[發明專利]對診斷和/或治療操縱器系統的操縱器進行校準的方法

在審

• 申請號: 201780086898.0
• 申請日: 2017-12-15
• 公開（公告）號: CN110325329A
• 公開（公告）日: 2019-10-11
• 發明（設計）人: H·科勒爾;P·梅韋斯
• 申請（專利權）人: 庫卡德國有限公司
• 主分類號: B25J9/16
• 分類號: B25J9/16;A61B34/30
• 代理公司: 隆天知識產權代理有限公司 72003
• 代理人: 黃艷;謝強

本發明涉及一種用于對診斷和/或治療操縱器系統(1)的操縱器(10)進行校準的方法(100)，其中，操縱器系統(1)包括至少一個醫學成像裝置(50；60)，并且其中，該方法至少包括以下步驟：a)借助操縱器(10)進入(110)至少一個目標姿態；b)在操縱器(10)已進入目標姿態時，借助于醫學成像裝置(50；60)采集(120)操縱器(10)的至少一部分的和/或操縱器(10)的末端執行器(15)的至少一部分的至少一個圖像；c)通過所采集的圖像確定(130)操縱器(10)的實際姿態；d)確定(140)操縱器(10)的目標姿態與實際姿態之間的偏差；e)基于所確定的偏差來計算(150)至少一個校準參數；f)對操縱器進行校準(160)。

技術領域

本發明涉及一種用于對診斷和/或治療操縱器系統的操縱器進行校準的方法以及一種設計用于執行該方法的控制裝置。本發明還涉及一種操縱器系統，該操縱器系統包括設計用于執行所述方法的控制裝置。

背景技術

診斷和/或治療操縱器系統在現有技術中是已知的，并且包括至少一個可用于診斷和/或治療目的的操縱器。操縱器是能夠與環境進行物理交互的設備。典型的操縱器是工業機器人或關節臂機器人，其包括三個或更多個可自由編程的運動軸(節肢)，這些運動軸可以被自動地引導。這些操縱器或者位置固定地或者可移動地被使用在不同的應用中。特別地，它們被設計用于引導末端執行器或工件。末端執行器可以是不同的工具。在診斷和/或治療操縱器系統的領域中，末端執行器可以包括例如手術器械、手術刀、用于制造手術縫線的針座、用于引入活檢針的系統、套管針等。末端執行器的其它示例包括內窺鏡、縫合器(Stapler)等。

操縱器并且特別是關節臂機器人被越來越多地應用于醫療領域。此外，它們還被應用于自動化操縱器系統、半自動化操縱器系統和遠程操作操縱器系統。在自動化或半自動化的操縱器系統中，(部分)任務由操縱器獨立地執行。在遠程操作操縱器系統中，操縱器是通過合適的輸入裝置由醫生手動地控制。操縱器將輸入裝置的輸入指令轉換為相應的操縱器運動。醫生和操縱器在此可以是空間上分開的。

例如，在組織活檢領域中，使用半自動化操縱器系統來定位和定向活檢針，以便在活檢針向前移動時，即穿刺時，能夠可靠地命中待活檢的組織。這種向前移動在此可以手動或借助遠程操作系統進行。其它已知的應用包括植入物的放置，特別是手術螺釘的放置。

治療和/或診斷應用通常是借助于醫學成像裝置來監視和/或規劃。例如，在放置手術螺釘時，必須監視螺釘不會意外傷害到患者的神經或其它組織結構。已知的成像裝置是提供患者的器官和結構的(二維或三維的)圖像數據。成像裝置根據其借助于X射線(例如X光機、C形臂、計算機斷層掃描)、放射性核素(例如閃爍照像術、正電子發射斷層攝影術、單光子發射計算機斷層攝影術)、超聲(例如超聲波檢查、彩色多普勒)以及核磁共振(例如磁共振斷層攝影儀)成像的類型來分類。成像裝置同樣可以包括光學傳感器，例如相機，其基于可見光生成圖像。

受操縱器引導的工具(末端執行器)相對于純手動引導工具的優點在于：它們可以被重復地、定位準確地使用，而與人為的誤差源無關，例如震顫、專注度缺失、疲勞等。為了實現操縱器和特別是末端執行器的高精度，通常需要對操縱器進行校準和/或調節。

在確定操縱器的精度時，重復精度和絕對精度之間要區分開。絕對精度指明末端執行器的實際姿態與末端執行器的預期目標姿態之間的偏差，其中，這些姿態通常均關于一外部參考坐標系統給出。例如，基于操縱器基礎坐標系。大多數情況下，操縱器的絕對精度是通過測量目標姿態與從不同方向(多方向)進入目標姿態時所獲得的實際姿態之間的平均偏差或最大偏差來確定，。姿態包括末端執行器的位置和方向。重復精度指明了在多次從同一方向進入一姿態時如何準確地定位操縱器，并被視為所實現的實際姿態之間的偏差。重復精度可以在不知曉基礎坐標系的準確位置的情況下被測量，因為不必考慮目標姿態用于比較。