CN111110351B - 用于检测关节置换手术机器人系统精度的组件和方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种用于检测关节置换手术机器人系统精度的组件和方法。该组件包括：底座，用于放置于关节置换手术操作台上；以及测试模具，可拆卸地安装在所述底座上，并包含能够被医学成像设备显影的材料，所述测试模具具有模拟关节置换手术中被操作的人体骨骼的几何形貌。此外，该方法通过获取测试模具和标定杆的空间位置信息和角度信息，并计算二者之间的差值，来检测关节置换手术机器人系统精度。利用该组件和方法可得到关节置换手术机器人系统的精度检测结果，该结果能够反映整个系统的综合定位精度。

Description

用于检测关节置换手术机器人系统精度的组件和方法

技术领域

本申请涉及医疗设备技术领域，具体涉及一种用于检测关节置换手术机器人系统精度的组件和方法。

背景技术

智能化手术设备是推动微创手术发展和普及的核心装备，医疗机器人作为前沿技术重点研究内容，是先进科技融合的产物。骨科手术机器人是医疗机器人的细分领域，可实现更加个性化的手术方案设计和模拟，提供超越人手极限的手术定位精度，从而极大地方便了医生的操作，有效降低并发症风险，提升手术质量，缩短术后康复周期，并从总体上降低医疗费用。

例如，针对早期到中期髋关节骨性关节炎的患者，采用关节置换手术机器人来协助完成手术，通过机器人的机器臂精确限定关节锉进入的深度和角度，从而保证关节置换手术的精确和安全。

定位精准是骨科手术机器人系统相对于传统徒手手术方法的核心性能和突出优势，因此，正确评价和检测骨科手术机器人系统的定位精度，是评估产品性能、保障手术安全和效果的关键环节，是技术研发、产品开发和验证的重要基础。

然而，现有各类型骨科手术机器人的精度评价指标和检测方法不一致，给产品性能评价与比较、产品检验造成困难。因此，亟需建立骨科手术机器人系统精度检测标准、检测装置与检测方法。

工业机器人的定位精度检测，一般是测量其末端执行器相对于参考坐标系的重复定位精度和绝对定位精度，分为采用接触式和非接触式两种位置测量方式。这些方法只是描述机器人执行机构末端与目标之间点到点的误差。骨科手术机器人的精度受到多种因素的影响，包括图像变形、机器人运动误差、导针间隙、光学跟踪定位误差等，系统综合定位精度不仅要求定点误差范围，而且需要同时兼顾定向要求。

发明内容

为了解决现有技术中出现的上述问题，本申请提供了一种用于检测关节置换手术机器人系统精度的组件和方法。

该用于检测关节置换手术机器人系统精度的组件包括：

底座，用于放置于关节置换手术操作台上；以及

测试模具，可拆卸地安装在所述底座上，并包含能够被医学成像设备显影的材料，所述测试模具具有模拟关节置换手术中被操作的人体骨骼的几何形貌。

根据一个实施方式，所述测试模型具有模拟髋臼窝的半球形空腔。

根据一个实施方式，在所述测试模具的半球形空腔内和/或半球形空腔外设置有能够被所述医学成像设备显影的一个或多个骨性标志特征。

根据一个实施方式，所述骨性标志特征包括：

凹槽，设置在所述半球形空腔内；和/或

骨性标志点，设置在所述半球形空腔内和/或设置在所述半球形空腔外。

根据一个实施方式，所述关节置换手术机器人系统还包括手术机器人，所述组件还包括：

标定杆，具有预定的尺寸，以用于模拟待安装的假体，所述标定杆能够安装在所述手术机器人的机器臂末端。

根据一个实施方式，所述标定杆的头部具有中心点，所述标定杆具有中心轴线，以用于模拟所述假体。

根据一个实施方式，所述关节置换手术机器人系统还包括光学跟踪设备，所述组件还包括：

跟踪支架，固定安装在所述底座上，并包括位于预定位置的多个示踪元件，所述多个示踪元件能够被所述光学跟踪设备识别到。

根据一个实施方式，所述关节置换手术机器人系统还包括光学跟踪设备和手术机器人，所述组件还包括：

扫描探针部，具有预定的尺寸，并且一端具有扫描针尖，以对所述测试模具的几何形貌进行扫描，另一端预定位置处设置有多个示踪元件，所述多个示踪元件能够被所述光学跟踪设备识别到。

该用于检测关节置换手术机器人系统精度的方法包括：

获取用于模拟关节置换手术中被操作的人体骨骼的几何形貌的测试模具的空间位置信息及角度信息；

根据手术规划指令，控制所述手术机器人的机器臂运动到位，以使安装于所述机器臂上的标定杆位于规划位置，其中所述标定杆用于模拟待安装的假体；

获取所述标定杆的空间位置信息及角度信息；以及

计算所述测试模具的空间位置信息与所述标定杆的空间位置信息的差值以及所述测试模具的角度信息与所述标定杆的角度信息的差值。

根据一个实施方式，所述测试模具的空间位置信息及角度信息以及所述标定杆的空间位置信息及角度信息均由三坐标测量仪测量得出。

根据一个实施方式，所述测试模具的空间位置信息及角度信息包括所述测试模具的半球形空腔的球心坐标和轴线角度，所述标定杆的空间位置信息及角度信息包括所述标定杆的头部中心点坐标和轴线角度。

根据一个实施方式，所述测试模具可拆卸地安装在底座上，并且在获取所述标定杆的空间位置信息及角度信息之前，所述方法还包括：

将所述测试模具从所述底座上移走。

根据一个实施方式，所述关节置换手术机器人系统还包括医学成像设备、光学跟踪设备和上位机，在根据手术规划指令，控制所述手术机器人的机器臂运动到位，以使安装于所述机器臂上的标定杆位于规划位置之前，所述方法还包括：

控制所述医学成像设备对所述测试模具进行扫描成像；

利用扫描探针部对所述测试模具的半球形空腔进行扫描，并由所述光学跟踪设备跟踪识别所述扫描探针部上设置的示踪元件，以确定出所述扫描探针部所扫描经过的空间位置；

将利用所述医学成像设备获取的医学图像与利用所述扫描探针部获取的空间位置进行图像配准；

接收操作者的手术规划指令，所述手术规划指令包括操作者在所述上位机上规划出的所述假体的规划位置；以及

将所述标定杆安装至所述手术机器人的机器臂。

根据一个实施方式，在所述测试模具的半球形空腔内和/或半球形空腔外设置有能够被所述医学成像设备显影的一个或多个骨性标志特征，所述方法还包括：

将所述扫描探针部抵靠至所述骨性标志特征，以进行精度验证。

根据一个实施方式，所述测试模具可拆卸地安装在底座上，在所述底座上还安装有跟踪支架，所述跟踪支架包括位于预定位置的多个示踪元件，所述方法还包括：

控制所述光学跟踪设备跟踪所述示踪元件。

针对现有技术中出现的问题，本申请提供了用于检测关节置换手术机器人系统精度的组件和方法，利用该组件和方法可得到关节置换手术机器人系统的精度检测结果，该结果反映了整个系统的综合定位精度，一方面，既包括位置误差，又包括角度误差，从而为整个系统的精度能够给出综合的评价；另一方面，由于模拟了实际临床手术的操作全过程，因此该结果涵盖了整个系统的光学设备、计算设备、操作设备等在软件、硬件等各方面的综合误差。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例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申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出了根据本申请一个实施方式用于检测关节置换手术机器人系统精度的组件的示意性立体图。

图2示出了根据本申请另一实施方式用于检测关节置换手术机器人系统精度的组件的示意性立体图。

图3示出了根据本申请一个实施方式用于检测关节置换手术机器人系统精度的组件的扫描探针部的示意性立体图。

图4示出了根据本申请一个实施方式用于检测关节置换手术机器人系统精度的组件的标定杆的示意性剖视图。

图5示出了根据本申请一个实施方式检测关节置换手术机器人系统精度的方法的流程图。

图6示出了根据本申请另一实施方式检测关节置换手术机器人系统精度的方法的流程图。

图7示出了上位机上的手术规划界面屏幕截图。

具体实施方式

为了更好地理解本申请的技术方案及优点，下面结合附图和具体实施例对本申请的内容做进一步详细说明。但此处所描述的具体实施例仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。此外，以下所描述的本申请的各实施方式中所涉及到的技术特征除彼此构成冲突的情况外均可以组合使用，从而构成本申请范围内的其他实施方式。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语"中心"、"纵向"、"横向"、"长度"、"宽度"、"厚度"、"上"、"下"、"前"、"后"、"左"、"右"、"坚直"、"水平"、"顶"、"底"、"内"、"外"、"顺时针"、"逆时针"等指示的方位或位置关系的词语，均为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语"第一"、"第二"仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有"第一"、"第二"的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本申请的描述中，"多个"的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语"安装"、"相连"、"连接"应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

下文中描述的内容提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本申请的不同结构。为了简化本申请的公开内容，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本申请。此外，本申请可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本申请提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。

骨科手术机器人系统一般包括三大功能模块：光学摄像及显示系统(以下简称“光学跟踪设备”)、计算机辅助术前规划与导航系统(以下简称“上位机”)、机器人辅助手术操作平台(以下简称“手术机器人”)。在机器人辅助关节置换手术过程中，首先需要进行计算机辅助术前规划，基于患者关节的CT等扫描影像，运用图像处理技术进行医学图像、光学摄像系统、患者三个坐标系之间的配准，并生成真实感图形。医生在三维可视化环境中确定截骨解剖位置、假体植入位置和方向等手术方案。基于医生规划的手术方案，上位机形成控制指令，控制关节置换手术机器人携带待安装的假体移动至患者患处，到达手术预定位置并形成所需操作角度，并将假体与患者患处的人体关节吻合，完成关节置换。全部过程中，光学跟踪设备时刻捕捉和跟踪手术机器人的机器臂和患者等的空间位置。

由于真实手术对象实施于真实患者，因而无法在真实手术中进行系统精度的检测。本申请的技术实现思想是，精度检测操作仅利用模拟对象实施机器人手术操作过程，也就是说，利用检测工具模拟并还原实际的临床关节置换手术的过程，并获取精度检测结果，即通过该过程获得手术机器人系统的理论定位和实际定位之间的误差，该误差可包括位置误差和角度误差，即综合定位精度。根据本申请所检测到的系统精度与实际临床应用的精度相符，并且操作简便，能够准确、全面地评价关节置换手术机器人的系统定位精度。

图1示出了根据本申请一个实施方式用于检测关节置换手术机器人系统精度的组件的示意性立体图。如图1所示，该组件100可包括底座110和测试模具120。底座110用于放置于关节置换手术操作台上，并且在系统精度的检测过程中，底座110的位置相对于手术操作台固定，以确保精度检测结果的准确性。测试模具120用于模拟关节置换手术中待安装假体的人体骨骼，其具有该人体骨骼的几何形貌，并可拆卸地安装在底座110上。例如，对于髋关节置换手术，如图1所示，测试模具120可用于模拟髋臼窝的几何形貌，具有模拟髋臼窝的半球形空腔121，该半球形空腔121可具有预定的尺寸。但本申请并不限于此，对于其他关节置换手术，测试模具120可具有模拟其他关节的人体骨骼的几何形貌。

测试模具120可包含能够被系统的医学成像设备(例如，CT)显影的材料。因此，在模拟真实关节置换手术的过程中，可利用医学成像设备获得测试模具120的图像。测试模具120可以在整体上由能够被医学成像设备显影的材料制成，或者可在其表面涂覆有能够被医学成像设备显影的涂层材料，其目的都是能够通过医学成像设备获得显示其外形的图像即可。

根据本申请一个实施方式，测试模具120还可具有能够被医学成像设备显影的一个或多个骨性标志特征，以在精度检测过程中验证方位。由于在图像配准的过程中，对两个球面的配准有可能产生方位的偏差，因此骨性标志特征的存在可用于验证图像配准的方位是否正确。例如，人体骨骼会具有一些骨性标志点，在真实的手术流程中，医生会用扫描探针点触这些骨性标志点。如果配准结果准确，在图像上也会显示出相应的点，如果配准结果不准确，则需要重新进行配准直至结果满足相应要求。具体验证方式将在下文中详细描述。该骨性标志特征可设置在测试模具120的半球形空腔121内和/或半球形空腔121外。如图1所示，骨性标志特征可以是半球形空腔121内的凹槽121A，还可以是半球形空腔121内和/或半球形空腔121外的骨性标志点(图中未示出)，例如凸起点或凹陷点。

图2示出了根据本申请另一实施方式用于检测关节置换手术机器人系统精度的组件的示意性立体图。如图2所示，除了底座110和测试模具120，该组件100还可包括跟踪支架130。跟踪支架130固定安装在底座110上，并包括位于预定位置的多个示踪元件131，示踪元件131能够被光学跟踪设备识别到。由于在系统的精度检测过程中，要求底座110固定不动，才能够确保检测的准确性，因此可利用光学跟踪设备追踪跟踪支架130上的示踪元件131的位置。由于跟踪支架130固定在底座110上，因此若底座110发生移动，则光学跟踪设备能够探测到跟踪支架130上的示踪元件131的位置变化，并提醒操作者。

图3示出了根据本申请一个实施方式用于检测关节置换手术机器人系统精度的组件的扫描探针部的示意性立体图。根据本实施方式，该组件100还可包括如图3所示的扫描探针部140。扫描探针部140具有预定的尺寸。扫描探针部140的一端具有扫描针尖141，由此，可以手持扫描探针部140使得扫描针尖141对测试模具120的几何形貌进行扫描，即手持扫描探针部140使得扫描针尖141在测试模具120的几何形貌上的各点处划过(即，扫描针尖物理接触测试模具表面)。扫描探针部140的另一端预定位置处设置有能够被光学跟踪设备识别到的多个示踪元件142。在扫描针尖141对测试模具120的几何形貌进行扫描时，系统的光学跟踪设备可以追踪各示踪元件142的实时位置，由于扫描探针部140具有预定的尺寸，且示踪元件142均设置在扫描探针部140上的预定位置处，因此可以根据光学跟踪设备捕捉到的各示踪元件142的空间位置数据计算出扫描针尖141的运动轨迹，从而得到光学跟踪设备坐标系下的测试模具120的几何形貌数据，以用于后续的图像配准操作。

图4示出了根据本申请一个实施方式用于检测关节置换手术机器人系统精度的组件的标定杆的示意性剖视图。根据本实施方式，该组件100还可包括如图4所示的标定杆150。标定杆150具有预定的尺寸，以用于模拟待安装的假体，标定杆150可安装在手术机器人的机器臂末端。

根据本申请的一个实施例，例如对于髋关节置换手术，标定杆150的头部可具有中心点151，用于模拟待安装的假体的股骨头球体的球心。此外，标定杆150具有中心轴线152，用于模拟假体的股骨的轴线。但本申请并不限于此，对于其他关节置换手术，标定杆150可具有模拟其他待安装的假体的几何特征。

图5示出了根据本申请一个实施方式检测关节置换手术机器人系统精度的方法的流程图。如图5所示，该方法200可包括步骤S210、S220、S230、S240。在步骤S210中，获取用于模拟关节置换手术中被操作的人体骨骼的几何形貌的测试模具的空间位置信息及角度信息。在步骤S210中，测试模具可以为上述测试模具120，例如，其空间位置信息可以是测试模具120的半球形空腔121的球心坐标，其角度信息可以是测试模具120的半球形空腔121的轴线角度。对于半球形空腔121，其轴线角度可理解为该半球形的底面的法线方向的角度。根据本申请一个实施例，该测试模具的空间位置信息和角度信息可由三坐标测量仪测量得出。例如，对于上述测试模具120的半球形空腔121，可利用三坐标测量仪的测量探头探测半球形空腔121中内壁上多个点的位置，从而能够计算出该半球形空腔121的球心坐标和轴线角度。可以理解，步骤S210的具体操作过程不限于此，当关节置换手术是针对除髋关节之外的其他关节时，测试模具会具有模拟其他人体骨骼的几何形貌，也可利用三坐标测量仪测量该测试模具的空间位置信息和角度信息。此外，还可以理解，除三坐标测量仪之外，在本申请中还可以利用其他空间位置测量设备来测量空间位置信息和角度信息。

在步骤S220中，根据手术规划指令，控制手术机器人的机器臂运动到位，以使安装于机器臂上的标定杆位于规划位置，其中标定杆用于模拟待安装的假体。在步骤S220中，标定杆可以为上述标定杆150。在该步骤中，可先控制手术机器人的机器臂运动到位，再将标定杆安装于机器臂上；或者还可先将标定杆安装于手术机器人的机器臂上，再控制机器臂带动标定杆一起运动到位。得到手术规划指令的具体手术规划步骤将在下文中进行详细描述。

在步骤S230中，获取标定杆的空间位置信息及角度信息。在步骤S230中，标定杆亦可以为上述标定杆150。例如，其空间位置信息可以是标定杆150的头部中心点151的空间坐标，其角度信息可以是标定杆150的中心轴线152的空间角度。根据本申请一个实施例，该标定杆的空间位置信息和角度信息可由三坐标测量仪测量得出。例如，对于上述标定杆150，在其头部的中央位置可开设有圆锥形凹陷(如图4所示)，该圆锥形凹陷的顶点即为头部中心点151，该圆锥形凹陷的轴即为标定杆150的中心轴线。可利用三坐标测量仪的测量探头探测该圆锥形凹陷中内壁上点的位置，由于标定杆150具有预定的尺寸，因此能够得出该头部中心点151的空间坐标和标定杆150的中心轴线的空间角度。例如，该圆锥凹陷的尺寸可设计为：三坐标测量仪的测量球头与圆锥面相切并尽量向圆锥顶端抵靠，此时测量球头的球心恰好位于该圆锥面的底面，因此该测量球头只要轻点球窝处(即，圆锥凹陷)即可获得目标尺寸。根据本申请另一个实施例，标定杆150除了在其头部的中央位置可开设有圆锥形凹陷，还可在其尾部的中央位置也开设有圆锥形凹陷。在这种配置中，可将标定杆150头部的圆锥形凹陷的顶点确定为头部中心点151，头部和尾部两个圆锥形凹陷的顶点之间的连线即为标定杆150的中心轴线。可以理解，步骤S230的具体操作过程不限于此，当关节置换手术是针对除髋关节之外的其他关节时，标定杆会具有模拟其他待安装的假体，也可利用三坐标测量仪测量该标定杆的空间位置信息和角度信息。

在步骤S240中，计算测试模具的空间位置信息与标定杆的空间位置信息的差值以及测试模具的角度信息与标定杆的角度信息的差值。在步骤S210中得到的测试模具的空间位置信息和角度信息可视为关节置换手术机器人系统的理论定位；在步骤S230中得到的标定杆的空间位置信息和角度信息可视为系统经过手术规划及操作后的实际定位。那么，在该两个步骤中得到的空间位置信息的差值即可视为系统的位置误差，角度信息的差值即可视为系统的角度误差。由此，即得到关节置换手术机器人系统的精度检测结果，该结果反映了整个系统的综合定位精度，一方面，既包括位置误差，又包括角度误差，从而为整个系统的精度能够给出综合的评价；另一方面，由于模拟了实际临床手术的操作全过程，因此该结果涵盖了整个系统的光学设备、计算设备、操作设备等在软件、硬件等各方面的综合误差。

根据本申请的一个实施方式，在上述步骤S230之前，该方法200还可包括将测试模具从底座上移走的步骤。如上所述，测试模具120可拆卸地安装在底座110上，因此为了便于测量设备对标定杆的空间位置信息及角度信息进行测量，可先行将测试模具120从底座110上卸下。此外，该拆卸的步骤还可以在步骤S210完成后即实施。

图6示出了根据本申请另一实施方式检测关节置换手术机器人系统精度的方法的流程图。如图6所示，除了步骤S210、S220、S230、S240之外，该方法200还可包括步骤S250、S260、S270、S280。为了简要起见，以下将仅描述图6所示的实施方式与图5的不同之处，并将略去其相同之处的详细描述。

在步骤S250中，控制医学成像设备对测试模具进行扫描成像。为了模拟实际临床手术的过程，需先利用系统中的医学成像设备(例如，CT)获取测试模具的图像。如上所述，测试模具120可安装在放置于关节置换手术操作台的底座110上，并包含能够被医学成像设备显影的材料，以供医学成像设备扫描影像。

在步骤S260中，利用扫描探针部对测试模具的半球形空腔进行扫描，并由光学跟踪设备跟踪识别扫描探针部上设置的示踪元件，以确定出扫描探针部所扫描经过的空间位置。扫描探针部如上图3所示，可手持扫描探针部140对测试模具的半球形空腔内进行扫描。在扫描探针部140的扫描针尖141对测试模具的半球形空腔进行扫描的过程中，系统的光学跟踪设备可实时跟踪识别扫描探针部140上的示踪元件142。由于扫描探针部140具有预定的尺寸，且示踪元件142均设置在扫描探针部140上的预定位置处，因此可以根据光学跟踪设备捕捉到的各示踪元件142的空间位置数据计算出扫描针尖141的运动轨迹，从而得到光学跟踪设备坐标系下的测试模具120的半球形空腔的几何形貌数据。

在步骤S270中，将利用医学成像设备获取的医学图像与利用扫描探针部获取的空间位置进行图像配准。由此，即在不同坐标系之间建立起联系，模拟完成了实际临床过程中的图像配准工作。图像配准的结果将用于步骤S220中，即在步骤S220，需要根据图像配准的结果，将操作者的手术规划指令实施为手术机器人的机器臂的移动，从而带动用于模拟待安装的假体的标定杆运动至规划位置。

在步骤S280中，接收操作者的手术规划指令，该手术规划指令包括操作者在系统的上位机上规划出的假体的规划位置。在步骤S250之后，手术操作者(例如，医生)可根据系统的上位机上显示的图像，在上位机上进行手术规划。图7示出了上位机上的手术规划界面屏幕截图。如图7所示，操作者可在上位机的该界面中进行手术规划，确定假体的规划位置，该规划位置包括假体的植入位置和方向等。

如上所述，在测试模具120的半球形空腔内和/或半球形空腔外可设置有能够被系统的医学成像设备显影的一个或多个骨性标志特征。根据本申请的一个实施方式，该方法还可包括以下步骤：将扫描探针部抵靠至测试模具上的骨性标志特征，以进行精度验证。在步骤S270中进行了图像配准之后，可利用测试模具上的骨性标志特征来进行精度验证，由于在图像配准的过程中，对两个球面的配准有可能产生方位的偏差，因此骨性标志特征的存在可用于验证图像配准的方位是否正确。在该验证的过程中，可手持扫描探针部使扫描针尖运动至测试模具上的骨性标志特征处，由于已完成了图像配准，因此在上位机上会显示出测试模具上的骨性标志特征和该扫描针尖的位置。如果在上位机上的显示中，该扫描针尖也位于测试模具上的骨性标志特征处，则说明图像配准的精度较高，通过验证。反之，如果在上位机上的显示中，该扫描针尖与测试模具上的骨性标志特征偏差较大，则说明图像配准的精度较低，方位偏差较大。

如上所述，在精度检测组件100的底座110上还可安装有跟踪支架130，跟踪支架130可包括位于预定位置的多个示踪元件131，示踪元件131能够被系统的光学跟踪设备识别到。根据本申请的一个实施方式，该方法还可包括以下步骤：控制光学跟踪设备跟踪示踪元件。由于在系统的精度检测过程中，要求底座110固定不动，才能够确保检测的准确性，因此可利用光学跟踪设备追踪跟踪支架130上的示踪元件131的位置。由于跟踪支架130固定在底座110上，因此若底座110发生移动，则光学跟踪设备能够探测到跟踪支架130上的示踪元件131的位置变化，并提醒操作者。

可以理解，上述检测关节置换手术机器人系统精度的方法可通过系统的上位机来实施。此外，在该方法中所包含的各步骤，除了已明确说明具有先后顺序的步骤之外，其余步骤之间的顺序均可以根据实际需要而调整，各步骤在说明书中的描述顺序以及在权利要求书中的出现顺序，并不作为对本申请要求保护的范围的限制。

还需要说明的是，以上参照附图所描述的各个实施例仅用以说明本申请而非限制本申请的范围，本领域的普通技术人员应当理解，在不脱离本申请的精神和范围的前提下对本申请进行的修改或者等同替换，均应涵盖在本申请的范围之内。此外，除上下文另有所指外，以单数形式出现的词包括复数形式，反之亦然。另外，除非特别说明，那么任何实施例的全部或一部分可结合任何其它实施例的全部或一部分来使用。

Claims (13)

1.一种用于检测关节置换手术机器人系统精度的组件，其中所述关节置换手术机器人系统包括光学跟踪设备和手术机器人，所述组件包括：

底座，用于放置于关节置换手术操作台上；

测试模具，可拆卸地安装在所述底座上，并包含能够被医学成像设备显影的材料，所述测试模具具有模拟关节置换手术中被操作的人体骨骼的几何形貌；

扫描探针部，具有预定的尺寸，并且一端具有扫描针尖，以对所述测试模具的几何形貌进行扫描，另一端预定位置处设置有多个示踪元件，所述多个示踪元件能够被所述光学跟踪设备识别到；以及

标定杆，具有预定的尺寸，以用于模拟待安装的假体，所述标定杆能够安装在所述手术机器人的机器臂末端。

2.如权利要求1所述的组件，其中所述测试模具 具有模拟髋臼窝的半球形空腔。

3.如权利要求2所述的组件，其中在所述测试模具的半球形空腔内和/或半球形空腔外设置有能够被所述医学成像设备显影的一个或多个骨性标志特征。

4.如权利要求3所述的组件，其中所述骨性标志特征包括：

凹槽，设置在所述半球形空腔内；和/或

骨性标志点，设置在所述半球形空腔内和/或设置在所述半球形空腔外。

5.如权利要求2所述的组件，其中所述标定杆的头部具有中心点，所述标定杆具有中心轴线，以用于模拟所述假体。

6.如权利要求1所述的组件，还包括：

跟踪支架，固定安装在所述底座上，并包括位于预定位置的多个示踪元件，所述多个示踪元件能够被所述光学跟踪设备识别到。

7.一种用于检测关节置换手术机器人系统精度的方法，所述关节置换手术机器人系统包括手术机器人，所述方法包括：

获取用于模拟关节置换手术中被操作的人体骨骼几何形貌的测试模具的空间位置信息及角度信息；

根据手术规划指令，控制所述手术机器人的机器臂运动到位，以使安装于所述机器臂上的标定杆位于规划位置，其中所述标定杆用于模拟待安装的假体；

获取所述标定杆的空间位置信息及角度信息；以及

计算所述测试模具的空间位置信息与所述标定杆的空间位置信息的差值以及所述测试模具的角度信息与所述标定杆的角度信息的差值。

8.如权利要求7所述的方法，其中所述测试模具的空间位置信息及角度信息以及所述标定杆的空间位置信息及角度信息均由空间位置测量设备测量得出。

9.如权利要求7所述的方法，其中所述测试模具的空间位置信息及角度信息包括所述测试模具的半球形空腔的球心坐标和轴线角度，所述标定杆的空间位置信息及角度信息包括所述标定杆的头部中心点坐标和轴线角度。

10.如权利要求9所述的方法，其中所述测试模具可拆卸地安装在底座上，并且在获取所述标定杆的空间位置信息及角度信息之前，所述方法还包括：

将所述测试模具从所述底座上移走。

11.如权利要求9所述的方法，其中所述关节置换手术机器人系统还包括医学成像设备、光学跟踪设备和上位机，在根据手术规划指令，控制所述手术机器人的机器臂运动到位，以使安装于所述机器臂上的标定杆位于规划位置之前，所述方法还包括：

控制所述医学成像设备对所述测试模具进行扫描成像；

利用扫描探针部对所述测试模具的半球形空腔进行扫描，并由所述光学跟踪设备跟踪识别所述扫描探针部上设置的示踪元件，以确定出所述扫描探针部所扫描经过的空间位置；

将利用所述医学成像设备获取的医学图像与利用所述扫描探针部获取的空间位置进行图像配准；以及

接收操作者的手术规划指令，所述手术规划指令包括操作者在所述上位机上规划出的所述假体的规划位置。

12.如权利要求11所述的方法，其中在所述测试模具的半球形空腔内和/或半球形空腔外设置有能够被所述医学成像设备显影的一个或多个骨性标志特征，所述方法还包括：

将所述扫描探针部抵靠至所述骨性标志特征，以进行精度验证。

13.如权利要求11所述的方法，其中所述测试模具可拆卸地安装在底座上，在所述底座上还安装有跟踪支架，所述跟踪支架包括位于预定位置的多个示踪元件，所述方法还包括：

控制所述光学跟踪设备跟踪所述示踪元件。

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