CN107693119A - 一种种植机器人中ct扫描空间与视觉空间配准的装置与方法 - Google Patents

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赵铱民
王利峰
谢瑞
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Abstract

本发明公开了一种种植机器人中CT扫描空间与视觉空间配准的装置，包括配准平台、标记板、标记a、夹具、固定模块、颌骨模型、定位托盘、标记b；标记板固定在配准平台上，标记a标记在标记版上；固定模块与夹具相匹配，颌骨模型通过3D打印加工；定位托盘能够与颌骨模型紧密装配，定位托盘上带有标记b；标记a能够被视觉系统所识别；固定模块能够与颌骨模型在CT空间中相匹配，并形成组合体可以装配夹具上；定位托盘上的标记b能够被视觉系统所识别。该装置能够实现灵活的配准方法，且配准精度好。

Description

一种种植机器人中CT扫描空间与视觉空间配准的装置与方法
技术领域
本发明属于外科医疗器械技术领域，具体涉及一种种植机器人中 CT扫描空间与视觉空间配准的装置与方法。
背景技术
CT扫描空间与视觉空间配准，是手术机器人实现精准手术的重要环节，通过这个过程，才能够将术前在CT扫描空间中的虚拟规划准确转化到实际手术的视觉空间中，控制机器人按照规划路径运动，完成手术。
以往的所有CT扫描空间与视觉空间配准(包括牙科机器人与全身的骨科机器人)都是需要在扫描CT时，患者扫描部位固定标记物 1，CT数据处理时，获取标记物1与患者自身解剖结构的相对空间位置关系；此标记物1在手术时能够直接被视觉(触觉)捕获或连接另一标记物2而能够间接地被视觉(触觉)捕获；因此要求标记物1在扫描CT时与实际手术时的位置相对于患者自身解剖结构保持一致，如果手术时这一位置发生改变，将会直接影响手术实施。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点或问题，本发明的目的是提供一种种植机器人中CT扫描空间与视觉空间配准的装置，该装置能够实现灵活的配准方法，且配准精度好。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种种植机器人中CT扫描空间与视觉空间配准的装置，包括配准平台、标记板、标记a、夹具、固定模块、颌骨模型、定位托盘、标记b；标记板固定在配准平台上，标记a标记在标记版上；固定模块与夹具相匹配，颌骨模型通过3D打印加工；定位托盘能够与颌骨模型紧密装配，定位托盘上带有标记b；标记a能够被视觉系统所识别；固定模块能够与颌骨模型在CT空间中相匹配，并形成组合体可以装配夹具上；定位托盘上的标记b能够被视觉系统所识别。
一种种植机器人中CT扫描空间与视觉空间配准的方法，包括以下步骤：
a.标记a与夹具之间相对空间位置关系获取：标记a位于标记板上，标记板与配准平台相对位置固定；夹具与配准平台相对位置固定；利用视觉系统进行标定能够获得夹具与标记a之间的相对空间位置关系；
b.标记a与颌骨模型相对位置关系获取：在CT扫描空间内，将固定模块摆放在与患者颌骨相匹配的空间位置上，形成完整模型；通过3D打印加工出颌骨模型；颌骨模型与固定模块的组合体装配到夹具上；利用视觉系统可以获取标记a与颌骨模型的相对位置关系；
c.标记b与颌骨模型相对位置关系获取：定位托盘能够与颌骨模型紧密装配；定位托盘上有标记b，利用视觉系统可以获取并标记b 与颌骨模型的相对位置关系；
d.CT扫描空间与视觉空间配准：手术时，定位托盘戴在患者牙齿上，定位托盘与患者牙齿和颌骨模型具有相同位置关系；视觉捕获标记b的位置，机器人系统就能够获得患者牙齿、颌骨在视觉空间下的精确位置，获得CT扫描空间与视觉空间的配准，从而将术前 CT扫描空间里规划的手术方案准确的在视觉空间下实施。
本方法与已有方法相比，利用了配准平台来获取标记b与牙齿颌骨的空间位置关系，患者CT扫描时，不需要特殊装置因而较舒适，而且方法灵活；利用本方法完成的空间配准精度在0.2mm以内，比现有方法精度更好。
附图说明
图1是配准平台示意图；
图2是颌骨模型与模块的组合体示意图；
图3是颌骨模型与模块的组合体装配到夹具上示意图；
图4是定位托盘装配到颌骨模型上示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例做详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
如图1-4所示，一种种植机器人中CT扫描空间与视觉空间配准的装置，包括配准平台、标记板、标记a、夹具、固定模块、颌骨模型、定位托盘、标记b；标记板固定在配准平台上，标记a标记在标记版上；固定模块与夹具相匹配，颌骨模型通过3D打印加工；定位托盘能够与颌骨模型紧密装配，定位托盘上带有标记b；标记a能够被视觉系统所识别；固定模块能够与颌骨模型在CT空间中相匹配，并形成组合体可以装配夹具上；定位托盘上的标记b能够被视觉系统所识别。
如图1所示，标记a与夹具之间相对空间位置关系获取：标记a 位于标记板上，标记板与配准平台相对位置固定；夹具与配准平台相对位置固定；利用视觉系统进行标定能够获得夹具与标记a之间的相对空间位置关系。
如图2和图3所示，标记a与颌骨模型相对位置关系获取：在 CT扫描空间内，将固定模块摆放在与患者颌骨相匹配的空间位置上，形成完整模型；通过3D打印加工出颌骨模型；颌骨模型与固定模块的组合体装配到夹具上；利用视觉系统可以获取标记a与颌骨模型的相对位置关系。
如图4如标记b与颌骨模型相对位置关系获取：定位托盘能够与颌骨模型紧密装配；定位托盘上有标记b，利用视觉系统可以获取并标记b与颌骨模型的相对位置关系。
CT扫描空间与视觉空间配准：手术时，定位托盘戴在患者牙齿上，定位托盘与患者牙齿和颌骨模型具有相同位置关系；视觉捕获标记b的位置，机器人系统就能够获得患者牙齿、颌骨在视觉空间下的精确位置，获得CT扫描空间与视觉空间的配准，从而将术前CT扫描空间里规划的手术方案准确的在视觉空间下实施。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明,任何熟悉本专业的技术人员,在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的方法及技术内容作出些许的更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (5)

1.一种种植机器人中CT扫描空间与视觉空间配准的装置，包括配准平台(1)、标记板(2)、标记a(3)、夹具(4)、固定模块(5)、颌骨模型(6)、定位托盘(7)、标记b(8)；其特征在于，标记板(2)固定在配准平台(1)上，标记a(3)标记在标记版(2)上；固定模块(5)与夹具(4)相匹配，颌骨模型(6)通过3D打印加工；定位托盘(7)能够与颌骨模型紧密装配，定位托盘上带有标记b(8)。
2.根据权利要求1所述的一种种植机器人中CT扫描空间与视觉空间配准的装置，其特征在于，标记a(3)能够被视觉系统所识别。
3.根据权利要求1所述的一种种植机器人中CT扫描空间与视觉空间配准的装置，其特征在于，固定模块(5)能够与颌骨模型(6)在CT扫描空间中相匹配，并形成组合体可以装配夹具(4)上。
4.根据权利要求1所述的一种种植机器人中CT扫描空间与视觉空间配准的装置，其特征在于，定位托盘(7)上的标记b(8)能够被视觉系统所识别。
5.一种种植机器人中CT扫描空间与视觉空间配准的方法，其特征在于，包括以下步骤：
a.标记a(3)与夹具(4)之间相对空间位置关系获取：标记a(3)位于标记板(2)上，标记板(2)与配准平台(1)相对位置固定；夹具(4)与配准平台相对位置固定；利用视觉系统进行标定能够获得夹具(4)与标记a(3)之间的相对空间位置关系；
b.标记a(3)与颌骨模型(6)相对位置关系获取：在CT扫描空间内，将固定模块(5)摆放在与患者颌骨相匹配的空间位置上，形成完整模型；通过3D打印加工出颌骨模型(6)；颌骨模型(6)与固定模块(5)的组合体装配到夹具(4)上；利用视觉系统可以获取标记a(3)与颌骨模型(6)的相对位置关系；
c.标记b(8)与颌骨模型(6)相对位置关系获取：定位托盘(7)能够与颌骨模型(6)紧密装配；定位托盘上有标记b(8)，利用视觉系统可以获取并标记b(8)与颌骨模型(6)的相对位置关系；CT扫描空间与视觉空间配准：手术时，定位托盘(7)戴在患者牙齿上，定位托盘(7)与患者牙齿和颌骨模型(6)具有相同位置关系；视觉捕获标记b(8)的位置，机器人系统就能够获得患者牙齿、颌骨在视觉空间下的精确位置，获得CT扫描空间与视觉空间的配准，从而将术前CT扫描空间里规划的手术方案准确的在视觉空间下实施。
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