一种提高髋关节置换手术中机械臂注册精度的方法技术

本发明专利技术提供了一种提高髋关节置换手术中机械臂注册精度的方法，该方法包括以下步骤：待测物体的数据准备；计算反光阵列的相对位姿，将三维空间内实体的相对位姿计算，转换为三维空间内的平面位姿计算；实时显示所述反光阵列的相对位姿，及时调整所述反光阵列，减小因位姿产生的误差。与现有技术相比，本发明专利技术提供的方法将三维空间内实体的相对位姿问题，转换为三维空间内的平面位姿计算，并将这种位姿控制应用于髋关节手术中，提高了手术的整体精度。另外本发明专利技术通过实时不间断地计算并显示三维空间内的平面相对位姿，可以让手术人员实时精准掌控阵列的相对位姿信息，及时调整反光阵列，有效减小机械臂注册误差，提高手术精度。提高手术精度。提高手术精度。

【技术实现步骤摘要】
一种提高髋关节置换手术中机械臂注册精度的方法


[0001]本专利技术涉及医疗
，具体涉及一种提高髋关节置换手术中机械臂注册精度的方法。

技术介绍

[0002]在进行髋关节置换手术的术前设备准备时，需要进行机械臂注册，即通过双目光学相机对台车和机械臂末端的反光阵列进行追踪，以此来确定机械臂基座在双目光学相机坐标系下和台车反光阵列坐标系下的位姿信息。
[0003]目前常用的机械臂注册方法为：固定台车的反光阵列，随后在机械臂末端安装反光阵列，同时保持两个阵列处于双目光学相机的视野范围内，准备完成后，机械臂按照设定路线进行运动，并在此过程中采集机械臂末端的位姿，以此计算机械臂基座在台车坐标系下的位姿信息。
[0004]机械臂注册过程中的微小误差经过多次坐标转换后会逐次放大，影响手术精度。然而经过大量实验证明，在现有机械臂注册方法的过程中台车和机械臂末端在三维空间中的相对位姿会影响双目光学相机获取到的台车和机械臂末端的位姿的精度，从而影响机械臂基座在台车坐标系的位姿计算。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于克服上述
技术介绍
中描述的现有技术的缺点，提供一种提高髋关节置换手术中机械臂注册精度的方法，该方法能够精准控制台车阵列和机械臂末端阵列的相对位姿，减少机械臂注册误差。
[0006]本专利技术通过以下技术方案予以实现：一种提高髋关节置换手术中机械臂注册精度的方法，包括以下步骤：待测物体的数据准备；计算反光阵列的相对位姿，将三维空间内实体的相对位姿计算，转换为三维空间内的平面位姿计算；实时显示所述反光阵列的相对位姿，及时调整所述反光阵列，减小因位姿产生的误差。
[0007]进一步地，所述待测物体的数据准备，包括：固定所述台车的反光阵列，在所述机械臂末端安装反光阵列，同时保持两个阵列在所述双目光学相机的视野范围内；从所述双目光学相机获取所述台车反光阵列和所述机械臂末端反光阵列的位姿矩阵信息。
[0008]进一步地，所述计算反光阵列的相对位姿，将三维空间内的实体的相对位姿计算，转换为三维空间内的平面位姿计算，包括：从所述双目光学相机获取到的矩阵包含两部分信息：所述反光阵列在双目光学相
机坐标系下的姿态矩阵和位置坐标，其中姿态矩阵即所述反光阵列的x，y，z轴在所述双目光学相机坐标系下的方向；将所述反光阵列坐标系下的xoy平面视为反光阵列平面，从姿态矩阵中获取所述反光阵列z轴正方向的向量，此向量即为所述反光阵列平面的法向量；分别获取所述台车阵列的平面法向量a和所述机械臂末端阵列的平面法向量b；计算三维空间内的平面夹角，根据内积公式转换可知，其中p为三维空间内所述台车阵列的平面法向量与所述机械臂末端阵列的平面法向量的夹角；保持两平面法向量夹角为0度，此时两平面处于平行状态。
[0009]进一步地，所述实时显示所述反光阵列的相对位姿，及时调整所述反光阵列，减小因位姿产生的误差，包括：从所述双目光学相机不间断获取两个反光阵列的位姿矩阵，得到所述台车阵列和所述机械臂末端阵列在所述双目光学相机坐标系下的实时位姿；计算两阵列的相对位姿，并于界面上实时显示；根据显示数据及时调整所述反光阵列的位姿，减小误差。
[0010]与现有技术相比，本专利技术提供的方法将三维空间内实体的相对位姿问题，转换为三维空间内的平面位姿计算，并将这种位姿控制应用于髋关节手术中，提高了手术的整体精度。另外本专利技术通过实时不间断地计算并显示三维空间内的平面相对位姿，可以让手术人员实时精准掌控阵列的相对位姿信息，及时调整反光阵列，有效减小机械臂注册误差，提高手术精度。
附图说明
[0011]下面将参考附图来描述本专利技术示例性实施例的特征、优点和技术效果。
[0012]图1是本专利技术实施例提供的提高髋关节置换手术中机械臂注册精度的方法流程示意图。
具体实施方式
[0013]下面将详细描述本公开的各个方面的特征和示例性实施例，为了使本公开 的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本公开进行进一步详细描述。应理解，此处所描述的具体实施例仅意在解释本公开， 而不是限定本公开。对于本领域技术人员来说，本公开可以在不需要这些具体 细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本 公开的示例来提供对本公开更好的理解。
[0014]需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将 一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些 实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
[0015]为了更好地理解本专利技术，下面结合附图对本专利技术实施例进行详细描述。
[0016]图1是本专利技术实施例提供的提高髋关节置换手术中机械臂注册精度的方法流程示意图。
[0017]如图1所示，本专利技术提供了一种提高髋关节置换手术中机械臂注册精度的方法，包括以下步骤：S101，待测物体的数据准备；S102，计算反光阵列的相对位姿，将三维空间内实体的相对位姿计算，转换为三维空间内的平面位姿计算；S103，实时显示所述反光阵列的相对位姿，及时调整所述反光阵列，减小因位姿产生的误差。
[0018]可选地，S101中所述待测物体的数据准备，包括：固定所述台车的反光阵列，在所述机械臂末端安装反光阵列，同时保持两个阵列在所述双目光学相机的视野范围内；从所述双目光学相机获取所述台车反光阵列和所述机械臂末端反光阵列的位姿矩阵信息。
[0019]可选地，S102中所述计算反光阵列的相对位姿，将三维空间内的实体的相对位姿计算，转换为三维空间内的平面位姿计算，包括：从所述双目光学相机获取到的矩阵包含两部分信息：所述反光阵列在双目光学相机坐标系下的姿态矩阵和位置坐标，其中姿态矩阵即所述反光阵列的x，y，z轴在所述双目光学相机坐标系下的方向；将所述反光阵列坐标系下的xoy平面视为反光阵列平面，从姿态矩阵中获取所述反光阵列z轴正方向的向量，此向量即为所述反光阵列平面的法向量；分别获取所述台车阵列的平面法向量a和所述机械臂末端阵列的平面法向量b；计算三维空间内的平面夹角，根据内积公式转换可知，其中p为三维空间内所述台车阵列的平面法向量与所述机械臂末端阵列的平面法向量的夹角；保持两平面法向量夹角为0度，此时两平面处于平行状态。
[0020]可选地，S103中所述实时显示所述反光阵列的相对位姿，及时调整所述反光阵列，减小因位姿产生的误差，包括：从所述双目光学相机不间断获取两个反光阵列的位姿矩阵，得到所述台车阵列和所述机械臂末端阵列在所述双目光学相机坐标系下的实时位姿；计算两阵列的相对本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种提高髋关节置换手术中机械臂注册精度的方法，其特征在于，包括以下步骤：S101，待测物体的数据准备；S102，计算反光阵列的相对位姿，将三维空间内实体的相对位姿计算，转换为三维空间内的平面位姿计算；S103，实时显示所述反光阵列的相对位姿，及时调整所述反光阵列，减小因位姿产生的误差。2.根据权利要求1所述的一种提高髋关节置换手术中机械臂注册精度的方法，其特征在于，S101中所述待测物体的数据准备，包括：固定所述台车的反光阵列，在所述机械臂末端安装反光阵列，同时保持两个阵列在所述双目光学相机的视野范围内；从所述双目光学相机获取所述台车反光阵列和所述机械臂末端反光阵列的位姿矩阵信息。3.根据权利要求1所述的一种提高髋关节置换手术中机械臂注册精度的方法，其特征在于，S102中所述计算反光阵列的相对位姿，将三维空间内的实体的相对位姿计算，转换为三维空间内的平面位姿计算，包括：从所述双目光学相机获取到的矩阵包含两部分信息：所述反光阵列在双目光学相机坐标系下的姿态矩阵和位...

【专利技术属性】
技术研发人员：周雷，文理为，王芳良，上官佳荣，
申请(专利权)人：杭州键嘉医疗科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：