一种基于双目视觉的手术导航标记装置及其制备方法与流程

1.本发明属于基于双目视觉的手术导航配准技术领域，尤其涉及一种基于双目视觉的手术导航标记装置及其制备方法。


背景技术：

2.双目视觉通常是基于视差原理并利用成像设备从不同的位置获取被测物体的两幅图像，通过计算图像对应点间的位置偏差，来获取物体三维几何信息的方法。
3.在进行双目视觉手术导航时，必须使患者术前的医疗三维影像与双目视觉系统进行坐标系配准，选择合适的体表位置和配准装置进行视觉标记，对配准的精度影响很大，一旦出现偏差，会危及手术安全。
4.然而，现有的配准方法是在术前使用带有主动发光球的标靶测量患者手术部位体表的不同位置，系统根据测量数据拟合出与医疗三维影像一样的结构，然后再进行坐标系配准，这样的配准装置具有很大的局限性，只适用于全刚体的手术部位，对于刚体结构不明显的手术部位就很难适用，而且操作复杂费时，配准效率低，对医护人员的非专业技能要求较高。
5.更关键的是，现有的配准方法都存在配准误差的问题，特别是测量点越少的情况下误差越大，即使是本领域技术领先的企业，目前也没能实现在单点测量配准的情况下将配准误差控制在毫米级。


技术实现要素：

6.本发明目的之一在于提供一种基于双目视觉的手术导航标记装置，至少用于解决“配准操作复杂、配准测量点越少时配准误差越大”的问题。
7.为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案。
8.一种基于双目视觉的手术导航标记装置，其特征在于：它包括透明的圆柱壳体，在圆柱壳体上设置有同轴布置的第一圆柱腔室和第二圆柱腔室，第一圆柱腔室位于第二圆柱腔室上方，第一圆柱腔室内充满纳米级玻璃微珠，第二圆柱腔室内盛满符合核磁成像要求的液体。
9.为降低标记装置的制造难度，所述玻璃微珠分散在流体中后一同充满所述第一圆柱腔室。
10.作为优选方案，所述流体为半透明明胶、透明胶水、透明润滑油或纯净水；所述液体为维生素e或者纯净水。
11.作为优选方案，所述圆柱壳体包括圆形顶板、圆形隔板和圆形底板，由圆形顶板、圆形隔板和侧壁 共同围合成所述第一圆柱腔室，由圆形底板、圆形隔板和侧壁 共同围合成所述第二圆柱腔室；所述圆形顶板表面与所述圆柱壳体轴线垂直。
12.为进一步降低标记装置的制造难度，在所述圆形顶板上靠近边沿部位设置有第一弹性橡胶塞，第一弹性橡胶塞的两端面分别与所述圆形顶板上、下表面齐平。
13.为更进一步降低标记装置的制造难度，在所述圆形底板上设置有第二弹性橡胶塞，第二弹性橡胶塞顶面与所述圆形底板顶面齐平。
14.作为优选方案，所述第二弹性橡胶塞的直径为5
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8mm；所述圆柱壳体采用直径不大于20mm、高度不大于8mm的树脂制得；所述第一圆柱腔室的高度不大于3mm；所述圆形底板底面设置粘接层8，以实现能够将所述圆柱壳体粘固在人体皮肤上。
15.本发明另一目的在于提供一种制造难度小、工序简单、成本低的手术导航标记装置的制备方法，其特征在于，步骤如下：步骤1，清洁圆柱壳体，并保持洁净、干燥；步骤2，将圆柱壳体固定在操作台的水平面上，确保圆柱壳体轴线平行于操作台的水平面；步骤3，使用注射器吸入符合核磁成像要求的液体，往圆柱壳体的空腔内注入液体，待液体充满内腔后停止注入；步骤4，将玻璃微珠与流体混匀后装入注射器的注射筒内，将注射器的针头从第一弹性橡胶塞上插入第一圆柱腔室中，按压注射器的活塞往第一圆柱腔室充入玻璃微珠与流体的混合物，待第一圆柱腔室充满后拔出注射器的针头；步骤5，从操作台取下圆柱壳体，完成装配。
16.为进一步提高标记装置的制造精度，步骤3包括：步骤31，将注射器a的注射筒内装入足量符合核磁成像要求的液体，同时将注射器b的注射筒内空气排尽；注射器a的注射针孔径大于注射器b的注射针孔径；步骤32，然后将两个注射器的注射针分别从第二弹性橡胶塞上插入第二圆柱腔室中，调整注射针的位置使针尖高于第二弹性橡胶塞顶面1
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3mm；步骤33，操作注射器a先往第二圆柱腔室充入部分液体，同时操作注射器b抽吸少量液体至注射器b的筒体内；步骤34，操作注射器a往第二圆柱腔室继续充入液体，待第二圆柱腔室即将充满液体时缓慢注入液体，当观察到第二圆柱腔室内充满液体且注射器b的注射筒内液体增加时，先拔出注射器a的注射针，然后拔出注射器b的注射针。
17.为进一步降低配准误差，玻璃微珠与流体的体积比为8:1~10:1。
18.有益效果：（1）、本发明提供的基于双目视觉的手术导航标记装置，巧妙地将核磁成像所需清晰标记点与双目视觉所需观测点(反光标记层)融合到了一个元件（圆柱壳体）上，完全避免了核磁成像所需清晰标记点和双目视觉所需观测点的装配误差，能够将配准误差控制在微米级，更关键是只需要通过单个、单次配准测量就能够将配准误差控制在微米级；（2）、采用发明提供的基于双目视觉的手术导航标记装置，实施配准操作工序简单，配准效率高，配准时只需要将其贴于患者手术部位附近的体表位置，无需进行多点测量就能够将医疗三维影像与双目视觉快速匹配到同一个标记点，即只需对一个点进行一次配准，大大提高了配准效率；（3）、本发明提供的基于双目视觉的手术导航标记装置，制造难度小，制造工艺简单，在制备过程中无需借助于双目视觉设备或其它精密仪器校正双目视觉所需观测点中心与核磁成像所需清晰标记点中心是否处于同一轴线上；
（4）、本发明提供的基于双目视觉的手术导航标记装置，制造成本低，单个标记装置的生产成本不超过三十元。此外，本发明突破了现有配准方法/器件/装置只适用于全刚体手术部位的局限，能够用于体表的任何部位进行配准。
附图说明
19.图1为实施例1中基于双目视觉的手术导航标记装置示意图；图2为实施例1中基于双目视觉的手术导航标记装置剖面示意图；图3为实施例1中基于双目视觉的手术导航标记装置剖面示意图，不含玻璃微珠、液体和流体；图4为实施例2中基于双目视觉的手术导航标记装置剖面示意图，不含玻璃微珠、液体和流体。
具体实施方式
20.下面结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明部分实施例，而不是全部的实施例。
21.实施例1参照图1至图3所示，一种基于双目视觉的手术导航标记装置，包括透明的圆柱壳体1，在圆柱壳体1上设置有同轴布置的第一圆柱腔室2和第二圆柱腔室3，第一圆柱腔室2位于第二圆柱腔室3上方，第一圆柱腔室2内充满纳米级玻璃微珠4，具体是将所述玻璃微珠4均匀分散在胶水（型号856液体胶）中后一同充满所述第一圆柱腔室2，其中，玻璃微珠4与胶水的体积比为9:1，第二圆柱腔室3内盛满符合核磁成像要求的液体5，该液体5采用维生素e。
22.所述圆柱壳体1包括圆形顶板11、圆形隔板12和圆形底板13，由圆形顶板11、圆形隔板12和侧壁14共同围合成所述第一圆柱腔室2，由圆形底板13、圆形隔板12和侧壁14共同围合成所述第二圆柱腔室3；所述圆形顶板11表面与所述圆柱壳体1轴线垂直。在所述圆形顶板11上靠近边沿部位设置有第一弹性橡胶塞6，第一弹性橡胶塞6的两端面分别与所述圆形顶板11上、下表面齐平。在所述圆形底板13上设置有第二弹性橡胶塞7，第二弹性橡胶塞7顶面与所述圆形底板13顶面齐平。本实施例中，圆形顶板11卡装在圆柱壳体1顶部，卡装的时候确保圆形顶板11顶面与圆柱壳体1顶面齐平。
23.其中，所述第二弹性橡胶塞7的直径为8mm；所述圆柱壳体1采用直径为20mm、高度为8mm的树脂制得；所述第一圆柱腔室2的高度为3mm；所述圆形底板13底面设置粘接层8，以实现能够将圆柱壳体1粘固在人体皮肤上。
24.本实施例中所述手术导航标记装置的制备方法，步骤如下：步骤1，清洁圆柱壳体1，并保持洁净、干燥；步骤2，将圆柱壳体1固定在操作台的水平面上，确保圆柱壳体1轴线平行于操作台的水平面；步骤3，使用注射器吸入符合核磁成像要求的液体，往圆柱壳体1的空腔内注入液体，待液体充满内腔后停止注入，具体是：步骤31，将注射器a的注射筒内装入足量符合核磁成像要求的液体，同时将注射器
b的注射筒内空气排尽；注射器a的注射针孔径大于注射器b的注射针孔径；步骤32，然后将两个注射器的注射针分别从第二弹性橡胶塞7上插入第二圆柱腔室3中，调整注射针的位置使针尖高于第二弹性橡胶塞7顶面1
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3mm；步骤33，操作注射器a先往第二圆柱腔室3充入部分液体，同时操作注射器b抽吸少量液体至注射器b的筒体内；步骤34，操作注射器a往第二圆柱腔室3继续充入液体，待第二圆柱腔室3即将充满液体时缓慢注入液体，当观察到第二圆柱腔室3内充满液体且注射器b的注射筒内液体增加时，先拔出注射器a的注射针，然后拔出注射器b的注射针；步骤4，将玻璃微珠4与胶水混匀后迅速装入注射器的注射筒内，迅速将注射器的针头从第一弹性橡胶塞6上插入第一圆柱腔室2中，按压注射器的活塞往第一圆柱腔室2充入玻璃微珠4与流体的混合物，待第一圆柱腔室2充满后拔出注射器的针头；步骤5，从操作台取下圆柱壳体1，完成装配。
25.实施例2一种基于双目视觉的手术导航标记装置及其制备方法，参照实施例1，其与实施例1的主要区别在于：圆形顶板11与圆柱壳体1一体成型；玻璃微珠4与胶水的体积比为10:1。
26.各实施例中，圆形顶板11、圆形隔板12和圆形底板13组成的整体结构采用3d打印的方式制得。
27.在其余实施例中，所述流体还可以采用明胶、透明润滑油或纯净水，所述液体5可以采用维生素e或者纯净水。需要说明的是，采用粘性流体时，需要在流体凝固前快速将流体与玻璃微珠4的混合物注入第一圆柱腔室2中。
28.本发明提供的基于双目视觉的手术导航标记装置，巧妙地将核磁成像所需清晰标记点与双目视觉所需观测点(反光标记层)融合到了一个元件（圆柱壳体）上，完全避免了核磁成像所需清晰标记点和双目视觉所需观测点的装配误差，能够将配准误差控制在微米级，更关键是只需要通过单个、单次配准测量就能够将配准误差控制在微米级；采用发明提供的基于双目视觉的手术导航标记装置，实施配准操作工序简单，配准效率高，配准时只需要将其贴于患者手术部位附近的体表位置，无需进行多点测量就能够将医疗三维影像与双目视觉快速匹配到同一个标记点，大大提高了配准效率；本发明提供的基于双目视觉的手术导航标记装置，制造难度小，制造工艺简单，在制备过程中无需借助于双目视觉设备或其它精密仪器校正双目视觉所需观测点中心与核磁成像所需清晰标记点中心是否处于同一轴线上；本发明提供的基于双目视觉的手术导航标记装置，制造成本低，单个标记装置的生产成本不超过三十元。