[發明專利]一種基于虛擬現實技術的機器人關節置換測試系統

有效

• 申請號: 201911098176.4
• 申請日: 2019-11-12
• 公開（公告）號: CN110767021B
• 公開（公告）日: 2021-10-08
• 發明（設計）人: 劉芳德;郎君偉;劉悅
• 申請（專利權）人: 杭州湖西云百生科技有限公司
• 主分類號: G09B9/00
• 分類號: G09B9/00;G06F3/01;G06T17/00
• 代理公司: 北京竹辰知識產權代理事務所(普通合伙) 11706
• 代理人: 陳龍

1.一種基于虛擬現實技術的機器人關節置換測試系統，其特征在于，包括：

虛擬手術平臺，所述虛擬手術平臺通過真實的影像數據進行建模，通過系統接口獲取用戶對于建模數據的操作，從而模擬真實的手術操作過程；

數據交換中心，所述數據交換中心獲取虛擬現實手術設備在進行虛擬操作的過程中發送的操作數據，并將該操作數據轉發至虛擬手術平臺；

虛擬現實手術設備，所述虛擬現實手術設備模擬手術過程中的各種操作，形成操作數據；

手術指導模塊與增強現實模塊，所述手術指導模塊通過對關節置換過程中所述虛擬現實手術設備產生的操作分解為多個手術步驟，導航系統追蹤用戶操作，并實時顯示正確的位置，用來指導用戶進行相關的手術操作；

測試數據分析模塊，所述測試數據分析模塊通過讀取手術規劃系統的輸出數據，將該輸出數據與用戶在虛擬現實手術設備中的操作進行比較，分析用戶在虛擬手術操作過程中的操作誤差以及手術導航軟件的計算誤差；

所述虛擬現實手術設備用于替代人體手術部位手術工具，通過獲取虛擬現實手術設備在真實世界的位姿，以供虛擬手術使用；

所述虛擬現實手術設備通過樞軸校準算法對即將模擬手術刀/手術針的VR手柄端部進行校準，得到手柄端部對手柄位姿的相對位移，利用之前已經獲取的手柄和頭戴設備真實世界的位姿，計算手柄相對頭戴設備的位姿，結合手柄端部對手柄位姿的相對位移，得到手柄端部對頭戴設備位姿的相對位移。

2.根據權利要求1所述的系統，其特征在于：

所述虛擬手術平臺使用真實的影像數據進行建模，所述影像數據通過三維CT、核磁成像以及超聲得到。

3.根據權利要求1所述的系統，其特征在于：

所述虛擬手術平臺在預設的屏幕上顯示3D影像，所述3D影像包括需要進行手術的人體部位的3D建模，所述3D影像以30Hz的速率進行實時刷新，保證模擬手術過程的流暢。

4.根據權利要求1所述的系統，其特征在于：

所述虛擬手術平臺基于GPU的服務平臺，包括醫學影像渲染系統、用戶接口系統、以及數據記錄系統；

所述醫學影像渲染系統以接近真實感的方式，渲染醫學影像；

所述用戶接口系統允許用戶操作虛擬環境中的手術器械，用戶操作虛擬現實手術設備時數據會在虛擬現實手術設備、手術平臺、手術指導模塊這三方實時同步；

所述數據記錄系統記錄整個過程中用戶在系統中的每一步操作。

5.根據權利要求1所述的系統，其特征在于：

數據交換中心接收到虛擬現實手術設備的操作信息之后，將所述操作信息發送到虛擬手術平臺，以便于所述虛擬手術平臺在接受到消息后，更新相關的醫學影像；

數據交換中心將數據翻譯成手術導航設備所需的輸入信息，手術導航設備根據用戶輸出，更新相應的手術方案；

數據交互中心記錄虛擬現實手術設備的數據，以便測試后分析手術的效果。

6.根據權利要求1所述的系統，其特征在于：

所述數據交互中心采用內存型的非結構化數據庫處理所有設備儀器的位姿信息，并進行數據更新。

7.根據權利要求1所述的系統，其特征在于：

所述數據交互中心數據存儲方式為key-value，其中，key對應的是手術中需要用到并需要定位的儀器設備和人體部位名稱，value對應的是該設備或人體部位的位姿信息。

8.根據權利要求1所述的系統，其特征在于：

所述手術指導模塊嵌入在軟件中，提供接口使虛擬現實手術設備的位姿信息能夠實時傳入所述手術指導模塊，手術指導模塊能夠智能化處理手術目標，并將手術目標分解為逐個手術步驟，與之前的手術虛擬平臺相結合，在手術開始前將虛擬現實手術設備與系統中虛擬臨床目標進行配準，達到實時同步的手術指導效果。

9.根據權利要求1所述的系統，其特征在于：

所述測試分析模塊經同數據庫相連，通過讀取手術規劃系統的輸出，并跟用戶在虛擬現實中的操作作比較，進而分析用于手術操作的手術誤差以及導航軟件的算法誤差。