与固定在执行手术导航的机械臂末端的注册探针配合，以检测所述骨钉在机器人基座标系下的位置信息；

其中，所述骨钉用于植入操作对象的操作区域内，所述骨钉在医学影像坐标系下的位置信息以及机器人基座标系下的所述位置信息之间的对应关系用于确定外科手术导航中涉及的操作路径在所述机器人基座标系下的路径信息，所述操作路径在所述操作区域内。

可选地，本发明提供的所述的骨钉连接件，所述骨钉连接件为柱状结构。

可选地，本发明提供的所述的骨钉连接件，所述骨钉连接件的连接段的顶部设置有凹陷，所述凹陷用于连接所述骨钉的头部。

可选地，本发明提供的所述的骨钉连接件，所述连接段为锥形结构，所述锥形结构的外径大于所述检测段的柱状结构的外径。

第二方面，本发明提供的一种外科手术导航装置，包括骨钉及如第一方面所述的骨钉连接件，所述骨钉用于植入操作对象的操作区域内。

第三方面，本发明提供的一种外科手术导航方法，所述外科手术导航方法利用如第二方面所述的外科手术导航装置实现，所述外科手术导航方法包括：

获取操作对象的操作区域中的第一路径信息、骨钉的第一位置信息及所述骨钉的第二位置信息，所述第一路径信息为操作路径在医学影像坐标系下的路径信息，所述第一位置坐标为所述骨钉在所述医学影像坐标系下的位置坐标，所述第二位置信息为所述骨钉在机器人基座标系下的位置坐标；

根据所述第一位置信息及所述第二位置信息确定所述医学影像坐标系到所述机器人基座标系的对应关系；

根据所述对应关系确定在的所述操作路径在所述机器人基座标系下的第二路径信息。

可选地，本发明提供的外科手术导航方法，所述变化关系包括平移矩阵及旋转矩阵，所述对应关系包括平移矩阵及旋转矩阵，所述根据所述第一位置信息及所述第二位置信息确定所述医学影像坐标系到所述机器人基座标系的对应关系包括：

基于预设算法，确定根据所述第一位置信息及所述第二位置信息，确定所述平移矩阵及所述旋转矩阵。

可选地，本发明提供的外科手术导航方法，所述操作路径包括目标操作点及起始点，所述第一路径信息及所述第二路径信息包括所述目标操作点及说话时起始点的位置信息，以及所述目标操作点及所述起始点之间的方向信息。

可选地，本发明提供的外科手术导航方法，所述根据所述对应关系确定在的所述操作路径在所述机器人基座标系下的第二路径信息包括：

基于所述平移矩阵及所述目标操作点及所述起始点在所述影像坐标系下的所述位置信息，确定所述目标操作点及所述起始点在所述机器人基座标系下的位置信息；

基于所述旋转矩阵及所述医学影像坐标系下的所述方向信息，确定所述目标操作点与所述起始点在所述机器人基座标系下的方向信息。

第四方面，本发明提供一种处理设备，所述处理设备包括处理器及存储器，所述处理器包括存储在其中并可在其上运行的计算机程序指令，所述处理器执行所述计算机程序指令时用于实现如权利要求第三方面所述的外科手术导航方法。

本发明提供的骨钉连接件、外科手术导航装置、方法及处理设备，通过在操作对象的操作区域内预先设置的骨钉，作为外科手术导航过程中确定操作路径在机器人基座标系下的路径信息的参考点，进而通过设置的骨钉连接件，对该骨钉结构实现延伸，即使得骨钉连接件的连接段可拆卸的安装在该骨钉的头部后，与该连接段连接的检测段能够提供一个沿着骨钉头部方向向外延伸的辅助结构，从而使得在导航过程中，伸出的辅助结构与固定在执行外科手术导航的机械臂上的注册探针配合，使得在机械臂牵引注册探针移动进行机器人基座标系下的骨钉位置探测时，能够通过该检测段快速捕捉到骨钉所在，实现骨钉的快速准确定位，为后续的操作路径的路径信息的确定提供精确可靠的参考依据。即在导航过程中，将通过骨钉连接件快速确定骨钉在机器人基座标系下的位置信息，以及骨钉在医学影像坐标系下的位置信息结合，实现两个坐标系之间的对应关系的确定，最终实现操作路径的快速准确的定位及注册，使得神经外科导航过程简单，且精度高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例的操作对象的操作区域以及植入骨钉的结构示意图；

图2为本发明一些实施例提供的骨钉的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的骨钉连接件的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的注册探针的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的注册探针及骨钉连接件配合的结构示意图；

图6为本发明实施例提供的外科手术导航方法的流程示意图；

图7为本发明实施例提供的外科手术导航装置的结构示意图；

图8为本发明实施例的控制器可信启动装置的结构示意图。

附图标记说明：

1-骨钉，11-头部，2-骨钉连接件，21-连接段，22-检测段，3-注册探针，4-光电传感器。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。虽然附图中显示了本发明的某些实施例，然而应当理解的是，本发明可以通过各种形式来实现，而且不应该被解释为限于这里阐述的实施例，相反提供这些实施例是为了更加透彻和完整地理解本发明。应当理解的是，本发明的附图及实施例仅用于示例性作用，并非用于限制本发明的保护范围。

应当理解，本发明的方法实施方式中记载的各个步骤可以按照不同的顺序执行，和/或并行执行。此外，方法实施方式可以包括附加的步骤和/或省略执行示出的步骤。本发明的范围在此方面不受限制。

本文使用的术语“包括”及其变形是开放性包括，即“包括但不限于”。术语“基于”是“至少部分地基于”。术语“一个实施例”表示“至少一个实施例”；术语“另一实施例”表示“至少一个另外的实施例”；术语“一些实施例”表示“至少一些实施例”；术语“可选地”表示“可选的实施例”。其他术语的相关定义将在下文描述中给出。需要注意，本发明中提及的“第一”、“第二”等概念仅用于对不同的装置、模块或单元进行区分，并非用于限定这些装置、模块或单元所执行的功能的顺序或者相互依存关系。

需要注意，本发明中提及的“一个”、“多个”的修饰是示意性而非限制性的，本领域技术人员应当理解，除非在上下文另有明确指出，否则应该理解为“一个或多个”。

本发明实施方式中的多个装置之间所交互的消息或者信息的名称仅用于说明性的目的，而并不是用于对这些消息或信息的范围进行限制。

可以理解，外科手术之前，需要对操作的目标点，如检测区域或病灶区域进行标记，进而在医学处理软件中对该标记点进行注册，使得执行器能够准确的定位到待操作的目标点，以实现手术导航。

还可以理解，对于神经外科手术，其手术对象是结构复杂的大脑，所以神外手术中对导航的各项要求很高：首先，脑组织血管密布且每部分都对于人体格外重要，所以导航的精度要高；其次，脑组织比较脆弱，对压力、温度等因素比较敏感，所以神外手术尽量压缩手术时间，避免伤害病人脑组织；最后，因为神外手术精度要求高，所以往往对导航的仪器精度要求也高。

本发明实施例中，为了提高外科手术，如神经外科手术导航场景下的导航精度，降低复杂度，以降低整个操作时间，通过在操作对象的操作区域预先植入骨钉，作为确定操作区域的目标操作点在机器人基座标系下的位置信息的参考点；进而利用设计的骨钉连接件，其连接段在可拆卸地安装到骨钉的头部后，其检测段能够在沿骨钉方向延伸出一个辅助结构，从而使得在导航过程中，伸出的辅助结构与执行导航的机械臂上的注册探针配合，使得注册探针通过骨钉连接件准确检测骨钉在机器人基座标系下的位置信息，进而将探测的骨钉在机器人基座标系下的位置信息，以及骨钉在医学影像坐标系下的位置信息结合，作为外科手术导航过程中的基准点，以利用不同坐标系下的骨钉坐标转换，为了探针注册过程提供准确参考，实现了目标点的快速准确定位及注册。

可以理解，本发明实施例所提供的骨钉连接件、外科手术导航装置、方法及控制器，可以用于外科手术导航场景，如在神经外科手术导航场景下，以简化导航操作过程，提高导航精度。

还可以理解，在该场景下，即在外科手术导航过程中，还涉及机械臂、六维力传感器、注册探针、骨钉及处理设备等。

该六维力传感器安装在机械臂末端，该注册探针固定在该六维力传感器上。该机械臂作为智能机器人，根据输入控制参数的控制下，牵引注册探针移动，实现参考点的定位注册，进而利用参考点实现目标操作点的定位注册，进而实现手术导航。

可以理解，该目标操作点，即为手术过程中的操作区域的操作位置，如病灶位置区等。对应的，该参考点即为手术导航过程中，为了辅助机器人准确定位目标操作点而设置的对准点。

则本发明实施例中，为了提升操作精度，简化操作难度，对于手术导航过程中的对准点，可以通过植入的骨钉来实现。

为了更好的理解本发明实施例提供的骨钉连接件、外科导航装置、方法及控制器，下面通过附图详细阐述。

如图1所示，在神经外科手术导航场景下，首先可以对于操作对象的操作区域，可以预先植入骨钉，即可以在操作对象的头部植入骨钉，如植入至少3枚。

可以理解，所植入的骨钉，为医疗领域中的能够植入操作对象机体内的结构，又可以称为微螺钉种植体、种植钉、支抗钉等，通常由纯钛或钛合金或不锈钢制成。

如图2所示，在一些实施例中，该骨钉1可以为螺钉结构，其头部11为倒锥形结构。

可以理解，本发明实施例中对于骨钉的具体结构不做限制。实际中，可以根据操作对象及操作区域灵活选择。

可以理解，操作区域内所植入的骨钉能够在医学影像中成像，如在CT或MRI等影像图像中有对应的成像，从而可以在骨钉固定完成后，对操作对象的操作区域进行医学影像手段采集图像时，能够被显示在影像中，从而能够在后续的手术导航过程中，为操作路径中的目标操作点的定位提供参考依据，即处理设备能够通过采集的医学影像数据，获取到骨钉在医学影像坐标系下的位置信息。

即本发明实施例中，通过在操作区域内植入骨钉，并借助设置的骨钉连接件，从而可以在手术导航过程中，通过设置在机械臂上的注册探针实现骨钉的准确定位，以作为目标操作点的参考点，为目标操作点的定位提供依据。

进一步，图3所示为本发明实施例提供的骨钉连接件2，该骨钉连接件2用于上述外科手术导航过程，以辅助注册探针快速准确的探测标记点。

互相连接的连接段21和检测段22，该连接段用于可拆卸地连接骨钉的头部；该检测段作为对该骨钉头部结构的延伸，用于与固定在执行手术导航的机械臂末端的注册探针配合，以检测该骨钉在机器人基座标系下的位置信息。

其中，该骨钉用于植入操作对象的操作区域内，该骨钉在医学影像坐标系下的位置信息以及机器人基座标系下的该位置信息之间的对应关系用于确定外科手术导航中涉及的操作路径在该机器人基座标系下的路径信息，该操作路径在该操作区域内。

具体地，本发明实施例中，为了方便注册探针快速准确的捕捉到外科手术导航场景下在操作区域内预先设置的参考点，即骨钉所在位置，设置的骨钉连接件，包括互相连接的连接段及检测段。

该连接段用于可拆卸地连接在骨钉头部，以实现骨钉连接件与骨钉的可拆卸连接。

该检测段用于与固定在机械臂末端的注册探针配合，以使得注册探针检测到该骨钉在机器人基座标系下的位置信息。

对应的，本发明实施例中的骨钉所在位置，作为参考点，设置在操作对象的操作区域内。该骨钉的头部可以露出操作区域表面，以在手术导航过程中，方便与骨钉连接件连接。

可以理解，本发明实施例中提供的用于外科神经导航手术过程中的骨钉连接件，借助在操作对象的操作区域内预先设置的骨钉，作为外科手术导航过程中确定操作路径在机器人基座标系下的路径信息的参考点，进而通过该骨钉连接件，对该骨钉结构实现延伸，即使得骨钉连接件的连接段可拆卸的安装在该骨钉的头部后，与该连接段连接的检测段能够提供一个沿着骨钉头部方向向外延伸的辅助结构，从而使得在导航过程中，伸出的辅助结构与固定在执行外科手术导航的机械臂上的注册探针配合，使得在机械臂牵引注册探针移动进行机器人基座标系下的骨钉位置探测时，能够通过该检测段快速捕捉到骨钉所在，实现骨钉的快速准确定位，为后续的操作路径的路径信息的确定提供精确可靠的参考依据。即在导航过程中，将通过骨钉连接件快速确定骨钉在机器人基座标系下的位置信息，以及骨钉在医学影像坐标系下的位置信息结合，实现两个坐标系之间的对应关系的确定，最终实现操作路径的快速准确的定位及注册，使得神经外科导航过程简单，且精度高。

可选地，如图3所示，本发明的一些实施例中，为了实现骨钉连接部的连接段与骨钉头部的稳定连接，可以在该连接段的顶部设置凹陷，从而利用该凹陷连接该骨钉的头部，即将该骨钉的头部伸入该凹陷结构，以实现稳定连接。

可选地，本发明的一些实施例中，该骨钉连接件的两部分，即连接段及检测段连接后呈现柱状结构。

例如，该骨钉连接件可以为一体成型的圆柱体。并且在连接段的顶部设置凹陷。

或者，如图3所示，圆柱体结构的连接段及圆柱体结构的检测段通过拼接的方式，形成该骨钉连接件。

可选地，在本发明的另一些实施例中，在骨钉连接件的柱状结构设置下，以及如图2所示的骨钉的头部结构设置下，为了增加骨钉连接件与骨钉连接的稳定性，可以将该连接段设置为锥形结构。

该锥形结构的顶端设置的凹陷，能够与骨钉头部的螺帽结构适应性的配合，实现稳定连接。

例如，如图3所示，该连接段设置为六边形的锥形结构，六边形的一端每条边长略微小于骨钉螺帽的边长，使得这一端可以嵌入螺帽而且能够保持与螺钉的相对位置。六边形面向上拉伸成一个圆形凸台，圆柱状部分可以伸入到探针末端的圆筒。

可以理解，本发明实施例的骨钉连接的具体结构，可以根据骨钉头部结构，灵活设置，只需能够在与骨钉可拆卸连接后，能够在骨钉的延伸方向上提供一个延伸结构，以与注册探针配合，辅助注册探针快速准确的实现骨钉的定位即可。

可选地，本发明的一些实施例中，该连接件为塑料材质，尽可能降低重量，降低操作对象的不适度。

可以理解，本发明实施例中，所涉及的注册探针如图4所示，该注册探针可以为筒状结构，其内部可以设置有传感器，用于在手术导航过程中，对检测段进行探测。

即该柱状结构的检测段可以伸入筒状结构的注册探针内部，实现与注册探针的配合，以使得在伸入该注册探针内部后，能够被内部设置的传感器检测到，即借助骨钉连接件实现骨钉在机器人基座标系下的位置探测。

例如，如图5所示，一些实施例中，可以在注册探针内部设置光电传感器，以实现对检测段的检测。

进一步，在一些实施例中，为了提高检测精度，还可以在内部设置两个光电传感器。

则如图5所示，本发明实施例的骨钉连接件及上述注册探针，在实际使用时，注册探针固定在六维力传感器上，六维传感器与机械臂末端连接。注册探针的空心筒状的结构，用于与骨钉连接件配合。筒状结构内壁有两个光电传感器4，该传光电感器可以探测物体接近。例如，其中一个传感器安装在筒状结构侧壁，另一个安装在筒状结构底面。

实际操作过程中，操作者可以拖动六维力传感器使探针的筒状结构对准骨钉连接件，此时通过操作软件中的按钮向机械臂发送指令关闭机械臂的拖动模式，开启机械臂的运动模式，使机械臂沿当前方向直线运动。在连接件进入圆筒内部，触发底部的第一个光电传感器时，减小机械臂的运动速度。

进一步，在连接件继续触发第二个光电传感器的瞬间，记录此时机械臂末端位置，并通过计算得到骨钉的三维坐标。

可以理解，实际中，可以重复以上步骤，获取所有骨钉在机器人基座标系下的位置信息，如三维坐标信息。

进一步，根据上述操作，可以得到骨钉在两套点在不同坐标系下的位置信息。即在在医学影像坐标系下的位置坐标，以及在机器人基座标系下的位置坐标。

进一步，可以根据预设算法计算得到影像坐标系到机器人基座标系的对应关系。进而可以利用对应关系，将预先制定的医学影像坐标系下的操作路径，转换到机器人基座标系下，即实现目标操作点的定位及注册。

实际中，可以将机械臂末端的探针更换为手术中需要用到的末端执行器，然后利用上述通过坐标变换算法机器人基座标系下的操作路径的路径信息，即机器人末端的位置和姿态参数，以控制器执行运动命令，移动到穿刺路径上去，完成导航。

可以理解，本发明实施例中，通过在操作对象的操作区域内预先设置的骨钉，作为外科手术导航过程中确定操作路径在机器人基座标系下的路径信息的参考点，进而通过设置的骨钉连接件，对该骨钉结构实现延伸，即使得骨钉连接件的连接段可拆卸的安装在该骨钉的头部后，与该连接段连接的检测段能够提供一个沿着骨钉头部方向向外延伸的辅助结构，从而使得在导航过程中，伸出的辅助结构与固定在执行外科手术导航的机械臂上的注册探针配合，使得在机械臂牵引注册探针移动进行机器人基座标系下的骨钉位置探测时，能够通过该检测段快速捕捉到骨钉所在，实现骨钉的快速准确定位，为后续的操作路径的路径信息的确定提供精确可靠的参考依据。即在导航过程中，将通过骨钉连接件快速确定骨钉在机器人基座标系下的位置信息，以及骨钉在医学影像坐标系下的位置信息结合，实现两个坐标系之间的对应关系的确定，最终实现操作路径的快速准确的定位及注册，使得神经外科导航过程简单，且精度高。

另一方面，本发明实施例还提供一种外科手术导航装置，该装置可以包括上述实施例中的骨钉连接件及骨钉。

可以理解，该实施例中，在外科手术导航过程中，利用预先植入操作对象的操作区域内的骨钉，作为对目标操作点的参考点，进而通过设置的骨钉连接件，对该骨钉结构实现延伸，从而使得在导航过程中，将通过骨钉连接件快速确定骨钉在机器人基座标系下的位置信息，以及骨钉在医学影像坐标系下的位置信息结合，实现两个坐标系之间的对应关系的确定，最终实现操作路径的快速准确的定位及注册，使得神经外科导航过程简单，且精度高。

另一方面，本发明实施例还提供一种外科手术导航方法，该方法可以利用上述实施例提供的外科导航装置实现，该方法可以由手术导航过程中涉及的机械臂的控制器，或者单独的处理设备来执行。

如图6所示，该方法具体包括：

S110，获取操作对象的操作区域中的第一路径信息、骨钉的第一位置信息及该骨钉的第二位置信息，该第一路径信息为操作路径在医学影像坐标系下的路径信息，该第一位置坐标为该骨钉在该医学影像坐标系下的位置坐标，该第二位置信息为该骨钉在机器人基座标系下的位置坐标。

S120，根据该第一位置信息及该第二位置信息确定该医学影像坐标系到该机器人基座标系的对应关系。

S130，根据该对应关系确定在的该操作路径在该机器人基座标系下的第二路径信息。

具体地，实施本发明实施例之前，首先可以在操作对象的操作区域内植入骨钉。如图1所示。

进一步，可以通过医学成像技术采集操作区域内医学影响，如采集操作区域内的CT或MRI等医学影响。

则本发明实施例中，所采集的医学影响中，能够显示所植入的骨钉。即可以利用所采集的医学影像，获取到骨钉的第一位置信息。

例如，可以将所采集的医学影像输入至处理设备上运行的图像处理软件中，软件可以在医学影像坐标下，确定每个骨钉的位置信息。

如图1所示，可以自动生成一个笛卡尔坐标系，以使得每一处影像中的位置都对应一个独特的三维坐标。

进一步，操作者可以在加载的影像上标记出骨钉的位置，以记录下骨钉的个数和各骨钉在影像坐标系下的坐标，即骨钉的第一位置信息。

进一步，操作者可以利用软件的辅助功能确定操作对象的操作区域，如病变区域，并避开重要脑组织和血管等，规划出一条或多条的操作路径，即使得处理设备获取操作路径。

该操作路径可以包括目标操作点及起始点，如操作区域内需要治疗或检测的位置，该起始点可以为操作对象的操作区域的入射点，如通常位于病人的头骨外。

可以理解，在实际中需要检测或治疗的区域存在多个，使得所确定的操作路径具有可以有多条。并且，可以为每个检测或治疗的区域制定多条路径。

例如，每个检测或治疗的区域，对应一个目标操作点，进而可以为每个目标操作点确定一个或一个以上的起始点，从而可以为每个检测或治疗的区域制定一条或一条以上的操作路径。

对应的，所获取的操作路径在医学影像坐标系下的第一路径信息，可以包括医学影像坐标系下的位置信息以及方向信息。

该医学影像坐标系下的位置信息可以包括一个或一个以上的目标操作点及每个目标操作点对应的起始点在医学影像坐标系下的位置信息。

该医学影像坐标系下的方向信息可以为一个或一个以上的目标操作点与对应的起始点之间的方向信息，即可以通过目标操作点与对应的起始点确定矢量，进而利用确定的矢量得到该方向的旋转矩阵。

则在本发明实施例中，利用上述实施例中提供的外科手术导航装置进行导航的过程中，通过预先植入的骨钉，以及通过对包括有骨钉成像医学影像的处理，可以获取到操作对象的操作区域中的操作路径在医学影像坐标系下的第一路径信息，以及骨钉在医学影像坐标系下的位置信息，即第一位置信息。

进一步，利用上述实施例中提供的外科手术导航装置进行导航的过程中，可以借助骨钉及骨钉连接件获取到骨钉在机器人基座标系下的位置信息，即第二位置信息。

即在操作者将骨钉连接件的连接段与骨钉头部连接后，进而利用机械臂安装注册探针的空心筒状结构，与骨钉连接件配合。操作者拖动六维力传感器使探针的筒状结构对准骨钉连接件，在连接件进入圆筒内部，触发光电光电传感器，记录此时机械臂末端位置，并通过计算得到骨钉的三维坐标，即骨钉的第二位置信息。

进一步，在获取到骨钉的两个位置信息，即医学影像坐标系下的第一位置信息及机器人基座标系下的第二位置坐标信息后，可以利用第一位置信息及第二位置信息，来确定两个坐标系之间对应关系。

最后，在利用骨钉的两个坐标系下的坐标信息确定了两个坐标系之间的对应关系后，边可以利用该对应关系，以及该操作路径在医学影像坐标系下的路径信息，确定该操作路径在机器人基座标系下的第二路径信息。

可选地，本发明的一些实施例中，该对应关系可以包括平移矩阵及旋转矩阵。则可以利用预设算法，根据骨钉的第一位置信息及第二位置信息确定该医学影像坐标系与机器人基座标系之间的平移矩阵及旋转矩阵。

例如，可以利用奇异值分解(Singular Value Decomposition，以下简称SVD)算法，来确定该对应关系中的平移矩阵及旋转矩阵。

进一步，一些实施例中，在通过预设算法确定了对应关系后，即可以利用确定的对应关系，以及获取的医学影像坐标系下的操作路径的路径信息，确定机器人基座标系下的路径信息。

例如，首先可以利用上述步骤确定的平移矩阵乘以医学影像坐标系下的目标操作点的位置信息，确定机器人基座标系下目标操作点的位置信息。

进一步，利用上述步骤确定的旋转矩阵及医学影像坐标系下的目标操作点的矢量信息，来确定该操作路径在机器人基座标系下的矢量信息。

即可以将该旋转矩阵及医学影像坐标系下的目标操作点的旋转矩阵相乘，得到该操作路径的在机器人基座标系下的方向信息。该方向信息可以为欧拉角。

可以理解，确定的操作路径在机器人基座标系下的路径信息，即包括的位置信息及方向信息，作为外科手术导航中的控制参数，即完成了外科手术导航过程中各个目标操作点的注册，以使得机器人根据控制参数，指引执行机构，移动至设置的操作路径，完成导航。

可以理解，确定的操作路径在机器人基座标系下的路径信息，使得所确定的操作路径在机器人基座标系下的路径信息，能够作为手术导航过程中，对机械臂的控制参数。

可以理解，本发明实施例中，通过在操作对象的操作区域内预先设置的骨钉，作为外科手术导航过程中确定操作路径在机器人基座标系下的路径信息的参考点，进而通过设置的骨钉连接件，对该骨钉结构实现延伸，使得在导航过程中，将通过骨钉连接件快速确定骨钉在机器人基座标系下的位置信息，以及骨钉在医学影像坐标系下的位置信息结合，实现两个坐标系之间的对应关系的确定，最终实现操作路径的快速准确的定位及注册，使得神经外科导航过程简单，且精度高。

另一方面，本发明实施例还提供一种神经外科导航装置，如图7所示，该装置包括：

获取模块210，用于获取操作对象的操作区域中的第一路径信息、骨钉的第一位置信息及所述骨钉的第二位置信息，所述第一路径信息为操作路径在医学影像坐标系下的路径信息，所述第一位置坐标为所述骨钉在所述医学影像坐标系下的位置坐标，所述第二位置信息为所述骨钉在机器人基座标系下的位置坐标；

第一确定模块220，用于根据所述第一位置信息及所述第二位置信息确定所述医学影像坐标系到所述机器人基座标系的对应关系；

第二确定模块230，用于根据所述对应关系确定在的所述操作路径在所述机器人基座标系下的第二路径信息。

可选地，本发明提供的外科手术导航装置，所述变化关系包括平移矩阵及旋转矩阵，第一确定模块具体用于：

基于预设算法，确定根据所述第一位置坐标及所述第二位置坐标的所述平移矩阵及所述旋转矩阵。

可选地，本发明提供的外科手术导航方法，所述操作路径包括目标操作点及起始点，所述路径信息包括所述目标操作点及说话时起始点的位置信息，以及所述目标操作点及所述起始点之间的方向信息。

可选地，本发明提供的外科手术导航方法，第二确定模块具体用于：

基于所述平移矩阵及所述影像坐标系下的所述位置信息，确定所述目标操作点及所述起始点在所述机器人基座标系下的坐标信息；

基于所述旋转矩阵及所述医学影像坐标系下的所述方向信息，确定所述目标操作点与所述起始点在所述机器人基座标系下的方向信息。

另一方面，本发明实施例提供的计算机设备，该计算机设备还包括存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，该处理器执行该程序时实现如上所述的磁共振图像的海马体时间纵向分割方法。

下面参考图8，图8为本发明实施例的处理设备的结构示意图，该处理设备。

如图8所示，处理设备包括中央处理单元(CPU)301，其可以根据存储在只读存储器(ROM)302中的程序或者从存储部分308加载到随机访问存储器(RAM)303中的程序而执行各种适当的动作和处理。在RAM 303中，还存储有计算机设备操作所需的各种程序和数据。CPU301、ROM 302以及RAM 303通过总线304彼此相连。输入/输出(I/O)接口305也连接至总线304。在一些实施例中，以下部件连接至I/O接口305：包括键盘、鼠标等的输入部分306；包括诸如阴极射线管(CRT)、液晶显示器(LCD)等以及扬声器等的输出部分307；包括硬盘等的存储部分308；以及包括诸如LAN卡、调制解调器等的网络接口卡的通信部分309。通信部分309经由诸如因特网的网络执行通信处理。驱动器310也根据需要连接至I/O接口305。可拆卸介质311，诸如磁盘、光盘、磁光盘、半导体存储器等等，根据需要安装在驱动器310上，以便于从其上读出的计算机程序根据需要被安装入存储部分308。特别地，根据本发明的实施例，上文参考流程图描述的过程可以被实现为计算机软件程序。例如，本发明的实施例包括一种计算机程序产品，其包括承载在机器可读介质上的计算机程序，该计算机程序包含用于执行流程图所示的方法的程序代码。在这样的实施例中，该计算机程序可以通过通信部分309从网络上被下载和安装，和/或从可拆卸介质311被安装。在该计算机程序被中央处理单元(CPU)301执行时，执行本发明的电子设备中限定的上述功能。

需要说明的是，本发明所示的计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质或者是上述两者的任意组合。计算机可读存储介质例如可以是——但不限于——电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的电子设备、装置或器件，或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子可以包括但不限于：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机访问存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本发明中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行电子设备、装置或者器件使用或者与其结合使用。而在本发明中，计算机可读的信号介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了计算机可读的程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括但不限于电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。计算机可读的信号介质还可以是计算机可读存储介质以外的任何计算机可读介质，该计算机可读介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行电子设备、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。计算机可读介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括但不限于：无线、电线、光缆、RF等等，或者上述的任意合适的组合。

附图中的流程图和框图，图示了按照本发明各种实施例的电子设备、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每张方框可以代表一个模块、程序段、或代码的一部分，前述模块、程序段、或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个接连地表示的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每张方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或操作的专用的基于硬件的电子设备来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

描述于本发明实施例中所涉及到的单元或模块可以通过软件的方式实现，也可以通过硬件的方式来实现。所描述的单元或模块也可以设置在处理器中，例如，可以描述为：一种处理器，包括：获取模块、第一确定模块及第二确定模块。其中，这些单元或模块的名称在某种情况下并不构成对该单元或模块本身的限定，例如，获取模块还可以被描述为“用于获取操作对象的操作区域中的操作路径、骨钉的第一位置信息及所述骨钉的第二位置信息，所述操作路径为医学影像坐标系下的路径信息，所述第一位置坐标为所述骨钉在所述医学影像坐标系下的位置坐标，所述第二位置信息为所述骨钉在机器人基座标系下的位置坐标”。

作为另一方面，本发明还提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质可以是上述实施例中描述的电子设备中所包含的；也可以是单独存在，而未装配入该电子设备中的。上述计算机可读存储介质存储有一个或者多个计算机程序，当上述计算机程序被一个或者一个以上的处理器用来执行描述于本发明的外科手术导航方法：

获取操作对象的操作区域中的第一路径信息、骨钉的第一位置信息及所述骨钉的第二位置信息，所述第一路径信息为操作路径在医学影像坐标系下的路径信息，所述第一位置坐标为所述骨钉在所述医学影像坐标系下的位置坐标，所述第二位置信息为所述骨钉在机器人基座标系下的位置坐标；

根据所述第一位置信息及所述第二位置信息确定所述医学影像坐标系到所述机器人基座标系的对应关系；

根据所述对应关系确定在的所述操作路径在所述机器人基座标系下的第二路径信息。

综上所述，本发明实施例提供的骨钉连接件、外科手术导航装置、方法及处理设备，通过在操作对象的操作区域内预先设置的骨钉，作为外科手术导航过程中确定操作路径在机器人基座标系下的路径信息的参考点，进而通过设置的骨钉连接件，对该骨钉结构实现延伸，即使得骨钉连接件的连接段可拆卸的安装在该骨钉的头部后，与该连接段连接的检测段能够提供一个沿着骨钉头部方向向外延伸的辅助结构，从而使得在导航过程中，伸出的辅助结构与固定在执行外科手术导航的机械臂上的注册探针配合，使得在机械臂牵引注册探针移动进行机器人基座标系下的骨钉位置探测时，能够通过该检测段快速捕捉到骨钉所在，实现骨钉的快速准确定位，为后续的操作路径的路径信息的确定提供精确可靠的参考依据。即在导航过程中，将通过骨钉连接件快速确定骨钉在机器人基座标系下的位置信息，以及骨钉在医学影像坐标系下的位置信息结合，实现两个坐标系之间的对应关系的确定，最终实现操作路径的快速准确的定位及注册，使得神经外科导航过程简单，且精度高。

读者应理解，在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种骨钉连接件，其特征在于，用于外科手术导航，包括：

互相连接的连接段和检测段，所述连接段用于可拆卸地连接骨钉的头部；所述检测段作为对所述骨钉头部结构的延伸，用于与固定在执行手术导航的机械臂末端的注册探针配合，以检测所述骨钉在机器人基座标系下的位置信息；

其中，所述骨钉用于植入操作对象的操作区域内，所述骨钉在医学影像坐标系下的位置信息以及机器人基座标系下的所述位置信息之间的对应关系用于确定外科手术导航中涉及的操作路径在所述机器人基座标系下的路径信息，所述操作路径在所述操作区域内。

2.根据权利要求1所述的骨钉连接件，其特征在于，所述骨钉连接件为柱状结构。

3.根据权利要求1或2所述的骨钉连接件，其特征在于，所述骨钉连接件的连接段的顶部设置有凹陷，所述凹陷用于可拆卸地连接所述骨钉的头部。

4.根据权利要求3所述的骨钉连接件，其特征在于，所述连接段为锥形结构，所述锥形结构的外径大于所述检测段的柱状结构的外径。

5.一种外科手术导航装置，其特征在于，包括骨钉及如权利要求1-4任一项所述的骨钉连接件，所述骨钉用于植入操作对象的操作区域内。

6.一种外科手术导航方法，其特征在于，所述外科手术导航方法利用如权利要求5所述的外科手术导航装置实现，所述外科手术导航方法包括：

获取操作对象的操作区域中的第一路径信息、骨钉的第一位置信息及所述骨钉的第二位置信息，所述第一路径信息为操作路径在医学影像坐标系下的路径信息，所述第一位置坐标为所述骨钉在所述医学影像坐标系下的位置坐标，所述第二位置信息为所述骨钉在机器人基座标系下的位置坐标；

根据所述第一位置信息及所述第二位置信息确定所述医学影像坐标系到所述机器人基座标系的对应关系；

根据所述对应关系确定在的所述操作路径在所述机器人基座标系下的第二路径信息。

7.根据权利要求6所述的外科手术导航方法，其特征在于，所述对应关系包括平移矩阵及旋转矩阵，所述根据所述第一位置信息及所述第二位置信息确定所述医学影像坐标系到所述机器人基座标系的对应关系包括：

基于预设算法，确定根据所述第一位置信息及所述第二位置信息，确定所述平移矩阵及所述旋转矩阵。

8.根据权利要求6所述的外科手术导航方法，其特征在于，所述操作路径包括目标操作点及起始点，所述第一路径信息及所述第二路径信息包括所述目标操作点及说话时起始点的位置信息，以及所述目标操作点及所述起始点之间的方向信息。

9.根据权利要求8所述的外科手术导航方法，其特征在于，所述根据所述对应关系确定在的所述操作路径在所述机器人基座标系下的第二路径信息包括：

基于所述平移矩阵及所述目标操作点及所述起始点在所述影像坐标系下的所述位置信息，确定所述目标操作点及所述起始点在所述机器人基座标系下的位置信息；

基于所述旋转矩阵及所述医学影像坐标系下的所述方向信息，确定所述目标操作点与所述起始点在所述机器人基座标系下的方向信息。

10.一种处理设备，其特征在于，所述处理设备包括处理器及存储器，所述处理器包括存储在其中并可在其上运行的计算机程序指令，所述处理器执行所述计算机程序指令时用于实现如权利要求6至9任一项所述的外科手术导航方法。