手术机器人的精度测量方法和装置、存储介质及处理器制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种手术机器人的精度测量方法和装置、存储介质及处理器，其中，精度测量方法包括：获取开源数据库中的患者骨骼信息，并根据患者骨骼信息建立三维骨盆模型，将具有不同的安放角度的多个髋臼杯模型分别与三维骨盆模型结合得到多个骨盆及髋臼杯组合体模型；根据多个骨盆及髋臼杯组合体模型得到多个骨盆及髋臼杯组合体结构；根据多个骨盆及髋臼杯组合体结构得到多个置入位置；根据多个置入位置及多个安放角度控制手术机器人的末端执行器依次移动并得到执行误差；根据执行误差得到手术机器人的精度。本申请的技术方案能够有效地解决相关技术中的精度检测装置及精度检测方法并不能有效地对髋臼杯置入角度进行检测的问题。测的问题。测的问题。

【技术实现步骤摘要】
手术机器人的精度测量方法和装置、存储介质及处理器


[0001]本申请涉及医疗
，具体而言，涉及一种手术机器人的精度测量方法和装置、计算机可读存储介质及处理器。

技术介绍

[0002]随着医疗技术的不断发展，髋关节置换术出现了很多不同的辅助手术方式，其中机器人辅助的全髋关节置换术因为其精度的优势广泛地被医生和工程师所关注。髋臼杯置入角度和位置的精度很大程度上影响术后髋关节的稳定性、假体的寿命以及术后的并发症等风险。而定位精准是骨科手术机器人系统相对于传统徒手手术方法的核心性能和突出优势，所以，正确评价和检测骨科手术机器人系统的定位精度，是评估产品性能、保障手术安全和效果的关键环节，是技术研发、产品开发和验证的重要基础。例如，针对先天性髋关节发育不良的患者，通过全髋关节置换手术机器人系统协助对髋关节进行精确锉削和髋臼杯假体置入，可保证髋关节置换手术的精确性和安全性。
[0003]工业机器人的定位精度检测的两个指标是重复定位精度和绝对定位精度，一般是通过分辨率、位姿准确度和位姿重复度这三个指标测量其末端执行器相对于参考坐标系的精度。
[0004]然而上述所提到的工业机器人的精度测量方法只是描述机器臂末端执行器与目标位置之间点到点的误差。全髋关节手术机器人的系统精度会受到多种因素的影响，包括图像识别误差、系统中不同坐标系之间转换的误差、机器人运动误差、探针等工具尺寸误差及光学跟踪定位误差等，系统综合定位精度不仅要满足定点要求，而且需要兼顾定向要求。
[0005]尤其是在全髋关节置换术中，髋臼杯置入角度的精度对术后髋关节的稳定性的影响很大，相关技术中的精度检测装置及精度检测方法并不能有效地对髋臼杯置入角度进行检测。

技术实现思路

[0006]本专利技术的主要目的在于提供一种手术机器人的精度测量方法和装置、计算机可读存储介质及处理器，以解决相关技术中的精度检测装置及精度检测方法并不能有效地对髋臼杯置入角度进行检测的问题。
[0007]为了实现上述目的，根据本专利技术的一个方面，提供了一种手术机器人的精度测量方法，包括：获取开源数据库中的患者骨骼信息，并根据患者骨骼信息建立三维骨盆模型，将具有不同的安放角度的多个髋臼杯模型分别与三维骨盆模型结合得到多个骨盆及髋臼杯组合体模型；根据多个骨盆及髋臼杯组合体模型得到多个骨盆及髋臼杯组合体结构；根据多个骨盆及髋臼杯组合体结构得到多个置入位置；根据多个置入位置及多个安放角度控制手术机器人的末端执行器依次移动并得到执行误差；根据执行误差得到手术机器人的精度。
[0008]应用本专利技术的技术方案，通过直接获取开源数据库中的真实的患者骨骼信息制作
骨盆及髋臼杯组合体结构用于进行精度检测，能够模拟真实的手术场景，使得最终得到的精度检测结果更加可靠。具体地，先将具有不同的安放角度的多个髋臼杯模型分别与三维骨盆模型结合得到多个骨盆及髋臼杯组合体模型，再根据多个骨盆及髋臼杯组合体模型得到多个骨盆及髋臼杯组合体结构，令手术机器人针对每个骨盆及髋臼杯组合体结构执行相应的移动动作，再测量移动后的执行误差，最终得到手术机器人的精度，能够使得最终得到的精度数据更加接近真实情况。在本申请中，设置髋臼杯模型安放角度不同的多个骨盆及髋臼杯组合体模型，再得到多个骨盆及髋臼杯组合体结构，能够有效地对手术机器人执行相应动作后的角度偏差进行检测，进而能够得到手术机器人在全髋关节置换术中的髋臼杯置入角度的精度。因此，本申请的技术方案能够有效地解决相关技术中的精度检测装置及精度检测方法并不能有效地对髋臼杯置入角度进行检测的问题。
[0009]进一步地，根据多个置入位置及多个安放角度控制手术机器人的末端执行器依次移动并得到执行误差的步骤包括：在末端执行器每次移动到位之后获取骨盆及髋臼杯组合体结构的第一法向量及末端执行器在置入位置的第二法向量，并计算第一法向量和第二法向量之间的角度差。
[0010]进一步地，获取骨盆及髋臼杯组合体结构的第一法向量的步骤包括：通过光学反馈探针在骨盆及髋臼杯组合体结构上的髋臼杯平面上采集3个点，并计算髋臼杯平面的法向量；获取末端执行器在置入位置的第二法向量的步骤包括：通过光学反馈探针在末端执行器的工装平面上采集3个点，并计算工装平面的法向量。
[0011]进一步地，根据执行误差得到手术机器人的精度的步骤包括：对多个第一法向量和多个第二法向量之间的多个角度差求平均值。
[0012]进一步地，安放角度包括外展角和前倾角，其中，多个髋臼杯模型的外展角相同、前倾角不同。
[0013]进一步地，末端执行器为套设在手术机器人的机械臂的端部的盘状结构，末端执行器远离机械臂的端面为平面并作为末端执行器的工装平面，其中，工装平面与末端执行器的轴线之间的垂直度在0.1mm至0.12mm之间。
[0014]进一步地，在根据多个骨盆及髋臼杯组合体模型得到多个骨盆及髋臼杯组合体结构的步骤中：骨盆及髋臼杯组合体结构中的髋臼杯为实心的半球体结构，半球体结构的平面作为骨盆及髋臼杯组合体结构的髋臼杯平面。
[0015]根据本专利技术的另一方面，提供了一种手术机器人的精度测量装置，包括：获取单元，用于获取开源数据库中的患者骨骼信息，并根据患者骨骼信息建立三维骨盆模型，将具有不同的安放角度的多个髋臼杯模型分别与三维骨盆模型结合得到多个骨盆及髋臼杯组合体模型；加工单元，用于根据多个骨盆及髋臼杯组合体模型得到多个骨盆及髋臼杯组合体结构；第一计算单元，用于根据多个骨盆及髋臼杯组合体结构得到多个置入位置；执行单元，用于根据多个置入位置及多个安放角度控制手术机器人的末端执行器依次移动并得到执行误差；第二计算单元，用于根据执行误差得到手术机器人的精度。
[0016]应用本专利技术的技术方案，获取单元用于获取开源数据库中的患者骨骼信息，并根据患者骨骼信息建立三维骨盆模型，将具有不同的安放角度的多个髋臼杯模型分别与三维骨盆模型结合得到多个骨盆及髋臼杯组合体模型；加工单元用于根据多个骨盆及髋臼杯组合体模型得到多个骨盆及髋臼杯组合体结构；第一计算单元用于根据多个骨盆及髋臼杯组
合体结构得到多个置入位置；执行单元用于根据多个置入位置及多个安放角度控制手术机器人的末端执行器依次移动并得到执行误差；第二计算单元用于根据执行误差得到手术机器人的精度。通过直接获取开源数据库中的真实的患者骨骼信息制作骨盆及髋臼杯组合体结构用于进行精度检测，能够模拟真实的手术场景，使得最终得到的精度检测结果更加可靠。具体地，令手术机器人针对每个骨盆及髋臼杯组合体结构执行相应的移动动作之后测量移动后的执行误差，最终得到手术机器人的精度，能够使得最终得到的精度数据更加接近真实情况。通过设置髋臼杯模型安放角度不同的多个骨盆及髋臼杯组合体模型，再得到多个骨盆及髋臼杯组合体结构，能够有效地对手术机器人执行相应动作后的角度偏差进行检测，进而能够得到手术机器人在全髋关节置换术中的髋臼杯置入角度的精度。因此，本申请的技术方案能够有效地解决相关技术中的精度检测装置及精度检测方法并不能有效地对髋臼杯置入角度进行检测的问题。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于全髋关节置换术的手术机器人的精度测量方法，其特征在于，包括：获取开源数据库中的患者骨骼信息，并根据所述患者骨骼信息建立三维骨盆模型，将具有不同的安放角度的多个髋臼杯模型分别与所述三维骨盆模型结合得到多个骨盆及髋臼杯组合体模型；根据多个所述骨盆及髋臼杯组合体模型得到多个骨盆及髋臼杯组合体结构（10）；根据多个所述骨盆及髋臼杯组合体结构（10）得到多个置入位置；根据多个所述置入位置及多个所述安放角度控制手术机器人的末端执行器（20）依次移动并得到执行误差；根据所述执行误差得到所述手术机器人的精度。2.根据权利要求1所述的精度测量方法，其特征在于，根据多个所述置入位置及多个所述安放角度控制手术机器人的末端执行器（20）依次移动并得到执行误差的步骤包括：在所述末端执行器（20）每次移动到位之后获取所述骨盆及髋臼杯组合体结构（10）的第一法向量及所述末端执行器（20）在所述置入位置的第二法向量，并计算所述第一法向量和所述第二法向量之间的角度差。3.根据权利要求2所述的精度测量方法，其特征在于，获取所述骨盆及髋臼杯组合体结构（10）的第一法向量的步骤包括：通过光学反馈探针在所述骨盆及髋臼杯组合体结构（10）上的髋臼杯平面上采集3个点，并计算所述髋臼杯平面的法向量；获取所述末端执行器（20）在所述置入位置的第二法向量的步骤包括：通过所述光学反馈探针在所述末端执行器（20）的工装平面上采集3个点，并计算所述工装平面的法向量。4.根据权利要求2所述的精度测量方法，其特征在于，根据所述执行误差得到所述手术机器人的精度的步骤包括：对多个所述第一法向量和多个所述第二法向量之间的多个所述角度差求平均值。5.根据权利要求1所述的精度测量方法，其特征在于，所述安放角度包括外展角和前倾角，其中，多个...

【专利技术属性】
技术研发人员：尹政顺，郑贺亮，李文彦，张靖，郭笑楠，王静芝，
申请(专利权)人：北京壹点灵动科技有限公司，
类型：发明
国别省市：