确定定位示踪器安装槽的方法、系统、装置及电子设备与流程

1.本技术涉及医疗导航定位控制技术领域，特别是涉及一种确定定位示踪器安装槽的方法、系统、装置及电子设备。


背景技术：

2.近年来，医疗手术技术取得了巨大的发展，已经逐步迈入了精准化及微创化的阶段。目前，术中使用的大部分导航机器人需要将机械臂移动至特定的手术位置进行操作，为了对机械臂进行定位，可以在机械臂末端安装定位示踪器。
3.为了尽量避免安装在机械臂末端的定位示踪器在手术中被遮挡，导致无法定位机械臂的情况，目前一般在机械臂末端设置多个定位示踪器安装槽，医生可选择不会被遮挡的安装槽安装定位示踪器。为了让手术导航系统的上位机识别医生选择的安装槽，一般设置不同安装槽安装不同结构的定位示踪器，使得在定位时，上位机从相机对定位示踪器拍摄的照片中通过识别定位示踪器的结构，从而确定医生选择的安装槽。但该方式需要医生明确每个安装槽适配的定位示踪器结构，使得医生操作复杂。


技术实现要素：

4.本技术实施例的目的在于提供一种确定定位示踪器安装槽的方法、系统、装置及电子设备，以实现降低对机械臂进行定位时医生的操作复杂度。具体技术方案如下：
5.本技术实施例的第一方面，提供了一种确定定位示踪器安装槽的方法，其特征在于，所述方法包括：
6.获取目标位置坐标系与定位示踪器坐标系之间的期望坐标转换关系，所述目标位置为患者的病灶位置，定位示踪器安装于机械臂法兰端的一个安装槽；
7.基于所述定位示踪器的当前位置信息、所述期望坐标转换关系以及第一备选坐标转换关系，确定机械臂基座坐标系下所述机械臂法兰端的第一姿态；所述第一备选坐标转换关系为所述定位示踪器被安装于机械臂法兰端的第一安装槽的情况下，所述定位示踪器坐标系与机械臂法兰坐标系之间的坐标转换关系；
8.基于所述定位示踪器的当前位置信息、所述期望坐标转换关系以及第二备选坐标转换关系，确定机械臂基座坐标系下所述机械臂法兰端的第二姿态；所述第二备选坐标转换关系为所述定位示踪器被安装于机械臂法兰端的第二安装槽的情况下，所述定位示踪器坐标系与所述机械臂法兰坐标系之间的坐标转换关系；
9.从所述第一姿态和所述第二姿态中，筛选出满足预设姿态条件的姿态，并确定所述定位示踪器被安装于筛选出的姿态对应的安装槽，所述预设姿态条件表示所述目标位置坐标系与所述定位器坐标系之间处于所述期望坐标转换关系的情况下，所述机械臂基座坐标系下所述机械臂法兰端的正确姿态。
10.可选的，所述基于所述定位示踪器的当前位置信息、所述期望坐标转换关系以及第一备选坐标转换关系，确定机械臂基座坐标系下所述机械臂法兰端的第一姿态，包括：
11.根据所述定位示踪器的当前位置信息，确定所述目标位置坐标系与所述定位示踪器坐标系之间当前的第一坐标转换关系；
12.根据第一备选坐标转换关系，确定第二坐标转换关系，所述第二坐标转换关系为所述定位示踪器被安装于所述第一安装槽时，所述定位示踪器坐标系与机械臂基座坐标系之间的坐标转换关系；
13.根据所述第一坐标转换关系以及所述第二坐标转换关系，确定第三坐标转换关系，所述第三坐标转换关系为所述定位示踪器被安装于所述第一安装槽时，所述目标位置坐标系与所述基座坐标系之间的坐标转换关系；
14.根据所述第三坐标转换关系、所述期望坐标转换关系以及所述第一备选坐标转换关系，确定所述第一姿态。
15.可选的，所述根据所述定位示踪器的当前位置信息，确定所述目标位置坐标系与所述定位示踪器坐标系之间当前的第一坐标转换关系，包括：
16.通过三维导航系统定位所述定位示踪器当前的位置，得到所述定位示踪器坐标系与三维导航系统坐标系之间当前的第四坐标转换关系；
17.通过三维导航系统定位所述目标位置，得到所述目标位置坐标系与所述三维导航系统坐标系之间的第五坐标转换关系；
18.根据所述第四坐标转换关系和所述第五坐标转换关系，确定所述第一坐标转换关系。
19.可选的，所述通过三维导航系统定位所述目标位置，得到所述目标位置坐标系与所述三维导航系统坐标系之间的第五坐标转换关系，包括：
20.获取所述目标位置坐标系与ct数据坐标系之间的第六坐标转换关系，所述ct数据为对所述患者进行扫描得到；
21.确定所述ct数据坐标系与患者示踪器坐标系之间的第七坐标转换关系，所述患者示踪器用于表征所述患者的位置；
22.通过所述三维导航系统定位所述患者示踪器，得到所述患者示踪器坐标系与所述三维导航系统坐标系之间的第八坐标转换关系；
23.根据所述第六坐标转换关系、第七坐标转换关系和第八坐标转换关系，确定所述第五坐标转换关系。
24.可选的，所述获取目标位置坐标系与定位示踪器坐标系之间的期望坐标转换关系，包括：
25.接收所述目标位置坐标系与通道坐标系之间的第一预设坐标转换关系，所述通道为定位器的手术通道，所述定位示踪器安装于所述定位器，所述定位器安装于所述机械臂法兰端；
26.确定所述通道坐标系与所述定位示踪器坐标系之间的第二预设坐标转换关系；
27.根据所述第一预设坐标转换关系和所述第二预设坐标转换关系，确定所述期望坐标转换关系。
28.可选的，所述从所述第一姿态和所述第二姿态中，筛选出满足预设姿态条件的姿态，包括：
29.基于机械臂逆运动学算法，确定所述机械臂基座坐标系下所述机械臂法兰端处于
所述第一姿态时，所述机械臂的各关节角的第一状态；
30.基于机械臂逆运动学算法，确定所述机械臂基座坐标系下所述机械臂法兰端处于所述第二姿态时，所述机械臂的各关节角的第二状态；
31.从所述第一状态和所述第二状态中，将满足所述预设姿态条件的状态对应的姿态，作为筛选出的姿态，所述预设姿态条件包括所述机械臂的至少一个关节角的状态条件。
32.本技术实施例的第二方面，提供了一种确定定位示踪器安装槽的系统，所述系统包括：上位机、机械臂、定位器、定位示踪器和支架；所述上位机与所述机械臂通信连接；
33.所述上位机用于执行第一方面任一项所述的确定定位示踪器安装槽的方法；
34.所述机械臂法兰端连接所述定位器的一端；
35.所述定位器的另一端为通道，所述通道末端包括轴孔，所述轴孔的一侧表面设置有两个安装槽，所述支架的一端包括套筒，所述套筒设置于轴孔内，且所述轴孔和所述套筒通过限位结构连接，所述限位结构用于限制所述轴孔和所述套筒相对转动；所述通道的轴线与所述轴孔的轴线之间的夹角大于0
°
且小于等于90
°
；
36.所述支架的另一端连接所述定位示踪器。
37.可选的，所述限位结构包括设置于所述轴孔一侧表面的两个安装槽和设置于所述套筒外壁的限位块，所述限位块与任一个安装槽卡接；或者，
38.所述限位结构包括紧固件、设置于所述轴孔外壁的两个安装槽和设置于所述套筒外壁的限位孔，所述紧固件穿设于所述限位孔和任一个安装槽内，所述紧固件包括螺钉或螺销。
39.可选的，所述系统还包括：三维导航系统；
40.所述三维导航系统，用于采集包括所述定位示踪器的第一图像，并向所述上位机发送所述第一图像；
41.所述上位机，还用于根据所述第一图像，定位所述定位示踪器当前的位置。
42.可选的，所述三维导航系统，还用于采集包括患者示踪器的第二图像，并向所述上位机发送所述第二图像；
43.所述上位机，还用于根据所述第二图像，定位所述患者示踪器。
44.本技术实施例的第三方面，提供了一种确定定位示踪器安装槽的装置，所述装置包括：
45.获取模块，用于获取目标位置坐标系与定位示踪器坐标系之间的期望坐标转换关系，所述目标位置为患者的病灶位置，定位示踪器安装于机械臂法兰端的一个安装槽；
46.确定模块，用于基于所述定位示踪器的当前位置信息、所述期望坐标转换关系以及第一备选坐标转换关系，确定机械臂基座坐标系下所述机械臂法兰端的第一姿态；所述第一备选坐标转换关系为所述定位示踪器被安装于机械臂法兰端的第一安装槽的情况下，所述定位示踪器坐标系与机械臂法兰坐标系之间的坐标转换关系；
47.所述确定模块，还用于基于所述定位示踪器的当前位置信息、所述期望坐标转换关系以及第二备选坐标转换关系，确定机械臂基座坐标系下所述机械臂法兰端的第二姿态；所述第二备选坐标转换关系为所述定位示踪器被安装于机械臂法兰端的第二安装槽的情况下，所述定位示踪器坐标系与所述机械臂法兰坐标系之间的坐标转换关系；
48.筛选模块，用于从所述确定模块确定的所述第一姿态和所述第二姿态中，筛选出
满足预设姿态条件的姿态，并确定所述定位示踪器被安装于筛选出的姿态对应的安装槽，所述预设姿态条件表示所述目标位置坐标系与所述定位器坐标系之间处于所述期望坐标转换关系的情况下，所述机械臂基座坐标系下所述机械臂法兰端的正确姿态。
49.可选的，所述确定模块，具体用于：
50.根据所述定位示踪器的当前位置信息，确定所述目标位置坐标系与所述定位示踪器坐标系之间当前的第一坐标转换关系；
51.根据第一备选坐标转换关系，确定第二坐标转换关系，所述第二坐标转换关系为所述定位示踪器被安装于所述第一安装槽时，所述定位示踪器坐标系与机械臂基座坐标系之间的坐标转换关系；
52.根据所述第一坐标转换关系以及所述第二坐标转换关系，确定第三坐标转换关系，所述第三坐标转换关系为所述定位示踪器被安装于所述第一安装槽时，所述目标位置坐标系与所述基座坐标系之间的坐标转换关系；
53.根据所述第三坐标转换关系、所述期望坐标转换关系以及所述第一备选坐标转换关系，确定所述第一姿态。
54.可选的，所述确定模块，具体用于：
55.通过三维导航系统定位所述定位示踪器当前的位置，得到所述定位示踪器坐标系与三维导航系统坐标系之间当前的第四坐标转换关系；
56.通过三维导航系统定位所述目标位置，得到所述目标位置坐标系与所述三维导航系统坐标系之间的第五坐标转换关系；
57.根据所述第四坐标转换关系和所述第五坐标转换关系，确定所述第一坐标转换关系。
58.可选的，所述确定模块，具体用于：
59.获取所述目标位置坐标系与ct数据坐标系之间的第六坐标转换关系，所述ct数据为对所述患者进行扫描得到；
60.确定所述ct数据坐标系与患者示踪器坐标系之间的第七坐标转换关系，所述患者示踪器用于表征所述患者的位置；
61.通过所述三维导航系统定位所述患者示踪器，得到所述患者示踪器坐标系与所述三维导航系统坐标系之间的第八坐标转换关系；
62.根据所述第六坐标转换关系、第七坐标转换关系和第八坐标转换关系，确定所述第五坐标转换关系。
63.可选的，所述获取模块，具体用于：
64.接收所述目标位置坐标系与通道坐标系之间的第一预设坐标转换关系，所述通道为定位器的手术通道，所述定位示踪器安装于所述定位器，所述定位器安装于所述机械臂法兰端；
65.确定所述通道坐标系与所述定位示踪器坐标系之间的第二预设坐标转换关系；
66.根据所述第一预设坐标转换关系和所述第二预设坐标转换关系，确定所述期望坐标转换关系。
67.可选的，所述筛选模块，具体用于：
68.基于机械臂逆运动学算法，确定所述机械臂基座坐标系下所述机械臂法兰端处于
所述第一姿态时，所述机械臂的各关节角的第一状态；
69.基于机械臂逆运动学算法，确定所述机械臂基座坐标系下所述机械臂法兰端处于所述第二姿态时，所述机械臂的各关节角的第二状态；
70.从所述第一状态和所述第二状态中，将满足所述预设姿态条件的状态对应的姿态，作为筛选出的姿态，所述预设姿态条件包括所述机械臂的至少一个关节角的状态条件。
71.本技术实施例的第四方面，提供了一种电子设备，包括处理器、通信接口、存储器和通信总线，其中，处理器，通信接口，存储器通过通信总线完成相互间的通信；
72.存储器，用于存放计算机程序；
73.处理器，用于执行存储器上所存放的程序时，实现上述任一项所述的确定定位示踪器安装槽的方法步骤。
74.本技术实施例的第五方面，提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质内存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述任一项所述的确定定位示踪器安装槽的方法步骤。
75.本技术实施例的第六方面，提供了一种包含指令的计算机程序产品，当其在计算机上运行时，使得计算机执行上述任一项所述的确定定位示踪器安装槽的方法。
76.本技术实施例有益效果：
77.本技术实施例提供的一种确定定位示踪器安装槽的方法、系统、装置及电子设备，可以根据定位示踪器的当前位置信息、目标位置坐标系与定位器坐标系之间处于期望坐标转换关系以及定位示踪器被安装于机械臂法兰端不同安装槽下时定位示踪器坐标系与机械臂法兰坐标系之间的备选坐标转换关系，确定机械臂基座坐标系下机械臂法兰端的不同姿态，从中选择正确的姿态对应的安装槽作为定位示踪器当前所在的安装槽。由于定位示踪器当前被安装于机械臂法兰端的一个安装槽，因此定位示踪器的当前位置信息与定位示踪器真实安装的安装槽对应的备选坐标转换关系匹配，与定位示踪器未被安装的安装槽对应的备选坐标转换关系不匹配。因此根据定位器的当前位置信息，确定的第一姿态和第二姿态中，仅存在一个正确的姿态，该姿态对应的安装槽即为定位示踪器真实所在的安装槽。可见，本技术实施例可以通过机械臂的姿态，确定定位示踪器所在的安装槽，而无需通过定位器的结构确定，因此不同的安装槽可以安装相同结构定位示踪器，不需要医生明确每个安装槽适配的定位示踪器结构，不依赖机械臂的定位精度以及定位器的重复安装精度，提升了系统整体定位精度，同时降低对机械臂进行定位时医生的操作难度。
78.当然，实施本技术的任一产品或方法并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
79.为了更清楚地说明本技术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简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的实施例。
80.图1为本技术实施例提供的一种确定定位示踪器安装槽的系统的结构示意图；
81.图2为本技术实施例提供的一种定位器的结构示意图；
82.图3为本技术实施例提供的一种定位示踪器和定位器的连接关系示意图；
83.图4为本技术实施例提供的确定定位示踪器安装槽的方法的第一种流程图；
84.图5为本技术实施例提供的确定定位示踪器安装槽的方法的第二种流程图；
85.图6为本技术实施例提供的确定定位示踪器安装槽的方法的第三种流程图；
86.图7为本技术实施例提供的确定定位示踪器安装槽的方法的第四种流程图；
87.图8为本技术实施例提供的机械臂的各关节角的状态的示例性示意图；
88.图9为本技术实施例提供的一种确定定位示踪器安装槽的装置结构示意图；
89.图10为本技术实施例提供的一种电子设备的结构示意图。
具体实施方式
90.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中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技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员基于本技术所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
91.本技术实施例提供了一种确定定位示踪器安装槽的系统，参见图1，该系统包括：上位机101、机械臂102、定位器103、定位示踪器1和支架2；上位机101与机械臂102通信连接，上位机101可实时获取机械臂法兰坐标系和机械臂基座坐标系的实时坐标转换关系。其中，定位示踪器1和支架2在图1中未示出。
92.上位机101用于执行本技术实施例提供的确定定位示踪器安装槽的方法，具体步骤可参考下文描述。
93.如图1所示，机械臂102安装于机械臂台车，机械臂102的基座与机械臂台车连接，机械臂102包括多个关节，机械臂102法兰端连接定位器103的一端。
94.参见图2，定位器103的一端1’连接于机械臂102法兰端，另一端为手术通道，即通道3，通道3内可放置各种医疗手术器械。例如，手术器械为骨科手术的螺钉时，螺钉可通过该通道3被钉入病灶位置。通道3的轴孔31用于连接定位示踪器。图2所示的定位器还包括两个螺钉5和多个定位器控制按钮17。
95.参见图3，支架2的一端包括套筒21，套筒21可设置于轴孔31内，且轴孔31和套筒21通过限位结构连接，限位结构用于限制轴孔31和套筒21相对转动。通道3的轴线与轴孔31的轴线之间的夹角大于0
°
且小于等于90
°
，使得定位示踪器1与通道3之间可形成所需的角度。
96.支架2的另一端连接定位示踪器1。可基于定位示踪器1实时捕获定位器的位置和姿态。
97.本技术实施例中，安装有定位示踪器的支架可以与任一个安装槽连接，实现了不同的安装槽可安装相同结构的定位示踪器，并通过上位机使用本技术实施例提供的确定定位示踪器安装槽的方法，确定定位示踪器所在的安装槽，因此不需要医生明确每个安装槽适配的定位示踪器结构，不依赖机械臂的定位精度以及定位器的重复安装精度，提升了系统整体定位精度，同时降低对机械臂进行定位时医生的操作难度。
98.参见图3，一种实现方式中，限位结构包括设置于轴孔31一侧表面的两个安装槽34和设置于套筒21外壁的限位块22，限位块22与任一个安装槽34卡接。其中，两个安装槽34设置于轴孔31远离通道3的一侧表面，图3中仅示出一个安装槽34，另一个安装槽34可以在图3
中安装槽34的相对位置。
99.另一种实现方式中，限位结构包括紧固件、设置于轴孔31外壁的两个安装槽和设置于套筒21外壁的限位孔，紧固件穿设于限位孔和任一个安装槽内。其中，紧固件包括螺钉或螺销。
100.通过上述方式，本技术实施例可以通过任一个安装槽和限位块卡接，或者螺钉或螺销等紧固件穿设于限位孔和任一安装槽的方式，限制轴孔和套筒连接时发生相对转动，从而实现支架和通道连接时相对位置不变，避免由于支架和通道的相对位置发生改变而影响手术导航的准确性。
101.参见图3，该系统还可以包括：限位装置4；套筒21包括锁槽211，通道3末端还包括螺纹孔33；限位装置4可插入螺纹孔33内，并插设在锁槽211内。
102.通过限位装置可以在套筒插入轴孔时，固定套筒与轴孔之间的连接，减少连接断开的情况，从而防止套筒从轴孔中脱落。
103.参见图3，该系统还可以包括：连接件5；支架2的另一端包括插头23，插头23内部具有第一孔231，定位示踪器1包括示踪架11和处于示踪架11上的多个示踪球12，示踪架11包括第二孔112；
104.连接件5传设于第二孔112并连接于第一孔231。
105.通过连接件，可以将定位示踪器与支架固定，从而使得定位示踪器通过支架连接于定位器。
106.参见图3，通道3还包括至少两个抱箍32，抱箍32抱紧在套筒21上，抱箍32用于阻碍套筒21在轴孔31内转动。
107.抱箍32的整体结构呈环形板，两个以上的抱箍32环绕在轴孔31的外侧。
108.通过抱箍可以减少套筒在轴孔内转动的情况，从而固定支架与定位器之间的相对位置关系，使得定位示踪器与定位器之间的相对位置关系固定，减少由于套筒在轴孔内转动而导致导航精度下降的情况。
109.如图1所示，该系统还可以包括：三维导航系统104。其中，三维导航系统104可以是红外光学导航系统、可见光光学导航系统、磁导航系统或者电导航系统等其他基于物理原理的三维导航系统。
110.三维导航系统104，用于采集包括定位示踪器1的第一图像，并向上位机101发送第一图像；上位机101，还用于根据第一图像，定位定位示踪器1当前的位置。
111.上位机101可以通过三维导航系统104实时跟踪定位示踪器的位置。
112.三维导航系统104，还用于采集包括患者示踪器的第二图像，并向上位机101发送第二图像；上位机，还用于根据第二图像，定位患者示踪器。
113.上位机101通过三维导航系统可以对患者示踪器进行定位，从而定位患者位置。
114.如图1所示，该系统还可以包括：c臂机105和患者示踪器106。其中，患者示踪器106在图1中未示出。
115.c臂机105用于对患者进行扫描，例如扫描患者的x光图像数据。
116.患者示踪器106安装于患者的病灶附近，用于表征患者的位置，以便在术中实时追踪患者的位姿。
117.基于相同的发明构思，本技术实施例提供了一种确定定位示踪器安装槽的方法，
应用于图1中的上位机，如图4所示，该方法包括如下步骤：
118.s401、获取目标位置坐标系与定位示踪器坐标系之间的期望坐标转换关系。
119.其中，目标位置为患者的病灶位置。例如，目标位置可以是骨科手术的螺钉钉入位置，或者假体放入位置，或者穿刺手术的消融病灶位置或者活检位置等病灶位置。
120.定位示踪器安装于机械臂法兰端的一个安装槽。例如由医生将定位示踪器安装于不会被遮挡的安装槽。
121.期望坐标转换关系可通过指定的规划软件确定，例如在需要定位器通道的中轴线与目标位置中轴线重合的情况下，通过软件规划此时目标位置坐标系与定位示踪器坐标系之间的期望坐标转换关系。
122.s402、基于定位示踪器的当前位置信息、期望坐标转换关系以及第一备选坐标转换关系，确定机械臂基座坐标系下机械臂法兰端的第一姿态。
123.其中，第一备选坐标转换关系为定位示踪器被安装于机械臂法兰端的第一安装槽的情况下，定位示踪器坐标系与机械臂法兰坐标系之间的坐标转换关系。
124.其中，机械臂基座坐标系下机械臂法兰端的姿态，即为机械臂法兰坐标系与机械臂基座坐标系之间的坐标转换关系。第一姿态的具体确定方式可参考后文描述。
125.s403、基于定位示踪器的当前位置信息、期望坐标转换关系以及第二备选坐标转换关系，确定机械臂基座坐标系下机械臂法兰端的第二姿态。
126.其中，第二备选坐标转换关系为定位示踪器被安装于机械臂法兰端的第二安装槽的情况下，定位示踪器坐标系与机械臂法兰坐标系之间的坐标转换关系。
127.需要说明的是，s403确定第二姿态的方式与s402确定第一姿态的方式相同，可参考第一姿态的确定方式，此处不再赘述。s402和s403可以先后执行，或者并行执行，本技术实施例对s402和s403之间的执行顺序不作具体限定。
128.s404、从第一姿态和第二姿态中，筛选出满足预设姿态条件的姿态，并确定定位示踪器被安装于筛选出的姿态对应的安装槽。
129.其中，预设姿态条件表示目标位置坐标系与定位器坐标系之间处于期望坐标转换关系的情况下，机械臂基座坐标系下机械臂法兰端的正确姿态。
130.在确定定位示踪器所在的安装槽之后，可以基于定位示踪器所在的安装槽对应的备选坐标转换关系，进行后续的导航定位。
131.本技术实施例提供的一种确定定位示踪器安装槽的方法，根据定位示踪器的当前位置信息、目标位置坐标系与定位器坐标系之间处于期望坐标转换关系、以及定位示踪器被安装于机械臂法兰端不同安装槽下时定位示踪器坐标系与机械臂法兰坐标系之间的备选坐标转换关系，确定机械臂基座坐标系下机械臂法兰端的不同姿态，从中选择正确的姿态对应的安装槽作为定位示踪器当前所在的安装槽。由于定位示踪器当前被安装于机械臂法兰端的一个安装槽，因此定位示踪器的当前位置信息与定位示踪器真实安装的安装槽对应的备选坐标转换关系匹配，与定位示踪器未被安装的安装槽对应的备选坐标转换关系不匹配。因此根据定位器的当前位置信息，确定的第一姿态和第二姿态中，仅存在一个正确的姿态，该姿态对应的安装槽即为定位示踪器真实所在的安装槽。可见，本技术实施例可以通过机械臂的姿态，确定定位示踪器所在的安装槽，而无需通过定位器的结构确定，因此不同的安装槽可以安装相同结构定位示踪器，不需要医生明确每个安装槽适配的定位示踪器结
构，不依赖机械臂的定位精度以及定位器的重复安装精度，提升了系统整体定位精度，同时降低对机械臂进行定位时医生的操作难度。
132.目前，常规的定位示踪器有些安装在图2的17位置附近，有些安装于图1中的机械臂基座。在定位示踪器安装在机械臂基座的情况下，对定位示踪器进行定位时，需要根据各部件的机械结构，标定定位示踪器坐标系与机械臂法兰坐标系的转换关系，以及标定定位示踪器坐标系与手术器械坐标系的转换关系等，标定步骤较多，流程较为繁琐，且容易引入标定误差、安装误差和加工误差。而且，后续移动机械臂时，需要通过多个步骤计算出机械臂定位轴线的位置，该过程需要经过复杂的计算，定位精度较低。
133.在定位器安装在定位器17位置附近的情况下，虽然能够提高定位精度，但在做创伤后复杂摆位等手术时，定位示踪器插入一些安装槽时在术中可能受到遮挡，导致无法定位。因此需要医生确定不会被遮挡的安装槽，且每个安装槽安装的定位示踪器结构不同，因此还需要医生明确该安装槽所能安装的定位示踪器，使得医生的操作较复杂。而且需要配置多种不同结构的定位示踪器，增加了成本。
134.而本技术实施例由于不需要设置多种结构的定位示踪器，因此节省了定位成本。
135.此外，本技术实施例中定位示踪器不安装于机械臂基座，因此避免了由于定位示踪器安装于机械臂基座导致的计算过程复杂且定位精度低的问题。而且，也避免了医生对定位示踪器结构和安装槽匹配出错带来的定位错误的问题。还能够避免由于定位示踪器姿态不同或被遮挡而导致的被识别的结构存在误差，导致定位精度低的问题。因此本技术实施例提高了对机械臂进行定位的精度。
136.以下对本技术实时实施例提供的确定定位示踪器安装槽的方法进行具体说明：
137.在本技术实施例中，参见图5，上述s401获取目标位置坐标系与定位示踪器坐标系之间的期望坐标转换关系的方式，包括以下步骤：
138.s4011、接收目标位置坐标系与通道坐标系之间的第一预设坐标转换关系。
139.其中，通道为定位器的手术通道，定位示踪器安装于定位器，定位器安装于机械臂法兰端，机械臂法兰端也可以称为机械臂末端。
140.可以通过指定的软件规划目标位置坐标系与通道坐标系之间的第一预设坐标转换关系，接收该软件输出的第一预设坐标转换关系。
141.s4012、确定通道坐标系与定位示踪器坐标系之间的第二预设坐标转换关系。
142.可选的，可以通过定位示踪器结构和定位器结构，确定通道坐标系与定位示踪器坐标系之间的第二预设坐标转换关系。或者，可以通过三坐标仪等标定仪器，标定得到通道坐标系与定位示踪器坐标系之间的第二预设坐标转换关系。
143.可以理解的，定位示踪器插入不同的安装槽，相当于围绕定位器通道下沿的中轴线旋转，即定位示踪器与定位器通道之间的相对距离保持不变，因此定位示踪器插入不同安装槽时，通道坐标系与定位示踪器坐标系之间的第二预设坐标转换关系相同。
144.s4013、根据第一预设坐标转换关系和第二预设坐标转换关系，确定期望坐标转换关系。
145.将第一预设坐标转换关系和第二预设坐标转换关系相乘，得到目标位置坐标系与定位示踪器坐标系之间的期望坐标转换关系。
146.通过上述方法，本技术实施例可以通过规划目标位置与通道之间的相对位置关
系，确定目标位置坐标系与定位示踪器坐标系之间的期望坐标转换关系。
147.在获取目标位置坐标系与定位示踪器坐标系之间的期望坐标转换关系之后，参见图6，上述s402确定第一姿态的方式，包括以下步骤：
148.s4021、根据定位示踪器的当前位置信息，确定目标位置坐标系与定位示踪器坐标系之间当前的第一坐标转换关系。
149.可以通过三维导航系统定位目标位置，从而得到目标位置坐标系与三维导航系统坐标系之间的坐标转换关系；以及通过三维导航系统定位当前定位示踪器的位置，得到定位示踪器坐标系与三维导航系统坐标系之间当前的坐标转换关系，从而得到目标位置坐标系与定位示踪器坐标系之间当前的第一坐标转换关系。具体实现方式可参考后文描述。
150.s4022、根据第一备选坐标转换关系，确定第二坐标转换关系。
151.其中，第二坐标转换关系为定位示踪器被安装于第一安装槽时，定位示踪器坐标系与机械臂基座坐标系之间的坐标转换关系。
152.其中，可以基于定位示踪器结构和定位器结构，确定定位示器被安装于第一安装槽的情况下，定位示踪器坐标系与机械臂法兰坐标系的第一备选坐标转换关系；或者通过三坐标仪等标定仪器标定得到定位示踪器被安装于第一安装槽的情况下，定位示踪器坐标系与机械臂法兰坐标系的第一备选坐标转换关系。由于机械臂与上位机之间存在通讯连接，因此上位机可以实时获取机械臂法兰坐标系与机械臂基座坐标系之间的坐标转换关系。将这两个坐标转换关系相乘，得到定位示踪器坐标系与机械臂基座坐标系之间的第二坐标转换关系。
153.s4023、根据第一坐标转换关系以及第二坐标转换关系，确定第三坐标转换关系。
154.其中，第三坐标转换关系为定位示踪器被安装于第一安装槽时，目标位置坐标系与基座坐标系之间的坐标转换关系。
155.本公开实施例中，可以将第一坐标转换关系与第二坐标转换关系相乘，得到目标位置坐标系与基座坐标系之间的第三坐标转换关系。
156.s4024、根据第三坐标转换关系、期望坐标转换关系以及第一备选坐标转换关系，确定第一姿态。
157.由于第三坐标转换关系＝第一姿态*第一备选坐标转换关系*期望坐标转换关系，因此可以得到第一姿态。
158.通过上述方法，本技术实施例可以得到目标位置坐标系与定位示踪器坐标系之间的坐标转换关系为期望坐标转换关系且定位示踪器被安装于机械臂法兰端的第一安装槽的情况下，机械臂基座坐标系下机械臂法兰端的第一姿态。该过程无需确定定位示踪器的结构，因此降低了定位示踪器成本。
159.在本技术实施例中，上述s4021确定目标位置坐标系与定位示踪器坐标系之间当前的第一坐标转换关系的方式，包括如下步骤：
160.步骤一、通过三维导航系统定位该定位示踪器当前的位置，得到定位示踪器坐标系与三维导航系统坐标系之间当前的第四坐标转换关系。
161.三维导航系统可以通过扫描或者拍摄定位示踪器等方式，确定定位示踪器的多个示踪球球心在三维导航系统下的坐标，并结合定位示踪器的多个示踪球球心在定位示踪器坐标系下的坐标，确定定位示踪器坐标系与三维导航系统坐标系之间当前的第四坐标转换
关系。
162.步骤二、通过三维导航系统定位目标位置，得到目标位置坐标系与三维导航系统坐标系之间的第五坐标转换关系。
163.可以获取目标位置坐标系与电子计算机断层扫描(computed tomography，ct)数据坐标系之间的第六坐标转换关系，其中，目标位置为患者的病灶位置，ct数据为对患者进行扫描得到。可选的，可以通过指定软件规划目标位置坐标系与ct数据坐标系之间的第六坐标转换关系。
164.并确定ct数据坐标系与患者示踪器坐标系之间的第七坐标转换关系，其中患者示踪器安装于患者的病灶附近，用于表征患者的位置，以便在术中实时追踪患者的位姿。可以预先对装有患者示踪器的患者进行扫描，得到ct数据，然后确定患者示踪器包括的各示踪球球心在ct数据坐标系中的坐标，结合患者示踪器的各示踪球球心在患者示踪器坐标系下的坐标，得到ct数据坐标系与患者示踪器坐标系之间的第七坐标转换关系。
165.通过三维导航系统定位患者示踪器，得到患者示踪器坐标系与三维导航系统坐标系之间的第八坐标转换关系。其中，可以通过三维导航系统扫描或者拍摄患者示踪器等方式，确定患者示踪器包括的各示踪球球心在三维导航系统坐标系中的坐标，结合患者示踪器的各示踪球球心在患者示踪器坐标系下的坐标，得到患者示踪器坐标系与三维导航系统坐标系之间的第八坐标转换关系。
166.之后，根据第六坐标转换关系、第七坐标转换关系和第八坐标转换关系，确定第五坐标转换关系。其中，可以计算第八坐标转换关系*第七坐标转换关系*第六坐标转换关系＝第五坐标转换关系。
167.步骤三、根据第四坐标转换关系和第五坐标转换关系，确定第一坐标转换关系。
168.可以计算inv(第四坐标转换关系)*第五坐标转换关系＝第一坐标转换关系。其中，inv()表示求逆矩阵。
169.通过上述方法，本技术实施例可以利用三维导航系统进行定位，且三维导航系统定位的准确度高，因此通过上述方式本技术实施例能够保障确定的目标位置坐标系与定位示踪器坐标系之间当前的第一坐标转换关系的精度。
170.本技术实施例中，通过相同的方式确定第一姿态以及第二姿态之后，参见图7，s404从第一姿态和第二姿态中筛选出满足预设姿态条件的姿态的方式，包括如下步骤：
171.s4041、基于机械臂逆运动学算法，确定机械臂基座坐标系下机械臂法兰端处于第一姿态时，机械臂的各关节角的第一状态。
172.可以接收医生输入的机械臂的起始位置，例如机械臂在患者所在的手术床的左侧/右侧，即机械臂的左/右展开位，并结合第一姿态，利用机械臂逆运动学算法，确定机械臂的各关节角的第一状态。
173.其中，机械臂的各关节角的状态包括：肩部左右状态、肘部左右状态、腕部内外状态和腕部上下状态。例如，如图8所示，图8的子图(a)所示的机械臂的各关节角的状态为：肩部向左、肘部向上、腕部向下。图8的子图(b)所示的机械臂的各关节角的状态为：肩部向左、肘部向上、腕部向上。图8的子图(c)所示的机械臂的各关节角的状态为：肩部向左、肘部向下、腕部向下。图8的子图(d)所示的机械臂的各关节角的状态为：肩部向左、肘部向下、腕部向上。图8的子图(e)所示的机械臂的各关节角的状态为：肩部向右、肘部向下、腕部向上。图
8的子图(f)所示的机械臂的各关节角的状态为：肩部向右、肘部向下、腕部向下。图8的子图(g)所示的机械臂的各关节角的状态为：肩部向右、肘部向上、腕部向上。图8的子图(h)所示的机械臂的各关节角的状态为：肩部向右、肘部向上、腕部向下。
174.s4042、基于机械臂逆运动学算法，确定机械臂基座坐标系下机械臂法兰端处于第二姿态时，机械臂的各关节角的第二状态。
175.s4042的具体实现方式与s4041相同，可参考上述描述，此处不再赘述。s4041和s4042可以先后执行，或者并行执行，本技术实施例对s4041和s4042的执行顺序不作具体限定。
176.s4043、从第一状态和第二状态中，将满足预设姿态条件的状态对应的姿态，作为筛选出的姿态。
177.其中，预设姿态条件包括机械臂的至少一个关节角的状态条件。例如，预设姿态条件包括：腕部向上和腕部向外等。
178.通过上述方法，本技术实施例可以根据定位示踪器处于不同安装槽中，对应的不同的姿态，来确定定位示踪器实际所在的安装槽。由于本技术实施例可以自动识别定位示踪器所在的安装槽，使得医生可以将定位示踪器安装在不会被遮挡的安装槽，而且安装时不需要明确定位示踪器插入的安装槽，降低了医生的操作难度，也使得机械臂处于不同摆位的情况下，定位示踪器均不会被遮挡，即处于可用状态。
179.以下对本技术实施例提供的确定定位示踪器安装槽的方法的整体流程进行说明：
180.通过定位示踪器的结构、定位器结构以及定位器与机械臂法兰端的连接关系，确定定位示踪器被安装于第一安装槽的情况下，定位示踪器坐标系与机械臂法兰坐标系之间的第一备选坐标转换关系记为m0；并确定定位示踪器被安装于第二安装槽的情况下，定位示踪器坐标系与机械臂法兰坐标系之间的第二备选坐标转换关系，记为m0’；
181.获取利用三坐标仪标定得到的通道坐标系与定位示踪器坐标系之间的第二预设坐标转换关系，记为m1；
182.通过ct图像配准得到ct数据坐标系与患者示踪器坐标系之间的第七坐标转换关系，记为m2；
183.通过软件规划得到目标位置坐标系与ct数据坐标系之间的第六坐标转换关系，记为m3；
184.通过三维导航系统对患者示踪器进行定位，得到患者示踪器坐标系与三维导航系统坐标系之间的第八坐标转换关系，记为m4；
185.通过三维导航系统对当前的定位示踪器进行定位，得到定位示踪器坐标系与三维导航系统坐标系之间当前的第四坐标转换关系，记为m5；
186.实时获取机械臂法兰坐标系与机械臂基座坐标系之间的坐标转换关系，记为m6；
187.通过软件规划得到目标位置坐标系与通道坐标系之间的第一预设坐标转换关系，记为m7。
188.通过以下公式计算定位示踪器被安装于第一安装槽的情况下，目标位置坐标系与基座坐标系之间的第三坐标转换关系，记为m9：
189.m9＝m6*m0*inv(m5)*m4*m2*m3
190.通过以下公式计算定位示踪器被安装于第二安装槽的情况下，目标位置坐标系与
基座坐标系之间的第三坐标转换关系，记为m9’：
191.m9
′
＝m6*m0
′
*inv(m5)*m4*m2*m3
192.通过以下公式计算第一姿态，记为m8：
193.m8*m0*m1*m7＝m9
194.通过以下公式计算第二姿态，记为m8’：
195.m8
′
*m0
′
*m1*m7＝m9
′
196.基于机械臂逆运动学算法，确定机械臂基座坐标系下机械臂法兰端处于第一姿态时，机械臂的各关节角的第一状态；
197.基于机械臂逆运动学算法，确定机械臂基座坐标系下机械臂法兰端处于第二姿态时，机械臂的各关节角的第二状态；
198.从第一状态和第二状态中，将满足预设姿态条件的状态对应的姿态，作为筛选出的姿态。
199.本技术实施例能够提高手术机器人机械臂定位的整体精度，属于手术机器人辅助手术的手术工具及定位算法的创新。
200.基于相同的发明构思，对应于上述方法实施例，本技术实施例提供了一种确定定位示踪器安装槽的装置，如图9所示，该装置包括：获取模块901、确定模块902和筛选模块903；
201.获取模块901，用于获取目标位置坐标系与定位示踪器坐标系之间的期望坐标转换关系，目标位置为患者的病灶位置，定位示踪器安装于机械臂法兰端的一个安装槽；
202.确定模块902，用于基于定位示踪器的当前位置信息、期望坐标转换关系以及第一备选坐标转换关系，确定机械臂基座坐标系下机械臂法兰端的第一姿态；第一备选坐标转换关系为定位示踪器被安装于机械臂法兰端的第一安装槽的情况下，定位示踪器坐标系与机械臂法兰坐标系之间的坐标转换关系；
203.确定模块902，还用于基于定位示踪器的当前位置信息、期望坐标转换关系以及第二备选坐标转换关系，确定机械臂基座坐标系下机械臂法兰端的第二姿态；第二备选坐标转换关系为定位示踪器被安装于机械臂法兰端的第二安装槽的情况下，定位示踪器坐标系与机械臂法兰坐标系之间的坐标转换关系；
204.筛选模块903，用于从确定模块902确定的第一姿态和第二姿态中，筛选出满足预设姿态条件的姿态，并确定定位示踪器被安装于筛选出的姿态对应的安装槽，预设姿态条件表示目标位置坐标系与定位器坐标系之间处于期望坐标转换关系的情况下，机械臂基座坐标系下机械臂法兰端的正确姿态。
205.可选的，确定模块902，具体用于：
206.根据定位示踪器的当前位置信息，确定目标位置坐标系与定位示踪器坐标系之间当前的第一坐标转换关系；
207.根据第一备选坐标转换关系，确定第二坐标转换关系，第二坐标转换关系为定位示踪器被安装于第一安装槽时，定位示踪器坐标系与机械臂基座坐标系之间的坐标转换关系；
208.根据第一坐标转换关系以及第二坐标转换关系，确定第三坐标转换关系，第三坐标转换关系为定位示踪器被安装于第一安装槽时，目标位置坐标系与基座坐标系之间的坐
标转换关系；
209.根据第三坐标转换关系、期望坐标转换关系以及第一备选坐标转换关系，确定第一姿态。
210.可选的，确定模块902，具体用于：
211.通过三维导航系统定位定位示踪器当前的位置，得到定位示踪器坐标系与三维导航系统坐标系之间当前的第四坐标转换关系；
212.通过三维导航系统定位目标位置，得到目标位置坐标系与三维导航系统坐标系之间的第五坐标转换关系；
213.根据第四坐标转换关系和第五坐标转换关系，确定第一坐标转换关系。
214.可选的，确定模块902，具体用于：
215.获取目标位置坐标系与ct数据坐标系之间的第六坐标转换关系，ct数据为对患者进行扫描得到；
216.确定ct数据坐标系与患者示踪器坐标系之间的第七坐标转换关系，患者示踪器用于表征患者的位置；
217.通过三维导航系统定位患者示踪器，得到患者示踪器坐标系与三维导航系统坐标系之间的第八坐标转换关系；
218.根据第六坐标转换关系、第七坐标转换关系和第八坐标转换关系，确定第五坐标转换关系。
219.可选的，获取模块901，具体用于：
220.接收目标位置坐标系与通道坐标系之间的第一预设坐标转换关系，通道为定位器的手术通道，定位示踪器安装于定位器，定位器安装于机械臂法兰端；
221.确定通道坐标系与定位示踪器坐标系之间的第二预设坐标转换关系；
222.根据第一预设坐标转换关系和第二预设坐标转换关系，确定期望坐标转换关系。
223.可选的，筛选模块903，具体用于：
224.基于机械臂逆运动学算法，确定机械臂基座坐标系下机械臂法兰端处于第一姿态时，机械臂的各关节角的第一状态；
225.基于机械臂逆运动学算法，确定机械臂基座坐标系下机械臂法兰端处于第二姿态时，机械臂的各关节角的第二状态；
226.从第一状态和第二状态中，将满足预设姿态条件的状态对应的姿态，作为筛选出的姿态，预设姿态条件包括机械臂的至少一个关节角的状态条件。
227.本技术实施例还提供了一种电子设备，如图10所示，包括处理器1001、通信接口1002、存储器1003和通信总线1004，其中，处理器1001，通信接口1002，存储器1003通过通信总线1004完成相互间的通信，
228.存储器1003，用于存放计算机程序；
229.处理器1001，用于执行存储器1003上所存放的程序时，实现上述方法实施例中由上位机执行的方法步骤。
230.上述电子设备提到的通信总线可以是外设部件互连标准(peripheral component interconnect，pci)总线或扩展工业标准结构(extended industry standard architecture，eisa)总线等。该通信总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便
于表示，图中仅用一条粗线表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。
231.通信接口用于上述电子设备与其他设备之间的通信。
232.存储器可以包括随机存取存储器(random access memory，ram)，也可以包括非易失性存储器(non-volatile memory，nvm)，例如至少一个磁盘存储器。可选的，存储器还可以是至少一个位于远离前述处理器的存储装置。
233.上述的处理器可以是通用处理器，包括中央处理器(central processing unit，cpu)、网络处理器(network processor，np)等；还可以是数字信号处理器(digital signal processor，dsp)、专用集成电路(application specific integrated circuit，asic)、现场可编程门阵列(field-programmable gate array，fpga)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。
234.在本技术提供的又一实施例中，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内存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述任一确定定位示踪器安装槽的方法的步骤。
235.在本技术提供的又一实施例中，还提供了一种包含指令的计算机程序产品，当其在计算机上运行时，使得计算机执行上述实施例中任一确定定位示踪器安装槽的方法。
236.在上述实施例中，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组合来实现。当使用软件实现时，可以全部或部分地以计算机程序产品的形式实现。所述计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载和执行所述计算机程序指令时，全部或部分地产生按照本技术实施例所述的流程或功能。所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。所述计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向另一个计算机可读存储介质传输，例如，所述计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或数据中心通过有线(例如同轴电缆、光纤、数字用户线(dsl))或无线(例如红外、无线、微波等)方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输。所述计算机可读存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。所述可用介质可以是磁性介质，(例如，软盘、硬盘、磁带)、光介质(例如，dvd)、或者半导体介质(例如固态硬盘solid state disk(ssd))等。
237.需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
238.本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
239.以上所述仅为本技术的较佳实施例，并非用于限定本技术的保护范围。凡在本申
请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本技术的保护范围内。