[發明專利]用于測試電磁導航系統定位精度的裝置及方法

有效

• 申請號: 202011308338.5
• 申請日: 2020-11-20
• 公開（公告）號: CN112378421B
• 公開（公告）日: 2022-07-08
• 發明（設計）人: 王炳強;王春強;孫之建
• 申請（專利權）人: 山東威高醫療科技有限公司
• 主分類號: G01C25/00
• 分類號: G01C25/00
• 代理公司: 威海科星專利事務所 37202
• 代理人: 于濤

1.一種用于測試電磁導航系統定位精度的裝置，其特征在于：包括精度測試裝置、定位裝置、上位機、磁場發生器、控制單元以及接口單元，所述上位機、磁場發生器、控制單元以及接口單元構成了電磁導航系統；所述定位裝置安裝于電磁導航系統控制的電磁導航機器人的機械臂末端；其中所述精度測試裝置和定位裝置均與所述接口單元相連接，所述接口單元與所述控制單元相連接，所述磁場發生器也與所述控制單元相連接，所述控制單元與所述上位機相連接；所述精度測試裝置用于與電磁導航系統配合使用，使電磁導航系統能夠實時跟蹤精度測試裝置的位置信息，其還用于為定位裝置提供定位用結構；所述定位裝置用于與電磁導航系統配合使用，使電磁導航系統能夠實時跟蹤定位裝置的位置信息，定位裝置跟隨著電磁導航機器人執行電磁導航系統下發的定位指令；其中，所述精度測試裝置包括主體，在所述主體上設有至少三個配準標記凹槽，所述配準標記凹槽用于放置尺寸與該配準標記凹槽相匹配的不銹鋼球；在所述主體上還設有至少三個高度不同的支柱，每個支柱上連接有定位球，各個定位球的直徑相同，所述定位球即為所述定位用結構；在所述主體上還安裝第一位置讀取裝置，所述第一位置讀取裝置與所述接口單元相連接，所述第一位置讀取裝置用于與電磁導航系統配合使用，讀取所述精度測試裝置的位置信息；所述定位裝置包括裝置本體，在所述裝置本體上安裝有定位針，所述裝置本體上還安裝有第二位置讀取裝置，所述第二位置讀取裝置與所述接口單元相連接，用于與電磁導航系統配合使用，讀取所述定位裝置的位置信息，所述裝置本體上還設有機械臂連接裝置，通過所述機械臂連接裝置將所述定位裝置連接到電磁導航機器人的機械臂上。

2.根據權利要求1所述的用于測試電磁導航系統定位精度的裝置，其特征在于：所述定位球的直徑為3mm～4mm。

3.根據權利要求1所述的用于測試電磁導航系統定位精度的裝置，其特征在于：所述第一位置讀取裝置安裝在所述主體上開設的安裝槽內，在所述安裝槽內設有與所述第一位置讀取裝置配合使用的安裝柱，在所述安裝槽的周圍設有防止第一位置讀取裝置移動的若干限位凸臺，在其中一個限位凸臺上設有螺紋孔，通過壓緊旋鈕與所述螺紋孔的配合將所述第一位置讀取裝置固定在所述主體上。

4.根據權利要求1所述的用于測試電磁導航系統定位精度的裝置，其特征在于：所述第一位置讀取裝置和第二位置讀取裝置的結構相同，包括底座和底座蓋，所述底座和底座蓋連接在一起，在所述底座中設有兩個不在同一水平面的線圈槽，所述兩個線圈槽之間的夾角為10～80°，每個線圈槽內均安裝有電磁線圈，在底座中還設有纏繞柱，從電磁線圈引出的線圈電線在纏繞柱上進行纏繞，從設置在所述底座上的出線孔引出，所述線圈電線與插頭相連接，所述插頭用于連接到接口單元。

5.根據權利要求4所述的用于測試電磁導航系統定位精度的裝置，其特征在于：在所述底座上設有用于連接醫療器械的底座連接孔，在所述底座蓋的相應位置處設有與所述底座連接孔配合使用的底座蓋連接孔，當所述底座和底座蓋連接在一起時，各個底座連接孔和各個底座蓋連接孔一一對應，用于連接醫療器械。

6.一種基于權利要求1所述的用于測試電磁導航系統定位精度的裝置的用于測試電磁導航系統定位精度的方法，其特征在于：包括以下步驟：

步驟1、將精度測試裝置和定位裝置放置在磁場發生器的磁場范圍內；

步驟2、在精度測試裝置中的配準標記凹槽處安裝不銹鋼球，將掃描的安裝有不銹鋼球的精度測試裝置的CT數據導入上位機；

步驟3、將所述CT數據進行三維圖像重建，任意選取兩個支柱上的定位球，將其中一個定位球的中心作為手術的入點，將該定位球記做a球，將另一個定位球的中心作為手術的出點，將該定位球記做b球，在三維圖像上進行路徑規劃，使定位針能夠沿著規劃好的路徑先移動到a球位置，之后再移動到b球位置；

步驟4、進行配準及注冊：包括精度測試裝置的配準和定位裝置的注冊，其中精度測試裝置的配準：選擇安裝有不銹鋼球的配準標記凹槽作為特征點，通過圖像選點的方式對精度測試裝置進行配準注冊，配準完成后，精度測試裝置的位置信息通過第一位置讀取裝置傳送給上位機；定位裝置的注冊：通過標定算法，將第二位置讀取裝置和處于定位裝置末端的定位針的相對位姿傳送給上位機；

步驟5、通過上位機的控制，電磁導航機器人的機械臂按照預先規劃的路徑進行移動，預期使定位針能夠接觸a球；當所述定位針能夠接觸a球時，則認定電磁導航系統的入點定位精度小于等于D/2，其中D為定位球的直徑；當所述定位針沒有接觸a球時，則認定電磁導航系統的入點定位精度大于D/2，這就說明電磁導航系統的定位精度不合格；

步驟6、當所述定位針能夠接觸a球時，拆下a球，控制電磁導航機器人的機械臂按照預先規劃的路徑繼續進行移動，預期使定位針穿過a球的位置且能夠接觸b球；當所述定位針能夠接觸b球時，則認定電磁導航系統的出點定位精度小于等于D/2，此時認定電磁導航系統的定位精度小于等于D/2；當所述定位針沒有接觸b球時，則認定電磁導航系統的出點定位精度大于D/2，這就說明電磁導航系統的定位精度不合格；

步驟7、上位機控制機械臂回歸原位，準備下次測試；

步驟8、重復步驟3、步驟5-7進行N次測試，其中N大于等于1，并且在每次測試時，將步驟3中的兩個支柱進行更換，使得本次測試中的兩個支柱的高度與上一次測試中兩個支柱的高度不同，根據所選的支柱，在三維圖像上重新進行路徑的規劃；當所有測試完成后，若有一次認定電磁導航系統定位精度不合格，則說明電磁導航系統定位精度就是不合格；當每次測試中，定位針均能沿規劃的路徑接觸兩個定位球，才說明電磁導航系統的定位精度合格。