[發(fā)明專(zhuān)利]一種手術(shù)導(dǎo)航機(jī)器人末端上示蹤器的標(biāo)定方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110262892.2
• 申請(qǐng)日: 2021-03-11
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113040910B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-05-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 羅丹;周振宇;周子涵
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 南京逸動(dòng)智能科技有限責(zé)任公司
• 主分類(lèi)號(hào): A61B34/20
• 分類(lèi)號(hào): A61B34/20;A61B34/30
• 代理公司: 南京知識(shí)律師事務(wù)所 32207
• 代理人: 張?zhí)K沛

一種手術(shù)導(dǎo)航機(jī)器人末端上示蹤器的標(biāo)定方法，屬于醫(yī)療輔助技術(shù)領(lǐng)域，利用光學(xué)跟蹤器直接讀取機(jī)器人末端示蹤器在光學(xué)跟蹤器坐標(biāo)系下的坐標(biāo)，通過(guò)記錄3個(gè)不同位置分別在光學(xué)跟蹤器下的坐標(biāo)，計(jì)算出機(jī)器人末端示蹤器在機(jī)器人末端下的坐標(biāo)，本方法可以在不使用專(zhuān)業(yè)測(cè)量?jī)x器的情況下，精準(zhǔn)計(jì)算出標(biāo)記物的坐標(biāo)，避免了因加工精度導(dǎo)致的誤差，提高了整個(gè)手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)的精度，方法操作簡(jiǎn)單，成本低廉，便于推廣。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于醫(yī)療輔助技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種手術(shù)導(dǎo)航機(jī)器人末端上示蹤器的標(biāo)定方法，具體涉及到一種手術(shù)導(dǎo)航機(jī)器人安裝在末端示蹤器上標(biāo)記物的位置標(biāo)定。

背景技術(shù)

隨著近年來(lái)微創(chuàng)手術(shù)的普遍應(yīng)用和對(duì)手術(shù)當(dāng)中器械或者內(nèi)植入物定位精度的要求不斷提高，基于醫(yī)學(xué)圖像引導(dǎo)的輔助定位或者手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)有了很大的發(fā)展。

該類(lèi)系統(tǒng)一般分成幾大部件：CTCB機(jī)，光學(xué)跟蹤器和導(dǎo)航機(jī)器人；CTCB機(jī)用于建立三維醫(yī)學(xué)圖像，光學(xué)跟蹤器通過(guò)特定示蹤器跟蹤機(jī)器人和病人的位置，導(dǎo)航機(jī)器人用于完成最后的手術(shù)。為了完成手術(shù)，首先要進(jìn)行配準(zhǔn)，也就建立CTCB機(jī)、光學(xué)跟蹤器和導(dǎo)航機(jī)器人之間的坐標(biāo)轉(zhuǎn)化關(guān)系。接下來(lái)就是手術(shù)的規(guī)劃，也就是醫(yī)生根據(jù)CTCB機(jī)建立的三維醫(yī)學(xué)圖像模型規(guī)劃出手術(shù)路徑。最后是手術(shù)實(shí)施部分，也就是將規(guī)劃的手術(shù)路徑通過(guò)手持手術(shù)引導(dǎo)器放置到手術(shù)路徑上或者控制機(jī)器人等執(zhí)行機(jī)構(gòu)將引導(dǎo)器定位到手術(shù)路徑上，醫(yī)生通過(guò)引導(dǎo)器輔助來(lái)完成手術(shù)開(kāi)刀或植入物的植入。

上述步驟中最為核心的就是建立系統(tǒng)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換關(guān)系，也就是配準(zhǔn)，最終實(shí)現(xiàn)手術(shù)目標(biāo)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的聯(lián)系，通過(guò)三維圖像中規(guī)劃的路徑最后由執(zhí)行機(jī)構(gòu)能定位到該路徑。隨著光學(xué)跟蹤器的精度的大幅提升，高精度導(dǎo)航系統(tǒng)配準(zhǔn)方案一般采用，先建立CTCB機(jī)(手術(shù)目標(biāo)坐標(biāo)一致)和光學(xué)跟蹤器之間的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換關(guān)系，然后建立光學(xué)跟蹤器和導(dǎo)航機(jī)器人的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換關(guān)系，最后建立了手術(shù)目標(biāo)和導(dǎo)航機(jī)器人的坐標(biāo)。

進(jìn)一步的，要建立光學(xué)跟蹤器和導(dǎo)航機(jī)器人的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換關(guān)系，需要在導(dǎo)航機(jī)器人的末端安裝有帶有3個(gè)以上標(biāo)記物的專(zhuān)用的示蹤器，并且該示蹤器上的標(biāo)記物既有在光學(xué)跟蹤器坐標(biāo)系統(tǒng)下的坐標(biāo)，也要有在導(dǎo)航機(jī)器人坐標(biāo)系統(tǒng)下的坐標(biāo)。示蹤器上的標(biāo)記物可以直接被光學(xué)跟蹤器識(shí)別并計(jì)算出在光學(xué)跟蹤器坐標(biāo)系統(tǒng)下的坐標(biāo)，而在導(dǎo)航機(jī)器人的坐標(biāo)是通過(guò)標(biāo)記物相對(duì)于機(jī)器人末端的位置計(jì)算出來(lái)，而標(biāo)記物相對(duì)于機(jī)器人末端的位置難以直接測(cè)量，一般是按照示蹤器的設(shè)計(jì)尺寸計(jì)算得出對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)。

現(xiàn)有技術(shù)中，想要獲取上述示蹤器標(biāo)記物在機(jī)器人末端坐標(biāo)系下的坐標(biāo)，一種方法是使用專(zhuān)門(mén)的定位測(cè)距儀器，但這種儀器價(jià)格非常昂貴，沒(méi)有辦法在醫(yī)院普及，另外一種方法是依賴(lài)機(jī)器人本身加工和裝配的精度，一旦安裝上一個(gè)精度未達(dá)到規(guī)定要求的示蹤器，那么整個(gè)系統(tǒng)的精度就難以保證，后果非常嚴(yán)重。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對(duì)目前手術(shù)導(dǎo)航機(jī)器人末端示蹤器位置難以測(cè)量的問(wèn)題，提供一種手術(shù)導(dǎo)航機(jī)器人末端示蹤器標(biāo)定方法，不需要高昂的儀器，就可以精準(zhǔn)的標(biāo)定手術(shù)導(dǎo)航機(jī)器人末端示蹤器的坐標(biāo)。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的的技術(shù)方案是：一種手術(shù)導(dǎo)航機(jī)器人末端上示蹤器的標(biāo)定方法，利用光學(xué)跟蹤器可以直接讀取機(jī)器人末端示蹤器在光學(xué)跟蹤器坐標(biāo)系下的坐標(biāo)，通過(guò)記錄3個(gè)不同位置在光學(xué)跟蹤器下的坐標(biāo)，最后算出機(jī)器人末端示蹤器在機(jī)器人末端下的坐標(biāo)，包括以下步驟：

預(yù)先設(shè)定機(jī)器人基座的坐標(biāo)系為G，機(jī)器人末端法蘭的坐標(biāo)系為E，光學(xué)跟蹤器的坐標(biāo)系為C，示蹤器上安裝有可反射紅外光的標(biāo)記物，設(shè)所述標(biāo)記物個(gè)數(shù)為n個(gè)，n大于等于3，所述示蹤器固定到所述機(jī)器人末端法蘭上，所述機(jī)器人為6軸機(jī)器人，具體步驟：

步驟1：將機(jī)器人運(yùn)動(dòng)到特定位置，要求機(jī)器人末端法蘭坐標(biāo)系E的z軸和機(jī)器人基座坐標(biāo)系G的z軸方向一致或者方向相反，機(jī)器人的第5軸的軸線(xiàn)方向和E坐標(biāo)系下的y軸方向相同，標(biāo)記此時(shí)示蹤器上標(biāo)記物相對(duì)于機(jī)器人基座坐標(biāo)系G的位置為0。

步驟2：移動(dòng)光學(xué)跟蹤器，使得機(jī)器人末端法蘭在光學(xué)跟蹤器的可視范圍內(nèi)。