CN220708714U - 一种医疗机器人精度测试工装 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种医疗机器人精度测试工装，所述测试工装包括：固定件，包括直角安装架；配准部，包括安装在所述安装架外侧面上的架体，以及设置在所述架体上的多组注册盘组，每组注册盘组包括与架体连接的两个注册圆盘；测试部，包括设置在所述安装架外顶面上的多组测试组，每组测试组包括两个测试立柱，每个测试立柱包括与所述安装架活动连接的测试支柱，以及设置在所述测试支柱上的测试球体。本实用新型通过设计测试工装对机器人引导系统进行系统精的度测试，通过设计配准部进行注册配准工作，将医疗机器人及工装进行统一坐标系，并通过测试部上设计的测试球体进行校验注册配准后医疗机器人的穿刺介入准度。
Description
技术领域
本实用新型涉及医疗领域，具体是一种医疗机器人精度测试工装。
背景技术
医疗机器人辅助的微创化高精准度的手术，已经是当前的热门研究的热门领域，各种不同治疗用途的机器人正在被各大公司研发。
觉大多数手术机器人(如骨科，穿刺介入)的使用过程可分为系统注册，运动规划和手术执行3个过程，系统精度是判定医疗机器人执行结果好坏的依据。
针对视觉引导的手术机器人系统，针对其系统精度有一套推荐的测试标准和共识，但是对于其他类型引导，如超声引导的医疗机器人系统，目前并没有一种公开的好的测试方案和工装来进行系统精度测试的实施。
超声引导的机器人系统具有天然优势，具有辐射低，适用性强，范围广的优势，远程超声机器人，超声引导的精准介入穿刺机器人目前正在各个科室被广泛的开发和使用。
由于技术方案的选择和基于成本的考虑，部分超声导航机器人直接基于超声图像和机械臂的位置信息来实现导航功能，这种机器人系统无法直接使用已有的标准来进行测试系统精度，需要结合超声影像的定位，配准，引导的实际需求进行这类医疗机器人的系统精度的设计。
实用新型内容
实用新型目的：提供一种医疗机器人精度测试工装，以解决现有技术存在的上述问题。
技术方案：一种医疗机器人精度测试工装，包括：
固定件，包括直角安装架；
其特征在于，还包括：
配准部，包括安装在所述安装架外侧面上的架体，以及设置在所述架体上的多组注册盘组，每组注册盘组包括与架体连接的两个注册圆盘；
测试部，包括设置在所述安装架外顶面上的多组测试组，每组测试组包括两个测试立柱，每个测试立柱包括与所述安装架活动连接的测试支柱，以及设置在所述测试支柱上的测试球体。
所述测试立柱可以卡扣式插接在安装架上，也可以为螺纹式旋入，当为螺纹式旋入时，测试立柱底部及安装架上均开有螺纹。
所述测试球体为高精度的刚性小球，测试支柱与测试球体两者之间可以刚性焊接在一起。
在工装计量后，该测试球体相对显影测试块位置已知，可以作为验证医疗机器人引导系统的穿刺目标和靶点。测试球体半径大小根据所需测试的医疗器械的系统精度的来决定，如对于系统精度要求为3mm的超声引导的医疗机器人系统，刚性小球的半径可以设定成3mm；支柱和刚性小球可以拆卸，以便适应不同设备的测试需要。
本实用新型通过设计测试工装进行给予机器人引导系统进行测试系统精度，通过设计配准部进行注册配准工作，将医疗机器人及工装进行统一坐标系，并通过测试部上设计的测试球体进行校验注册配准后医疗机器人的穿刺介入准度，进而可定量地给出机器人引导系统的精度误差情况。
在进一步实施例中，所述两个注册圆盘之间设有显影测试块，显影测试块由超声显影好的材质制成，如硅胶，吉利丁等材料，需要测试块在水中具有良好显影效果，边缘轮廓清晰方便识别。
显影测试块的形状可以根据实际需求来确定，设计成圆柱，锥形柱或者其他异形结构；
固定件主要起着固定作用，将配准部和测试部牢固地固定在一起，该部分的尺寸需要考虑到使用到的医疗机器人及超声影像的实际宽度，使用固定件不应该在超声影像内显影，以免被误识别，影响测试的效果。
在进一步实施例中，测试立柱的高度可以根据实际使用的角度去调整设置；
在一具体优选的实施例下，可以将多组测试组中的测试立柱分为两列，一列测试立柱高度不一，另外一列测试立柱高度相同。
在进一步实施例中，所述固定件还包括与安装架内顶面连接的固定架，以及与所述固定架螺接的丝杆，所述丝杆的端部具有一固定块。
工装固定后，配准部会没入水中，测试部会在水面上，固定件设计为可以调节，进而适应水槽壁的薄厚。
有益效果：本实用新型公开了一种医疗机器人精度测试工装，本实用新型通过设计测试工装进行给予机器人引导系统进行测试系统精度，通过设计配准部进行注册配准工作，将医疗机器人及工装进行统一坐标系，并通过测试部上设计的测试球体进行校验注册配准后医疗机器人的穿刺介入准度，进而可定量地给出机器人引导系统的精度误差情况。
附图说明
图1是本实用新型的结构示意图。
图2是本实用新型具体实施例中医疗机器人进行精度测试使用状态示意图。
附图标记为：
1、安装架；21、测试支柱；22、测试球体；31、架体；32、注册圆盘；41、固定架；42、丝杆。
具体实施方式
本申请涉及一种医疗机器人精度测试工装，下面通过具体实施方式进行详细解释。
医疗机器人辅助的微创化高精准度的手术，已经是当前的热门研究的热门领域，各种不同治疗用途的机器人正在被各大公司研发。
觉大多数手术机器人(如骨科，穿刺介入)的使用过程可分为系统注册，运动规划和手术执行3个过程，系统精度是判定医疗机器人执行结果好坏的依据。
针对视觉引导的手术机器人系统，针对其系统精度有一套推荐的测试标准和共识，但是对于其他类型引导，如超声引导的医疗机器人系统，目前并没有一种公开的好的测试方案和工装来进行系统精度测试的实施。
超声引导的机器人系统具有天然优势，具有辐射低，适用性强，范围广的优势，远程超声机器人，超声引导的精准介入穿刺机器人目前正在各个科室被广泛的开发和使用。
由于技术方案的选择和基于成本的考虑，部分超声导航机器人直接基于超声图像和机械臂的位置信息来实现导航功能，这种机器人系统无法直接使用已有的标准来进行测试系统精度，需要结合超声影像的定位，配准，引导的实际需求进行这类医疗机器人的系统精度的设计。
本实用新型结合超声引导的机器人系统的特性，兼顾超声识别的清晰度，系统精度测试的可靠性和易用性，设计开发了机器人引导系统精度的测试工装和测试方法，该方法即可不依赖于其他测量设备，即可定量地给出机器人引导系统的精度误差情况。
一种医疗机器人精度测试工装，包括：
固定件，包括直角安装架1；
配准部，包括安装在所述安装架1外侧面上的架体31，以及设置在所述架体31上的多组注册盘组，每组注册盘组包括与架体31连接的两个注册圆盘32；
测试部，包括设置在所述安装架1外顶面上的多组测试组，每组测试组包括两个测试立柱，每个测试立柱包括与所述安装架1活动连接的测试支柱21，以及设置在所述测试支柱21上的测试球体22。
所述测试立柱可以卡扣式插接在安装架1上，也可以为螺纹式旋入，当为螺纹式旋入时，测试立柱底部及安装架1上均开有螺纹。
所述测试球体22为高精度的刚性小球，测试支柱21与测试球体22两者之间可以刚性焊接在一起。
在工装计量后，该测试球体22相对显影测试块位置已知，可以作为验证医疗机器人引导系统的穿刺目标和靶点。测试球体22半径大小根据所需测试的医疗器械的系统精度的来决定，如对于系统精度要求为2mm的超声引导的医疗机器人系统，刚性小球的半径可以设定成2mm；支柱和刚性小球可以拆卸，以便适应不同设备的测试需要。
本实用新型通过设计测试工装进行给予机器人引导系统进行测试系统精度，通过设计配准部进行注册配准工作，将医疗机器人及工装进行统一坐标系，并通过测试部上设计的测试球体22进行校验注册配准后医疗机器人的穿刺介入准度，进而可定量地给出机器人引导系统的精度误差情况。
所述两个注册圆盘32之间设有显影测试块，显影测试块由超声显影好的材质制成，如硅胶，吉利丁等材料，需要测试块在水中具有良好显影效果，边缘轮廓清晰方便识别。
显影测试块的形状可以根据实际需求来确定，设计成圆柱，锥形柱或者其他异形结构；
固定件主要起着固定作用，将配准部和测试部牢固地固定在一起，该部分的尺寸需要考虑到使用到的医疗机器人及超声影像的实际宽度，使用固定件不应该在超声影像内显影，以免被误识别，影响测试的效果。
测试立柱的高度可以根据实际使用的角度去调整设置；
在一具体优选的实施例下，可以将多组测试组中的测试立柱分为两列，一列测试立柱高度不一，另外一列测试立柱高度相同。
所述固定件还包括与安装架1内顶面连接的固定架41，以及与所述固定架41螺接的丝杆42，所述丝杆42的端部具有一固定块。
工装固定后，配准部会没入水中，测试部会在水面上，固定件设计为可以调节，进而适应水槽壁的薄厚。
工作原理说明：
工装数据的导入：将计量后的工装模型数据导入医疗机器人引导系统中，对显影测试块进行三维点云化处理，得到显影测试块的理论点云；
显影测试块的超声图像获取：将工装固定在水槽边缘，水槽内需要加入足量的水，推荐使用纯净水，并静置3个小时以上，以减少水中的气泡，提高超声的成像质量；
将连接在医疗机器人机械臂的超声探头放置于显影测试块上方，调节超声设置使显影测试块具有良好显影，移动机械臂获取一系列带位置信息的超声图像；
超声实时数据的构建：根据步骤2中带机械臂位置信息的超声图像，通过对显影测试块的识别，轮廓提取和采样等，构建基于真实机械臂坐标下的显影测试块的三维超声点云；
点云配准：将步骤1中显影测试块理论点云和步骤3中获取的实时三维超声点云进行配准，获得配准矩阵；
该配准矩阵获得后，穿刺目标点(A、B、C、D、E、F)在机器人坐标系中的理论位置已知，此配准矩阵将用于后面的引导和穿刺过程；
所述穿刺目标点为多组测试组中各个测试球体22的位置；
步骤5、规划和引导：针对医疗机器人引导系统的设定的穿刺目标点，按每组点(如AB、CD、EF)规划穿刺路径，其中把点A、C、E作为穿刺目标点；
医疗机器人引导系统按照步骤4中配准矩阵和规划的路径和穿刺目标点作为引导，控制机械臂携带执行器到达指定位置。
医疗机器人引导系统的精度测试：系统导航的精准性可以测试得出，以系统精度要求为3mm为例；
选用测试球体22的半径选为3mm，通过执行器的穿刺导航将指定长度的穿刺针穿进去，如果针尖能接触到穿刺目标小球，则说明该超声导航机器人的系统精度达到了3mm，否则不达标。
以上结合附图详细描述了本实用新型的优选具体实施方式，但是，本实用新型并不限于上述具体实施方式中的具体细节，在本实用新型的技术构思范围内，可以对本实用新型的技术方案进行多种等同变换，这些等同变换均属于本实用新型的保护范围。
Claims (3)
1.一种医疗机器人精度测试工装，包括：
固定件，包括直角安装架；
其特征在于，还包括：
配准部，包括安装在所述安装架外侧面上的架体，以及设置在所述架体上的多组注册盘组，每组注册盘组包括与架体连接的两个注册圆盘；
测试部，包括设置在所述安装架外顶面上的多组测试组，每组测试组包括两个测试立柱，每个测试立柱包括与所述安装架活动连接的测试支柱，以及设置在所述测试支柱上的测试球体。
2.根据权利要求1所述的一种医疗机器人精度测试工装，其特征是：所述两个注册圆盘之间设有显影测试块。
3.根据权利要求1所述的一种医疗机器人精度测试工装，其特征是：所述固定件还包括与安装架内顶面连接的固定架，以及与所述固定架螺接的丝杆，所述丝杆的端部具有一固定块。
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