CN211610045U - 一种手术机器人导航系统精度检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种手术机器人导航系统精度检测装置，所述装置包括支座（2），工具支架①（6），辅助定位筒（3），工具支架②（5），视觉定位辅助工具（1），其中，工具支架①（6）和工具支架②（5）位于支座两端，辅助定位筒（3）插入工具支架①（6），视觉定位辅助工具（1）通过固定螺孔（4）固定于工作支架②（5）。通过与医学影像设备、手术导航机器人配合，用于测量机器人导航系统精度。该方法结构简单便于实现，可以用肉眼直接观察到是否精确达到目标路径位置，检测计算系统精度。

Description

一种手术机器人导航系统精度检测装置

技术领域

本实用新型涉及一种手术机器人导航系统精度检测装置，属于手术机器人技术领域。

背景技术

中国人口众多，随着人们生活水平的提高和人口老龄化进程的加剧，我国正在成为高新技术医疗器械生产和使用大国。故机器人辅助外科手术系统的研究已经成为一个热点，将手术医生的经验以及机器人定位精确、运行稳定、操作精度高等特性相结合，不仅可以使外科医生获得一种与以往传统手术相似的操作环境，而且可以协助医生完成精细的手术动作，减少外科医生在手术中因为疲劳产生的误操作和手部震颤造成的损伤，提高手术质量与安全性，缩短治疗时间，降低医疗成本。

手术导航机器人可用于手术器械或植入物的精确定位。通过与医学影像设备的配合使用，实现手术计划和手术路径定位。其中，对于手术导航机器人最重要的一项评价指标是系统精度，正确评价系统精度是确保手术安全、顺利完成的关键工作。专利201520673162.1 “一种手术机器人系统精度检测装置”，该装置成本较高，加工复杂，不方便携带。而且在实际操作中不仅要确保空间点的精准，还需要保证空间直线的精准，通常来说相对比较困难。

发明内容

针对上述问题，本实用新型的目的是提供一种能够准确、全面评价手术机器人导航系统精度检测装置。

该装置包含支座（2），工具支架①（6），辅助定位筒（3），工具支架②（5），视觉定位辅助工具（1），其中，工具支架①（6）和工具支架②（5）位于支座两端，辅助定位筒插入工具支架①（6），视觉定位辅助工具通过固定螺孔（4）固定于工具支架②（5）。

进一步的，辅助定位筒（3）下端插入工具支架①（6）部分为直径小于靶通道直径的圆柱体，内包裹刚性圆柱体；上端未插入工具支架①（6）部分为直径大于靶通道直径的圆柱体。

进一步的，所述工具支架①（6）与支座的角度为0～90°之间，工具支架②（5）为倾斜面。

进一步的，支座、工具支架①（6）、工具支架②（5）的材质为尼龙或塑料材料，辅助定位筒为塑料或尼龙包裹的刚性材料；刚性材料在X光射线下可以显影，塑料或尼龙不显影，故可以区分，从而确定靶通道位置。

进一步的，工具支架②（5）上含有凸起的螺柱或者内陷的螺孔，视觉定位辅助工具（1）的固定螺孔含内螺纹，可与工具支架②上凸起的螺柱配合固定，或与内陷的螺孔通过螺钉固连。

本实用新型装置通过与医学影像设备、手术导航机器人（图3）配合使用，测定手术导航机器人的系统精度。

手术导航机器人由机器人定位系统、控制系统、光学跟踪系统组成，其中，控制系统以软件为核心，完成手术过程中的X光图像采集、手术位置解剖特征的隧道入点与止点规划、导航显示与机器人控制；光学跟踪系统通过视觉定位辅助工具，可实时监测器械位置，传输给控制系统；机器人定位系统辅助医生完成手术定位的操作。

系统精度检测原理：如图4所示，如果我们将辅助定位筒（3）在X光机下刚柱的图像作为规划路径，用空间直线L表示；如图5所示，如果我们将机器人末端工具路径用空间直线L’表示，那么机器人的精准度判断依据为L’的末端顶点是否到达直线L的端点处，且L是否与L’平行，此时需要在机器人末端套筒中插入克氏针，观察克氏针是否能顺利进入所述靶孔（7）中，见图6。

具体步骤如下：

第一步：控制系统通过医学影像设备采集该装置X光图像，然后在软件中以辅助定位筒（3）中刚柱图像，作为导航规划路径；

第二步：控制系统通过软件程序驱动机器人的机械臂按照辅规划的路径运动，观察机械臂末端（12）到达的最终空间位置；

第三步：将克氏针（11）插入机械臂末端孔径，观察其是否能顺利通过靶通道孔（7）。如无法到达，则系统精度不合格；若能顺利通过，则通过计算来确定系统精度：

系统精度=（靶通道直径-克氏针直径）/2。

采用本装置进行系统精度检测具有以下优点：1、该方法设计新颖且便于实现，可以用肉眼直接观察精确是否能达到目标路径位置。2、可以调整工具方向，辅助定位筒、靶通道和克氏针的直径，满足不同精度检测需求。3、本实用新型结构简单、易于实现，可广泛应用于各类手术机器人系统精度的检测。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施的装置，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为了更好地理解本实用新型，而不应该理解为对本实用新型的限制。

图1、导航系统精度检测装置示意图；

其中，1.视觉定位辅助工具

2.支座

3.辅助定位筒

4.固定螺孔

5.工具支架②

6.工具支架①

7.靶通道孔。

图2、导航系统精度检测装置局部结构剖面图。

图3、手术导航机器人示意图（左起，手术导航定位系统，控制系统，视觉跟踪系统）。

图4、本实用新型系统精度检测原理示意图01。

图5、本实用新型系统精度检测原理示意图02

L：辅助定位筒（3）中刚柱在X光下的图像

L'：机器人导航的空间路径。

图6、机械臂末端插入克氏针与靶通道的关系示意图；

11、克氏针

12、机械臂末端工具。

具体实施示例

下面结合附图和实施例对本实用新型进行详细描述：

如图1所示，本实施例装置包含支座（2），工具支架①（6），辅助定位筒（3），工具支架②（5），视觉定位辅助工具（1），其中，工具支架①（6）和工具支架②（5）位于支座两端，辅助定位筒（3）嵌入工具支架①，视觉定位辅助工具通过固定螺孔（4）与工具支架②凸起的螺柱进行固定。

进一步地，支座（2），工具支架①（6），工具支架②（5）及辅助定位筒（3）的外部圆柱由X光吸收能力较差的材料制成，如塑料或尼龙；辅助定位筒（3）内部包裹一根X光吸收能力较强的刚柱，用于定位靶通道。

本次试验中，靶通道的直径为3 mm圆柱体，辅助定位筒（3）下端的直径为2 mm圆柱体，上端直径为4 mm圆柱体，内部包裹1mm刚柱。

为全面地说明本实用新型的效果，下面进行说明：

第一步将本实用新型所述检测装置固定在手术空间的某位置，手术机器人控制系通过医用X射线机对装置采集图像，可以在图5中看到标定辅助定位筒（3）的刚柱图像。

第二步在手术机器人控制程序中选择刚柱在X线下的阴影线段作为规划路径的出针点和入针点。

第三步从靶通道孔（7）中取出辅助定位筒（3）。通过控制系统的软件程序，驱动机器人按照第二步中规划的路径进行运动，待机器人运动完毕后，观察机器人末端工具是否到达靶通道孔（7），并将1 mm克氏针顺着末端工具插入，观察克氏针否能顺利通过靶通道(见图6)。

第四步根据克氏针是否穿过靶通道的情况，判断手术机器人导航系统的定位精度是否达到预定目标，如无法到达，则系统精度不合格；若能顺利通过，则通过计算：

系统精度=（靶通道直径-克氏针直径）/2=（3-1）/2= 1 mm。

上面结合附图对本实用新型的具体实施方式做了具体说明，但本实用新型并不限于上述实施方式和实施示例，在本领域技术人员所具备的只是范围内，还可以在不脱离本实用新型构思的前提下做出各种变化。

Claims (6)

1.一种手术机器人导航系统精度检测装置，包含支座（2），工具支架①（6），辅助定位筒（3），工具支架②（5），视觉定位辅助工具（1），其中，工具支架①（6）和工具支架②（5）位于支座两端，辅助定位筒（3）插入工具支架，视觉定位辅助工具（1）通过固定螺孔（4）固定于工具支架②（5）。

2.如权利要求 1 所述的一种手术机器人导航系统精度检测装置，其特征在于，所述辅助定位筒（3）下端插入工具支架①（6）部分为直径小于靶通道直径的圆柱体，其内包裹刚性圆柱体，上端未插入工具支架①（6）部分为直径大于靶通道直径圆柱体。

3.如权利要求 1 所述的一种手术机器人导航系统精度检测装置，其特征在于，工具支架①（6）与支座（2）的角度为0～90°之间，工具支架②（5）为倾斜面。

4.如权利要求 1 所述的一种手术机器人导航系统精度检测装置，其特征在于，所述支座（2）、工具支架①（6）、工具支架②（5）的材质为尼龙或塑料材料，辅助定位筒为塑料或尼龙包裹的刚性材料。

5.如权利要求 1 所述的一种手术机器人导航系统精度检测装置，其特征在于，所述工具支架②上含有凸起的螺柱或者内陷的螺孔，视觉定位辅助工具（1）的固定螺孔（4）含内螺纹，可与工具支架②（5）上凸起的螺柱配合固定，或与内陷的螺孔通过螺钉固连。

6.如权利要求 1 所述的一种手术机器人导航系统精度检测装置，其特征在于，通过与医学影像设备、手术导航机器人配合，用于测量机器人导航系统精度。

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