一种用于脊柱机器人切削路径的精度测试系统、方法与流程

本发明涉及医疗设备，尤其涉及一种用于脊柱机器人切削路径的精度测试系统、方法。

背景技术：

1、随着医学影像工程和计算机技术的发展，医学成像广泛应用于临床诊断、外科手术设计、方案实施和疗效评估等领域。临床诊断中往往需要不同的医学成像手段的多幅影像相结合，以辅助医生作出更准确更合适的治疗或手术方案。其中，基于3d的医学影像配准是指一种将来自不同成像方式的医学图像进行一定的变换处理，使它们的空间位置与姿态达到匹配的技术手段，该技术已经在手术导航机器人系统中得到广泛应用。该手段能大大减少术中辐射过程时间和辐射量，从而为医生健康和手术效率提供了更好的保障。但前提是，术前3d的配准精度达到了手术操作的定位需求，那么就需要一种可靠的方法和装置对该影像配准算法精度进行性能分析和验证，并在此基础上作进一步矫正和提升。

技术实现思路

1、本发明的目的在于解决上述背景技术中的至少一个问题，提供一种用于脊柱机器人切削路径的精度测试系统、方法。

2、为实现上述目的，本发明的一种用于脊柱机器人切削路径的精度测试系统，包括：

3、测试装置，配准装置和末端探针件；

4、所述测试装置包括底座、设置在所述底座上的脊柱模型、标记板和多个定位柱，所述脊柱模型与所述定位柱的顶部能够在三维扫描中成像；

5、多个所述定位柱与所述底座可拆卸连接，多个所述定位柱沿所述脊柱模型周向布置，且多个所述定位柱高度不同，所述定位柱用于所述脊柱模型的路径规划；

6、所述标记板与所述底座可拆卸连接，所述标记板能够被双目相机识别，所述标记板用于确定脊柱模型的位置；

7、所述配准装置与所述底座可拆卸连接，所述配准装置用于所述脊柱模型与三维影像模型的配准；

8、所述末端探针件与机械臂末端连接，

9、当配准时，将所述定位柱拆卸，机械臂控制所述末端探针件移动至对应所述定位柱的位置，对比所述末端探针件尖端的坐标与拆卸前所述定位柱顶部的坐标以确认所述路径规划的精度。

10、优选地，所述配准装置包括三维标尺，所述三维标尺底部设置有钢珠，所述三维标尺上还设置有用于建立第一坐标系的第一反光球；

11、所述定位装置用于根据所述第一反光球建立的第一坐标系确定所述钢珠在三维扫描中的成像位置，再根据该成像位置确定所述脊柱模型的位置。

12、优选地，

13、所述配准装置还包括脊柱配准导板；

14、所述脊柱配准导板上设置有第二反光球，所述第二反光球用于建立第二坐标系；

15、所述脊柱配准导板用于根据所述第二坐标系配准所述脊柱模型。

16、优选地，在所述底座上设置有第一凹槽和第二凹槽，所述第一凹槽与所述三维标尺可拆卸连接，所述第二凹槽与所述标记板可拆卸连接。

17、优选地，在所述第一凹槽的中心还设置有第三凹槽，所述第三凹槽的高度大于所述第一凹槽的高度；

18、当所述三维标尺安装至所述第一凹槽时，所述钢珠位于所述第三凹槽内。

19、优选地，所述标记板包括第一平板和第二平板，所述第一平板与所述第二平板固定连接；

20、所述第一平板与所述第二凹槽可拆卸连接，所述第二平板上设置有反光球；

21、所述第二凹槽沿所述底座的宽度方向设置，并且所述第二凹槽的两端延伸至所述底座的边缘，当所述第一平板安装至所述第二凹槽内时，所述第二平板伸出所述底座。

22、优选地，在所述底座上还设置有第一限位板，所述第一限位板与所述底座可拆卸连接；

23、所述第一限位板沿所述底座的长度方向设置，且所述第一限位板靠近所述第二凹槽的两端设置；

24、所述第一限位板用于限制所述第一平板向靠近所述第二平板的方向旋转。

25、优选地，在所述第一平板远离所述第二平板的一端设置有第二限位板，所述第二限位板的宽度大于所述第二凹槽的宽度；

26、所述第二限位板用于防止所述第一平板沿所述第二凹槽侧壁滑出所述第二凹槽。

27、优选地，所述测试装置还包括配重块，所述配重块与所述底座的底部固定连接；

28、所述配重块用于维持所述底座稳定。

29、为实现上述目的，本发明还提供一种用于脊柱机器人切削路径的精度测试方法，应用于如上述中任意一项所述的一种用于脊柱机器人切削路径的精度测试系统，包括：

30、对测试装置进行三维扫描，依据多个定位柱位置在脊柱模型上进行路径规划，并将其导入至脊柱机器人系统中；

31、将配准装置安装至所述测试装置上，通过所述配准装置对所述脊柱模型进行配准；

32、将所述配准装置从所述测试装置上拆卸，使用三坐标测量仪测量多个所述定位柱上的钢珠的位置坐标，并将多个所述定位柱从底座拆卸；

33、脊柱机器人系统控制机械臂上的末端探针件按照所述路径规划分别移动至与原所述定位柱对应的位置；

34、测量所述末端探针件尖端上钢珠的位置坐标，分别对比所述定位柱上的钢珠与所述末端探针件尖端的钢珠的坐标，确定切削路径的精度是否满足要求。

35、基于此，本发明的有益效果为：

36、1.通过本发明的方案，提供一种切削路径的精度测试系统，通过配准装置能够快速实现测试装置上脊柱模型的配准，通过高低不同的多个定位柱能够对脊柱模型实现路径规划，通过机械臂按照规划路径控制末端探针件移动至定位柱位置，对比机械臂移动前后的定位柱上钢珠所在位置坐标，确定切削路径的精度是否满足要求，实现切削路径的精度测试；

37、2.通过本发明的方案，该工装具有两种配准方式，能够应用与不同场景，配准装置可以是三维标尺，能够通过三维扫描，确定三维标尺上钢珠与脊柱模型的位置关系，并且三维标尺上具有第一反光球，能够直接建立与脊柱模型配准的坐标系，以此实现快速对整个工装的配准；配准装置还可以是脊柱配准导板，通过脊柱配准导板上的第二反光球建立坐标系，通过脊柱配准导板贴合脊柱模型，能够将脊柱模型与三维脊柱模型进行配准，再通过划点的方式实现精配准能够在一些不具有三维扫描设备的条件下实现对整个工装的配准。

技术特征：

1.一种用于脊柱机器人切削路径的精度测试系统，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种用于脊柱机器人切削路径的精度测试系统，其特征在于，所述配准装置包括三维标尺，所述三维标尺底部设置有钢珠，所述三维标尺上还设置有用于建立第一坐标系的第一反光球；

3.根据权利要求1所述的一种用于脊柱机器人切削路径的精度测试系统，其特征在于，所述配准装置还包括脊柱配准导板；

4.根据权利要求2所述的一种用于脊柱机器人切削路径的精度测试系统，其特征在于，在所述底座上设置有第一凹槽和第二凹槽，所述第一凹槽与所述三维标尺可拆卸连接，所述第二凹槽与所述标记板可拆卸连接。

5.根据权利要求4所述的一种用于脊柱机器人切削路径的精度测试系统，其特征在于，在所述第一凹槽的中心还设置有第三凹槽，所述第三凹槽的高度大于所述第一凹槽的高度；

6.根据权利要求4所述的一种用于脊柱机器人切削路径的精度测试系统，其特征在于，所述标记板包括第一平板和第二平板，所述第一平板与所述第二平板固定连接；

7.根据权利要求6所述的一种用于脊柱机器人切削路径的精度测试系统，其特征在于，在所述底座上还设置有第一限位板，所述第一限位板与所述底座可拆卸连接；

8.根据权利要求6所述的一种用于脊柱机器人切削路径的精度测试系统，其特征在于，在所述第一平板远离所述第二平板的一端设置有第二限位板，所述第二限位板的宽度大于所述第二凹槽的宽度；

9.根据权利要求1所述的一种用于脊柱机器人切削路径的精度测试系统，其特征在于，所述测试装置还包括配重块，所述配重块与所述底座的底部固定连接；

10.一种用于脊柱机器人切削路径的精度测试方法，其特征在于，该方法应用于如权利要求1-9中任意一项所述的一种用于脊柱机器人切削路径的精度测试系统，包括：

技术总结本发明涉及医疗设备技术领域，尤其涉及一种用于脊柱机器人切削路径的精度测试系统、方法，包括：测试装置，配准装置和末端探针件；测试装置包括底座、设置在底座上的脊柱模型、标记板和多个定位柱；多个定位柱与底座可拆卸连接，多个定位柱沿脊柱模型周向布置，且多个定位柱高度不同；标记板与底座可拆卸连接；配准装置与底座可拆卸连接；末端探针件与机械臂末端连接；当配准时，将定位柱拆卸，机械臂控制末端探针件移动至定位柱的位置，对比末端探针件尖端的坐标与拆卸前定位柱顶部的坐标以确认所述路径规划的精度。如此设置，本系统能够实现对切削路径精度的测试，确保手术中机器人的机械臂移动精度准确。技术研发人员：刘洪升,季旭全,耿宝多,宋雄康,毛宁波,章永宏,杨标,张坚受保护的技术使用者：苏州铸正机器人有限公司技术研发日：技术公布日：2024/6/13