CN108742846B - 手术机器人空间坐标系校验装置及应用其的校验方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种手术机器人空间坐标系校验装置及应用其的校验方法，其中，手术机器人空间坐标系校验装置包括包括安装载体、轨迹管、第一标定元件、第二标定元件、第一指示元件、第二指示元件以及校验元件。安装载体设置有安装孔，轨迹管安装于安装孔内。当校验元件从轨迹管的第一端进入并使得预定校验位置与处于校验路径的第一预定接触位置接触时，第一指示元件提供指示。当所述校验元件继续前进并使得预定校验位置与第二预定接触位置接触时，第二指示元件提供指示。上述手术机器人空间坐标系校验装置能直观地反应校验结果并且校验精度高。

Description

手术机器人空间坐标系校验装置及应用其的校验方法

技术领域

本发明涉及医疗器械领域，特别是涉及一种手术机器人空间坐标系校验装置及应用其的校验方法。

背景技术

在使用手术机器人进行手术前，需要对手术机器人的空间坐标与医疗影像设备的空间坐标进行融合。从医疗影像设备空间坐标系到手术机器人空间坐标系的转换是否准确是影响手术精确性的重要因素，因此，在手术前需要对手术机器人的空间坐标与医疗影像设备提供的空间坐标是否一致进行校验。

一般的手术机器人空间坐标系校验装置包括器官模型以及多根同向的空心管状结构，通过使用3D视觉成像装置对该手术机器人空间坐标系校验装置扫描，得到空心管状结构的坐标路径。将该坐标路径输入手术机器人，手术机器人控制校验针依该坐标路径运行，若校验针能准确穿入空心管状结构，则证明该手术机器人的空间坐标准确。

上述手术机器人空间坐标系校验装置只能对同一方向的轨迹路径进行验证，且由于该校验装置采用空心管状结构模拟手术路径，即使模拟轨迹错误、校验针的角度与空心管状结构的朝向存在偏差，也可能会因管壁的刚性引起校验针弯曲而使得校验针照样能进入空心管状结构内，以致得到错误的校验结果。

发明内容

基于此，有必要针对如何提高手术机器人空间坐标系校验精确度问题，提供一种手术机器人空间坐标系校验装置及应用其的校验方法。

一种手术机器人空间坐标系校验装置，包括：

安装载体，设置有安装孔；

轨迹管，笔直地安装于安装孔内，所述轨迹管具有第一端以及第二端；

第一标定元件，具有第一预定接触位置，所述第一标定元件被配置为沿垂直于所述轨迹管的轴向的方向可运动的；

第二标定元件，具有定位在所述轨迹管内的第二预定接触位置，其中，所述第二预定接触位置和所述第一预定接触位置限定校验路径；

第一指示元件，当所述第一预定接触位置被接触时，用于提供指示；

第二指示元件，当所述第二预定接触位置被接触时，用于提供指示；以及

校验元件，包括预定校验位置；

其中，当所述校验元件从所述轨迹管的第一端进入并使得所述预定校验位置与处于所述校验路径的所述第一预定接触位置接触时，所述第一指示元件提供指示；并且当所述校验元件继续前进并使得所述预定校验位置与所述第二预定接触位置接触时，所述第二指示元件提供指示。

上述手术机器人空间坐标系校验装置包括安装载体、轨迹管、第一标定元件、第二标定元件、校验元件、第一指示元件、第二指示元件。通过获取第一预定接触位置与第二预定接触位置的空间坐标，再将该空间坐标输入手术机器人，手术机器人将该空间坐标进行融合并形成校验路径，手术机器人再依该校验路径控制校验元件运行。若手术机器人的空间坐标系准确，则校验元件上的预定校验位置必然能依次接触到第一预定接触位置以及第二预定接触位置，预定校验位置接触到第一预定接触位置以及第二预定接触位置后第一指示元件以及第二指示元件能提供指示。用户通过观察第一指示元件以及第二指示元件是否提供指示，即可判定手术机器人的空间坐标系是否需要校正。整个校验过程操作简单，校验结果能通过第一指示元件以及第二指示元件直观反映给用户。同时相对于传统的通过观察校验元件能否穿入空管来对手术机器人空间坐标进行校验的校验装置，本申请的具有第一预定接触位置以及第二预定接触位置的手术机器人空间坐标系校验装置的校验误差能缩减至第一预定接触位置或第二预定接触位置的球形半径范围。而传统检验方式的误差是空管的直径，所以该手术机器人空间坐标系校验装置校验精确度更高。此外，第一标定元件被配置为沿垂直于轨迹管的轴向的方向可运动的，当预定校验位置未能接触到第一预定接触位置时，则第一标定元件能封堵轨迹管，阻止校验元件继续前行，防止轨迹错误的校验元件接触到管壁引起弯曲而照样能进入轨迹管内。

在其中一个实施例中，所述第一指示元件和/或所述第二指示元件为光指示元件或声音指示元件或文字指示元件。

在其中一个实施例中，手术机器人空间坐标系校验装置还包括第一电源，所述第一指示元件与所述第一电源电连接；

当所述预定校验位置接触第一预定接触位置时，所述第一指示元件与所述第一电源连通；所述第一指示元件提供指示。

在其中一个实施例中，所述第二指示元件与所述第一电源电连接；

当所述预定校验位置接触第二预定接触位置时，所述第二指示元件与所述第一电源连通；所述第二指示元件提供指示。

在其中一个实施例中，所述校正元件还包括针芯、绝缘层以及外壁；所述绝缘层套设于所述针芯外，所述外壁套设于所述绝缘层外；所述针芯连接所述预定校验位置与所述第一电源连接。

在其中一个实施例中，还包括第二电源，所述第二指示元件与所述第二电源电连接；

当所述预定校验位置接触第二预定接触位置时，所述第二指示元件与所述第二电源连通；所述第二指示元件提供指示。

在其中一个实施例中，所述校正元件还包括针芯和绝缘层，所述绝缘层套设于所述针芯外；所述针芯与所述预定校验位置和第二电源的电源电连接。

在其中一个实施例中，所述第一端的侧壁上开设有开口，所述第一标定元件被配置为沿垂直于所述轨迹管的轴向的方向可伸入或退出所述开口。

在其中一个实施例中，还包括控制单元；所述控制单元与所述第一标定元件连接；所述控制单元用以控制所述第一标定元件伸入或退出所述开口。

在其中一个实施例中，所述控制单元包括弹性件以及电磁铁；所述弹性件连接所述第一标定元件以及电磁铁；

当所述预定校验位置接触所述第一预定接触位置时，所述电磁铁被触发并吸附所述第一标定元件；所述第一标定元件压缩所述弹性件并退出所述开口。

在其中一个实施例中，所述控制单元还包括与所述电磁铁形成电回路的第三电源、第三指示元件以及可控硅；所述可控硅用于连通或断开所述电回路；

当所述预定校验位置接触所述第一预定接触位置时，所述可控硅连通所述电回路，所述电磁铁通电并吸附所述第一标定元件，所述第三指示元件提供指示；

当所述预定校验位置接触所述第二预定接触位置时，所述可控硅断开所述电回路，所述电磁铁断电并松开所述第一标定元件。

在其中一个实施例中，所述安装孔为多个，多个所述安装孔的中心轴朝向不同角度。

在其中一个实施例中，所述第一预定接触位置、第二预定接触位置以及预定校验位置均为半径为0.5mm～1mm的球形区域。

在其中一个实施例中，所述安装载体包括：

盖体，设置设有多个角度不同的第一安装孔；所述第一端安装于所述第一安装孔；以及

底板，与所述盖体相匹配，所述盖体开设有多个第二安装孔，并且所述第一安装孔的数量和角度与所述第一安装孔一一对应；所述第二端安装于所述第二安装孔。

在其中一个实施例中，所述安装载体以及所述轨迹管均采用透明材料。

在其中一个实施例中，所述安装载体为半圆柱体、圆柱体、半球体或长方体。

一种应用前述手术机器人空间坐标系校验装置的校验方法，包括以下步骤：

应用医疗影像设备获取轨迹管内的第一预定接触位置以及第二预定接触位置的空间坐标；

所述手术机器人获取所述空间坐标并生成校验路径，并依所述校验路径控制所述校验元件在所述轨迹管内运行；

判断所述第一指示元件是否提供指示；

若所述第一指示元件提供指示，则校验元件继续前行；

判断所述第二指示元件是否提供指示；

若所述第二指示元件提供指示，则判定所述手术机器人的空间坐标系与所述医疗影像设备的空间坐标系一致。

在其中一个实施例中，所述方法还包括：

若所述第一指示元件未提供指示，则所述校验元件停止；对所述手术机器人的空间坐标系进行校正。

在其中一个实施例中，所述方法还包括：

若所述第二指示元件未提供指示，则对所述手术机器人的空间坐标系进行校正。

一种手术机器人空间坐标系校验装置，包括：

安装载体，设置有安装孔；

轨迹管，笔直地安装于所述安装孔内，所述轨迹管具有开口端；

校验元件，可从所述开口端伸入到所述轨迹管内，所述检验元件包括预定校验位置；以及

第一标定组件和所述第二标定组件中至少之一者，其中：

所述第一标定组件包括：

第一标定元件，具有第一预定接触位置，所述第一标定元件被配置为沿垂直于所述轨迹管的轴向的方向可运动的；以及

第一指示元件，当所述第一预定接触位置被所述预定校验位置接触时，用于提供指示；

第二标定组件包括：

第二标定元件，具有定位在所述轨迹管内的第二预定接触位置；以及

第二指示元件，当所述第二预定接触位置被所述预定校验位置接触时，用于提供指示。

在其中一个实施例中，所述第二标定元件被布置成其轴线平行于所述轨迹管的轴线方向。

在其中一个实施例中，所述第一预定接触位置或所述第二预定接触位置被配置在以所述轨迹管的径向中心为中心以预定半径的球体范围内。

在其中一个实施例中，所述预定半径为0.5mm-1mm。

附图说明

图1为一实施例的手术机器人空间坐标系校验装置示意图；

图2为一实施例的轨迹管示意结构图；

图3为一实施例的手术机器人空间坐标系校验装置的控制电路连接示意图；

图4为一实施例的校验元件结构示意图；

图5为一实施例的应用手术机器人空间坐标系校验装置的校验方法流程图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解发明。但是发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

请参见图1、图2、图3，一实施例的手术机器人空间坐标系校验装置100包括安装载体110、轨迹管120、第一标定元件130、第二标定元件140、校验元件150、第一指示元件161以及第二指示元件162。其中，安装载体110上开设有安装孔，轨迹管120笔直地安装于安装孔内，使得轨迹管120的延伸方向与安装孔的轴向保证一致。

具体地，请参见图2，轨迹管120具有第一端121以及第二端122。其中，在其中一个实施例中，第一端121为开口结构，第二端122为封闭结构，第二端122内固定设置有第二标定元件140。轨迹管120用于模拟手术机器人的运动轨迹。

具体地，请继续参见图2，一实施例的轨迹管120的靠近第一端121的侧壁上开设有一个开口123，开口123连通到轨迹管120的内部。请参见图3，为方便观察，图3中截选示意了轨迹管120的靠近第一端121的一小段。其中，第一标定元件130垂直于轨迹管120轴向可活动地穿设在该开口123内，从而第一标定元件130能伸入或退出开口123，以致封堵或开通轨迹管120。值得说明的是，在另一个实施例中，第二标定元件140的配置方式也可以是垂直轨迹管120的轴向可活动地配置在第二端122附近。

具体地，第一标定元件130上具有第一预定接触位置131。第二标定元件140上具有第二预定接触位置141。根据第一预定接触位置131与第二预定接触位置141的空间坐标能限定一条校验路径。

校验元件150上具有预定校验位置151。校验元件150被配置为沿轨迹管120的轴向可活动的，进一步地，校验元件150的运动由需要进行空间坐标系校验的手术机器人控制。若该手术机器人的空间坐标系是准确的，则手术机器人依由接触第一预定接触位置131以及第二预定接触位置141的空间坐标融合后得到的校验路径控制校验元件150运行时，预定校验位置151必能依次接触到第一预定接触位置131以及第二预定接触位置141。

为了更直观方便地观察预定校验位置151是否接触到第一预定接触位置131以及第二预定接触位置141。手术机器人空间坐标系校验装置100还包括第一指示元件161以及第二指示元件162。当校验元件150从轨迹管120的第一端121进入，并使得预定校验位置151与处于校验路径的第一预定接触位置131接触时，第一指示元件161能提供指示。当校验元件150继续前进并使得预定校验位置151与第二预定接触位置141接触时，第二指示元件162提供指示。

具体地，在本实施例中，第一指示元件161以及第二指示元件162可以为LED灯等光指示元件，LED灯亮起即表示第一指示元件161或第二指示元件162提供指示。值得说明的是，在另一个是实施例中，第一指示元件161以及第二指示元件162也可以为蜂鸣器等声音指示元件，蜂鸣器响起即表示第一指示元件161或第二指示元件162提供指示。第一指示元件161以及第二指示元件162还可以为显示器等文字指示元件。

上述手术机器人空间坐标系校验装置100的工作原理是，通过医疗影像设备，如CT或CBCT扫描获取到轨迹管120内的第一预定接触位置131和第二预定接触位置141的空间坐标。然后将该空间坐标输入至手术机器人的工作站，经过工作站的坐标融合生成校验路径。若手术机器人的空间坐标与医疗影像设备的空间坐标是一致的，则校验元件150沿着该校验路径运动时，预定校验位置151就能接触到第一预定接触位置131，使得第一指示元件161亮起，并使得第一标定元件130沿垂直于轨迹管120轴向的方向退出轨迹管，从而校验元件150能继续进入轨迹管120。若预定校验位置151也能接触到第二预定接触位置141，则第二指示元件162亮起，证明手术机器人的空间坐标融合准确，手术机器人的空间坐标系与医疗影像设备的空间坐标系一致。若预定校验位置151与第一预定接触位置131或第二预定接触位置141没有接触，则证明手术机器人的空间坐标与医疗影像设备的空间坐标不一致，需要对手术机器人的空间坐标系进行校正。

上述手术机器人空间坐标系校验装置100包括安装载体110、轨迹管120、第一标定元件130、第二标定元件140、校验元件150、第一指示元件161、第二指示元件162。通过获取第一预定接触位置131与第二预定接触位置141的空间坐标，再将该空间坐标输入手术机器人，手术机器人将该空间坐标进行融合并形成校验路径，手术机器人再依该校验路径控制校验元件150运行。若手术机器人的空间坐标系准确，则校验元件150上的预定校验位置151必然能依次接触到第一预定接触位置131以及第二预定接触位置141，预定校验位置151接触到第一预定接触位置131以及第二预定接触位置141后第一指示元件161以及第二指示元件162能提供指示。用户通过观察第一指示元件161以及第二指示元件162是否提供指示，即可判定手术机器人的空间坐标系是否需要校正。整个校验过程操作简单，校验结果能通过第一指示元件161以及第二指示元件162直观反映给用户。同时相对于传统的通过观察校验元件能否穿入空管来对手术机器人空间坐标进行校验的校验装置，本申请的具有第一预定接触位置131以及第二预定接触位置141的手术机器人空间坐标系校验装置100的校验误差能缩减至第一预定接触位置131或第二预定接触位置141的球形半径范围。而传统检验方式的误差是空管的直径，所以该手术机器人空间坐标系校验装置100校验精确度更高。此外，第一标定元件130被配置为沿垂直于轨迹管120的轴向的方向可运动的，当预定校验位置151未能接触到第一预定接触位置131时，则第一标定元件130能封堵轨迹管120，阻止校验元件150继续前行，防止轨迹错误的校验元件150接触到轨迹管120的管壁引起弯曲而照样能进入轨迹管120内。

请继续参见图3，在其中一个实施例中，手术机器人空间坐标系校验装置100还包括第一电源163。第一电源163与第一指示元件161可串联成第一电回路(161，163)。第一电源163、第一指示元件161还能和第二指示元件162串联成第二电回路(161，162，163)。当预定校验位置151接触到第一预定接触位置131时，第一电回路(161，163)被连通，第一指示元件161亮起，提示第一预定接触位置131已被预定校验位置151接触到。当预定校验位置151接触到第二预定接触位置141时，第一指示元件161、第二指示元件162与第一电源163即第二电回路(161，162，163)被连通。此时，第一指示元件161与第二指示元件162同时亮起，提示第二预定接触位置141已被预定校验位置151接触到。值得说明的是，第一指示元件161与第二指示元件162也可以用蜂鸣器等具有提示功能的元件代替。

在本实施例中，第一指示元件161以及第二指示元件162共用第一电源163.需要说明的是，第一指示元件161以及第二指示元件162也可以各自独立设置电源。具体地，在另一个实施例中，手术机器人空间坐标系校验装置100还可以包括第二电源(未示出),在该实施例中，第一指示元件161还是与第一电源161电连接。而第二指示元件162与第二电源电连接。当预定校验位置151接触到第一预定接触位置131时，第一指示元件162与第一电源163连通。第一指示元件161提供指示。当预定校验位置151接触第二预定接触位置141时，第二指示元件162与第二电源连通，第二指示元件162提供指示。

第一指示元件161以及第二指示元件162能对预定校验位置151接触第一预定接触位置131或第二预定接触位置141做出准确迅速的反应，并且提供相应的指示信息。便于使用者监测预定校验位置151是否接触到第一预定接触位置131或第二预定接触位置141，从而判断手术机器人的空间坐标系与医疗影像设备的空间坐标系是否一致。

具体地，请参见图3、图4，一实施例的校验元件150还包括针芯152、绝缘层153以及外壁154，其中，绝缘层153套设于针芯152外，外壁154套设于绝缘层外。进一步地，针芯152为导电材料，并且针芯152一端与第一电池电连接，针芯152的另一端与预定校验位置151连接，使得预定校验位置151与第一电源163形成电连接。并且预定校验位置151位于校验元件150的顶部并呈小球状。需要说明的是，在另一个实施例中，当第二指示元件162与第二电源电连接时，针芯152的两端还分别连接预定校验位置151以及第二电源。

进一步地，参见图3，第一标定元件130与第二标定元件140的内部结构与校验元件150类似，也均包括依次套设的针芯、绝缘层以及外壁，并且第一标定元件130的针芯与第一指示元件161以及第一电源163形成第一电回路(161，163)。第二标定元件140的针芯与第一指示元件161，第二指示元件162以及第一电源163形成第二电回路(161，162，163)。

进一步地，第一预定接触位置131位于第一标定元件130的顶部并呈小球状，并且第一预定接触位置131与第一标定元件130的针芯连接。同样地，第二预定接触位置141也位于第二标定元件140的顶部并呈小球状，并且第二预定接触位置141与第二标定元件140的针芯连接。

进一步地，第一预定接触位置131、第二预定接触位置141以及预定校验位置151的球形半径为0.5mm～1mm。

具体地，一实施例中，手术机器人空间坐标系校验装置100还包括控制单元170，控制单元170用于控制第一标定元件130伸入或退出开口123以致第一标定元件130封堵或开通轨迹管120。具体地，第一标定元件130初始状态为伸入开口123状态，以致封堵轨迹管120。当预定校验位置151接触到第一预定接触位置131时，控制单元170被触发并控制第一标定元件130退出开口123，从而开通轨迹管120，使得校验元件150能沿着轨迹管120向靠近第二标定元件140方向继续120运行。若预定校验位置151未能接触到第一预定接触位置131，则第一标定元件130保持封堵轨迹管120状态，以阻挡校验元件150继续进入轨迹管120内。

具体地，参见图3，一实施例的控制单元170包括电磁铁171、弹性件172、可控硅173、第三电源174以及第三指示元件175。弹性件172设置在第一标定元件130以及电磁铁171之间，并且弹性件172连接着第一标定元件130与电磁铁171。电磁铁171、可控硅173、第三电源174以及第三指示元件175串联成第三电回路(171，173，174，175)。其中，可控硅173还与第一电回路(161，163)以及第二电回路(161，162，163)有电连接。第一电回路(161，163)能给可控硅173发送第一触发信号从而触发可控硅173控制第三电回路(171，173，174，175)连通，第二电回路(161，162，163)能给可控硅173发送第二触发信号从而触发可控硅173控制第三电回路(171，173，174，175)断开。

具体地，当校验元件150上的预定校验位置151接触到第一预定接触位置131时，第一电回路(161，163)被连通，第一指示元件161亮起。同时，可控硅173收到第一触发信号，可控硅173连通第三电回路(171，173，174，175)。电磁铁171与第三指示元件175通电，第三指示元件175亮起。电磁铁171被激励，吸附第一标定元件130，从而第一标定元件130退出开口123，进而轨迹管120被开通。校验元件150可继续前行。同时，由于第一标定元件130退出开口123，第一指示元件161与第一电源163断开，第一指示元件161熄灭。

当校验元件150继续前行至预定校验位置151接触第二预定接触位置时，第二电回路(161，162，163)被连通，第一指示元件161以及第二指示元件162同时亮起。并且第二电回路(161，162，163)给可控硅173发送第二触发信号，致使可控硅173断开第三电回路(171，173，174，175)，以致电磁铁171和第三指示元件175断电。电磁铁171松开第一标定元件130，第一标定元件130在弹性件172的弹力作用下回弹，并压置到校验元件150的外壁154上。第三指示元件175熄灭。

控制单元170通过可控硅173来监控预定校验位置151是否能接触到第一预定接触位置131和第二预定接触位置141，进而控制电磁铁171吸附或松开第一标定元件130。控制单元170能在校验元件150运行的轨迹路线错误时，控制第一标定元件130封堵轨迹管120，有效地防止了校验元件150接触到轨迹管120的内壁造成校验元件150弯曲而能继续伸进轨迹管120内。

具体地，参见图1，安装载体110上的安装孔为多个，并且多个安装孔的中心轴朝向不同角度。相应地，轨迹管120为多根，多根轨迹管120安装于角度不同的安装孔内，从而形成多个角度不同的校验路径。从而能从多角度、多层面地对手术机器人进行空间坐标系校验，以提高校验精度。

进一步地，一实施例的安装载体110可以包括盖体111以及与盖体111相匹配的底板112。盖体111上设置有多个角度不同的第一安装孔1111，第一安装孔1111的数量可以与轨迹管120的数量相匹配。轨迹管120的第一端121安装在第一安装孔1111内。同时，底板112上也开设有角度和数量都与第一安装孔1111相对应的第二安装孔1121。轨迹管120的第二端122安装在第二安装孔1121内。进一步地，第一安装孔1111与第二安装孔1121均为螺纹孔，并且轨迹管120的第一端121与第二端122也均带有螺纹结构。轨迹管120与安装载体110例如通过螺纹连接的方式连接。

具体地，在其中一个实施例中，第一电源161、控制单元170的电磁铁171、可控硅173以及第三电源174均可固定设置于底板112内。第一指示元件161、第二指示元件162以及第三指示元件175可固定在轨迹管120的外壁上。

具体地，安装载体110与轨迹管120所使用材料均采用透明材料，比如PMMA(polymethyl methacrylate聚甲基丙烯酸甲酯)材料，即有机玻璃。便于使用者监测轨迹管120内的情况。进一步地，安装载体110的形状可做成半圆柱体、圆柱体、半球体或长方体型。

请参见图5，应用上述的手术机器人空间坐标系校验装置100的校验方法包括以下步骤：

S110:应用医疗影像设备获取轨迹管内的第一预定接触位置以及第二预定接触位置的空间坐标。

具体地，医疗影像设备可以为CT或CBCT。将手术机器人空间坐标系校验装置100放置于手术床上，调整医疗影像设备的机架对手术机器人空间坐标系校验装置100进行扫描，对轨迹管120进行三维重建后，测定该轨迹管120内的第一预定接触位置131与第二预定接触位置141的空间坐标。固定手术机器人空间坐标系校验装置100的相对位置，手术机器人空间坐标系校验装置100不退出扫描孔。

S120:手术机器人获取该空间坐标并生成校验路径，并依校验路径控制校验元件运行。

具体地，将上述第一预定接触位置131与第二预定接触位置141的空间坐标输入至手术机器人的工作站，经过工作站的坐标融合并生成校验路径。手术机器人依照着该校验路径控制校验元件150在轨迹管120内运动。

S130:判断第一指示元件是否提供指示。

S140:若第一指示元件提供指示，则校验元件继续前行。

具体地，第一指示元件提供指示即表示预定校验位置151接触到了第一预定接触位置，证明手术机器人内经过坐标融合得到的第一预定接触位置131的空间坐标与医疗影像设备扫描到的第一预定接触位置131的空间坐标是一致的。第一标定元件130退出轨迹管120，轨迹管120被开通，校验元件150就能继续前行。

S150:判断第二指示元件是否提供指示。

S160:若第二指示元件提供指示，则判定手术机器人的空间坐标系与医疗影像设备的空间坐标系一致。

具体地，第二指示元件提供指示即表明预定校验位置151能接触到第二预定接触位置141，证明手术机器人内经过坐标融合得到的第二预定接触位置141的空间坐标与医疗影像设备扫描到的第一预定接触位置141的空间坐标也是一致的，由此规划的校验路径是准确的，此时，即可得出判定结果：手术机器人的空间坐标系与医疗影像设备的空间坐标系一致。

进一步地，若控制单元170未被触发或若预定校验位置151未接触到第二预定接触位置141，上述校验方法还应包括步骤：

S145：对手术机器人的空间坐标系进行校正。

具体地，手术机器人的空间坐标系的校正方法可使用现有的校正方法。对手术机器人的空间坐标系进行校正后，再重新回到步骤S120对该手术机器人的空间坐标系进行新的校验。

进一步地，为达到更好的校验精确度，可以对手术机器人进行多次校验。具体地，在其中一个实施例中，手术机器人空间坐标系校验装置100可设置多根轨迹管，并且多根轨迹管120的轴向朝向不同角度。每次校验选择不同角度的轨迹管120进行扫描，从而对手术机器人进行全方位，多角度地空间坐标系校验，进一步提高校验精度。

上述手术机器人空间坐标系的校验方法，应用了前述的手术机器人空间校验装置100，相较于传统的通过观察校验元件能否穿入空管来对手术机器人空间坐标进行校验的校验方法，使用具有第一预定接触位置131以及第二预定接触位置141的手术机器人空间坐标系校验装置100的校验方法，能将误差缩减至第一预定接触位置131或第二预定接触位置141的球形半径的范围内。所以该手术机器人空间坐标系校验方法校验精确度更高。

根据本发明的上述，本领域普通技术人员可以理解，在一种实施例中，手术机器人空间坐标系校验装置可以包括安装载体110、轨迹管120、校验元件150以及多个与图3实质相同或实质类似的第一标定组件，其中，每个第一标定组件均包括第一标定元件130和第一指示元件161，其中，第一标定元件130包括第一预定接触位置131，第一指示元件161用于当校验元件150的预定校验位置151与第一预定接触位置131接触时提供指示信息。需要说明的是，在该实施例中安装载体110、轨迹管120、校验元件150可与上述实施例实质相同或实质类似地设置。

根据本发明的上述公开，本领域普通技术人员可以理解，在另一种实施例中，手术机器人空间坐标系校验装置包括安装载体110、轨迹管120、校验元件150以及一个与图3实质相同或实质类似的第二标定组件。例如，该第二标定组件包括第二标定元件140以及可提供指示的指示元件162。可以理解，第二标定组件一般设置在靠近检验路径的末端的一侧并且被配置成其轴线平行于轨迹管120的轴线方向。需要说明的是，在该实施例中安装载体110、轨迹管120、校验元件150可与上述实施例实质相同或实质类似地设置。

根据本发明的上述公开，本领域普通技术人员可以理解，在再一种实施例中，手术机器人空间坐标系校验装置可以包括多个与图3实质相同或实质类似的第一标定组件以及一个与图3实质相同或实质类似的第二标定组件。需要说明的是，在该实施例中，手术机器人空间坐标系校验装置的其他部件及其连接关系可与上述实施例相同或类似地配置。

具体地，在其中一个实施例中，第一标定元件或第二标定元件中的所限定的第一预定接触位置或第二预定接触位置一般被配置成以轨迹管120的径向中心为中心并且以预定半径为中心的球体内，其中，该预定半径可以被限制在0.5mm-1mm的范围内。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (23)

1.一种手术机器人空间坐标系校验装置，其特征在于，包括：

安装载体，设置有安装孔；

轨迹管，笔直地安装于安装孔内，所述轨迹管具有第一端以及第二端；

第一标定元件，具有第一预定接触位置，所述第一标定元件被配置为沿垂直于所述轨迹管的轴向的方向可运动的；

第二标定元件，具有定位在所述轨迹管内的第二预定接触位置，其中，所述第二预定接触位置和所述第一预定接触位置限定校验路径；

第一指示元件，当所述第一预定接触位置被接触时，用于提供指示；

第二指示元件，当所述第二预定接触位置被接触时，用于提供指示；以及

校验元件，包括预定校验位置；

其中，当所述校验元件从所述轨迹管的第一端进入并使得所述预定校验位置与处于所述校验路径的所述第一预定接触位置接触时，所述第一指示元件提供指示；并且当所述校验元件继续前进并使得所述预定校验位置与所述第二预定接触位置接触时，所述第二指示元件提供指示。

2.根据权利要求1所述的手术机器人空间坐标系校验装置，其特征在于，所述第一指示元件和/或所述第二指示元件为光指示元件或声音指示元件或文字指示元件。

3.根据权利要求1所述的手术机器人空间坐标系校验装置，其特征在于，还包括第一电源，所述第一指示元件与所述第一电源电连接；

当所述预定校验位置接触第一预定接触位置时，所述第一指示元件与所述第一电源连通；所述第一指示元件提供指示。

4.根据权利要求3所述的手术机器人空间坐标系校验装置，其特征在于，所述第二指示元件与所述第一电源电连接；

当所述预定校验位置接触所述第二预定接触位置时，所述第二指示元件与所述第一电源连通；所述第二指示元件提供指示。

5.根据权利要求4所述的手术机器人空间坐标系校验装置，其特征在于，所述校验元件还包括针芯、绝缘层；所述绝缘层套设于所述针芯外；所述针芯与所述预定校验位置以及所述第一电源电连接。

6.根据权利要求3所述的手术机器人空间坐标系校验装置，其特征在于，还包括第二电源，所述第二指示元件与所述第二电源电连接；

当所述预定校验位置接触所述第二预定接触位置时，所述第二指示元件与所述第二电源连通；所述第二指示元件提供指示。

7.根据权利要求6所述的手术机器人空间坐标系校验装置，其特征在于，所述校验元件还包括针芯和绝缘层，所述绝缘层套设于所述针芯外；所述针芯与所述预定校验位置以及第二电源的电源电连接。

8.根据权利要求1所述的手术机器人空间坐标系校验装置，其特征在于，所述第一端的侧壁上开设有开口，所述第一标定元件被配置为沿垂直于所述轨迹管的轴向的方向可伸入或退出所述开口。

9.根据权利要求8所述的手术机器人空间坐标系校验装置，其特征在于，还包括控制单元；所述控制单元与所述第一标定元件连接；所述控制单元用以控制所述第一标定元件伸入或退出所述开口。

10.根据权利要求9所述的手术机器人空间坐标系校验装置，其特征在于，所述控制单元包括弹性件以及电磁铁；所述弹性件连接所述第一标定元件以及电磁铁；

当所述预定校验位置接触所述第一预定接触位置时，所述电磁铁被触发并吸附所述第一标定元件；所述第一标定元件压缩所述弹性件并退出所述开口。

11.根据权利要求10所述的手术机器人空间坐标系校验装置，其特征在于，所述控制单元还包括与所述电磁铁形成电回路的第三电源、第三指示元件以及可控硅；所述可控硅用于连通或断开所述电回路；

当所述预定校验位置接触所述第一预定接触位置时，所述可控硅连通所述电回路，所述电磁铁通电并吸附所述第一标定元件退出所述开口，所述第三指示元件提供指示；

当所述预定校验位置接触所述第二预定接触位置时，所述可控硅断开所述电回路，所述电磁铁断电并松开所述第一标定元件。

12.根据权利要求1所述的手术机器人空间坐标系校验装置，其特征在于，所述安装孔为多个，多个所述安装孔的中心轴朝向不同角度。

13.根据权利要求1所述的手术机器人空间坐标系校验装置，其特征在于，所述第一预定接触位置、第二预定接触位置以及预定校验位置均为半径为0.5mm～1mm的球形区域。

14.根据权利要求1所述的手术机器人空间坐标系校验装置，其特征在于，所述安装载体包括：

盖体，设置设有多个角度不同的第一安装孔；所述第一端安装于所述第一安装孔；以及

底板，与所述盖体相匹配，所述盖体开设有多个第二安装孔，并且所述第二安装孔的数量和角度与所述第一安装孔一一对应；所述第二端安装于所述第二安装孔。

15.根据权利要求1所述的手术机器人空间坐标系校验装置，其特征在于，所述安装载体以及所述轨迹管均采用透明材料。

16.根据权利要求1所述的手术机器人空间坐标系校验装置，其特征在于所述安装载体为半圆柱体、圆柱体、半球体或长方体。

17.一种应用如权利要求1～16中任一项所述的手术机器人空间坐标系校验装置的校验方法，其特征在于，包括以下步骤：

应用医疗影像设备获取轨迹管内的第一预定接触位置以及第二预定接触位置的空间坐标；

所述手术机器人获取所述空间坐标并生成校验路径，并依所述校验路径控制校验元件在所述轨迹管内运行；

判断第一指示元件是否提供指示；

若所述第一指示元件提供指示，则校验元件继续前行；

判断第二指示元件是否提供指示；

若所述第二指示元件提供指示，则判定所述手术机器人的空间坐标系与所述医疗影像设备的空间坐标系一致。

18.根据权利要求17所述的应用手术机器人空间坐标系校验装置的校验方法，其特征在于，所述方法还包括：

若所述第一指示元件未提供指示，则所述校验元件停止；对所述手术机器人的空间坐标系进行校正。

19.根据权利要求17所述的应用手术机器人空间坐标系校验装置的校验方法，其特征在于，所述方法还包括：

若所述第二指示元件未提供指示，则对所述手术机器人的空间坐标系进行校正。

20.一种手术机器人空间坐标系校验装置，其特征在于，包括：

安装载体，设置有安装孔；

轨迹管，笔直地安装于所述安装孔内，所述轨迹管具有开口端；

校验元件，可从所述开口端伸入到所述轨迹管内，所述校验元件包括预定校验位置；以及

第一标定组件和第二标定组件中至少之一者，其中：

所述第一标定组件包括：

第一标定元件，具有第一预定接触位置，所述第一标定元件被配置为沿垂直于所述轨迹管的轴向的方向可运动的；以及

第一指示元件，当所述第一预定接触位置被所述预定校验位置接触时，

用于提供指示；

所述第二标定组件包括：

第二标定元件，具有定位在所述轨迹管内的第二预定接触位置；以及

第二指示元件，当所述第二预定接触位置被所述预定校验位置接触时，用于提供指示。

21.根据权利要求20所述的手术机器人空间坐标系校验装置，其特征在于，所述第二标定元件被配置成其轴线平行于所述轨迹管的轴线方向。

22.根据权利要求20所述的手术机器人空间坐标系校验装置，其特征在于，所述第一预定接触位置或所述第二预定接触位置被配置在以所述轨迹管的径向中心为中心以预定半径的球体范围内。

23.根据权利要求22所述的手术机器人空间坐标系校验装置，其特征在于，所述预定半径为0.5-1mm。

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