手术机器人系统切割精度验证方法技术方案

本公开提供一种手术机器人系统切割精度验证方法，方法包括：S10、建立切割前样本的数字三维模型，在数字三维模型上规划切割方案以获得切割前数字三维模型；S20、对切割前数字三维模型和切割前样本进行配准；S30、由机器人按照切割前数字三维模型中的切割方案对切割前样本进行切割获得切割后样本，建立切割后样本的数字三维模型；S40、比对切割前数字三维模型和切割后样本的数字三维模型，获得实际的切割参数；S50、比较实际的切割参数和规划的切割方案中的切割参数，获得切割误差。本公开提供的手术机器人系统切割精度验证方法，可以较为准确地测定系统切割精度。确地测定系统切割精度。确地测定系统切割精度。

【技术实现步骤摘要】
手术机器人系统切割精度验证方法


[0001]本公开涉及系统精度验证
，尤其涉及一种手术机器人系统切割精度验证方法。

技术介绍

[0002]在关节置换手术中，关节假体安装的精度关系到关节功能恢复的程度，而截骨精度又决定了关节假体的安装精度。具体地，截骨精度包括截骨量等线性精度和截骨面的角度精度等。如，全膝关节置换手术中，需要对股骨进行5次截骨、对胫骨进行1次截骨以在骨关节上加工出与假体形状适配的形状，既要保证截骨后的关节宽度与假体安装槽的宽度适配，又要保证截骨面与下肢力线之间的角度关系适配。
[0003]使用导航系统及机器人进行截骨的手术系统，导航系统的定位精度、机器人的运动精度及配准模块的配准精度都会影响到最终的截骨精度。导航系统、机器人及配准模块各自都有自身精度，而截骨精度是由导航系统、机器人及配准模块之间三部分互相作用共同决定的，因此导航系统、机器人及配准模块各自的精度均不能代表最终的截骨精度，手术系统的截骨精度需要合理的方法进行测定。

技术实现思路

[0004]本公开提供的手术机器人系统切割精度验证方法，能够获得较为准确的切割参数，从而便于得出准确的截骨精度。
[0005]第一方面，提供一种手术机器人系统切割精度验证方法，包括：
[0006]S10、建立切割前样本的数字三维模型，在数字三维模型上规划切割方案以获得切割前数字三维模型；S20、对切割前数字三维模型和切割前样本进行配准；S30、由机器人按照切割前数字三维模型中的切割方案对切割前样本进行切割获得切割后样本，建立切割后样本的数字三维模型；S40、比对切割前数字三维模型和切割后样本的数字三维模型，获得实际的切割参数；S50、比较实际的切割参数和规划的切割方案中的切割参数，获得切割误差。
[0007]在第一种可能的实现方式中，S30包括：由机器人按照切割前数字三维模型中的切割方案对切割前样本进行两次切割，获得第一切割后样本和第二切割后样本，并建立基于第一切割后样本的第一数字三维模型和基于第二切割后样本的第二数字三维模型；S40包括：比对切割前数字三维模型与第一数字三维模型和第二数字三维模型，获得两组实际的切割参数。
[0008]结合上述可能的实现方式，在第二种可能的实现方式中，切割方案中，第一次切割包括切割出第一平面、第二平面和第三平面，第二平面和第三平面垂直于第一平面以形成两个直角。
[0009]结合上述可能的实现方式，在第三种可能的实现方式中，实际的切割参数包括两个直角的实际角度值和/或两个直角的边缘之间的距离。
[0010]结合上述可能的实现方式，在第四种可能的实现方式中，实际的切割参数包括切割量。
[0011]结合上述可能的实现方式，在第五种可能的实现方式中，第二次切割包括切割两个直角以形成第四平面和第五平面。
[0012]结合上述可能的实现方式，在第六种可能的实现方式中，实际的切割参数包括第四平面分别与第一平面和第二平面之间的夹角，第五平面分别与第一平面和第三平面之间的夹角。
[0013]结合上述可能的实现方式，在第七种可能的实现方式中，实际的切割参数包括相邻夹角的边缘的距离。
[0014]结合上述可能的实现方式，在第八种可能的实现方式中，实际的切割参数包括切割量。
[0015]结合上述可能的实现方式，在第九种可能的实现方式中，其特征在于，通过三维扫描仪扫描的方式建立切割后样本的数字三维模型。
[0016]结合上述可能的实现方式，在第十种可能的实现方式中，比对切割前数字三维模型和切割后样本的数字三维模型，包括：将切割前数字三维模型与切割后样本的数字三维模型叠加在一起，提取切割后样本的数字三维模型的切割参数并与切割前数字三维模型中规划的切割方案的切割参数比对。
[0017]本公开中，通过对切割后的模型样本进行数字三维化，可以更方便地以基本相同的方法手段对切割后的特征的参数进行测量，数据测量更准确合理，可以大大减小随机误差对精度/误差的影响。另外，模型样本可以由模具制造，其表面轮廓形状结构和材质是比较均一的，配准和切割过程中的不确定变量更少，有利于数据统计。
附图说明
[0018]为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图作简单的介绍，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0019]图1为对手术机器人系统的切割精度进行检测时的场景示意图；
[0020]图2为以胫骨模型为样本时对切割面指示的内外翻角误差测量示意图；
[0021]图3为以胫骨模型为样本时对切割面指示的前后倾角误差测量示意图；
[0022]图4为以胫骨模型为样本时对切割量误差的测量示意图；
[0023]图5为以股骨模型为样本时对切割面指示的内外翻角误差测量示意图；
[0024]图6为以股骨模型为样本时对切割面指示的前后倾角误差测量示意图；
[0025]图7为以股骨模型为样本时对切割面指示的内外旋角误差测量示意图；
[0026]图8为以股骨模型为样本时对切割面指示的切割量误差测量示意图；
[0027]图9为以股骨模型为样本时对后髁的切割面指示的切割量误差测量示意图；
[0028]图10为以股骨模型为样本时对切割角度误差测量示意图；
[0029]图11以股骨模型为样本时对切割面交线间距误差测量示意图；
[0030]图12为以股骨模型为样本时对切割角度误差测量示意图；
[0031]图13为以股骨模型为样本时对切割面交线之间角度误差测量示意图；
[0032]图14为以股骨模型为样本时对切割面交线之间角度误差测量示意图；
[0033]图15为以股骨模型为样本时对切割面交线之间角度误差测量示意图。
[0034]其中：
[0035]110
‑
机械臂，120
‑
电动摆锯，131
‑
机械臂示踪器，132
‑
股骨示踪器，133
‑
胫骨示踪器，200
‑
定位器，300
‑
样本固定装置；
[0036]a
‑
股骨模型，b
‑
胫骨模型；
[0037]10
‑
切割前胫骨数字三维模型，11
‑
胫骨切割面；10a
‑
切割后胫骨数字三维模型；
[0038]12、12a
‑
法线；13、13a
‑
法线；14、14a
‑
线，19、19a
‑
线；20
‑
切割前股骨数字三维模型，20a、20b
‑
切割后股骨数字三维模型；21
‑
规划的切割面，22、22a
‑
法线；25、25a、26、26a、28、28a、29、29a...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种手术机器人系统切割精度验证方法，其特征在于，包括：S10、建立切割前样本的数字三维模型，在数字三维模型上规划切割方案以获得切割前数字三维模型；S20、对所述切割前数字三维模型和所述切割前样本进行配准；S30、由所述机器人按照所述切割前数字三维模型中的切割方案对所述切割前样本进行切割获得切割后样本，建立切割后样本的数字三维模型；S40、比对切割前数字三维模型和所述切割后样本的数字三维模型，获得实际的切割参数；S50、比较所述实际的切割参数和规划的切割方案中的切割参数，获得切割误差。2.根据权利要求1所述的手术机器人系统切割精度验证方法，其特征在于，S30包括：由所述机器人按照所述切割前数字三维模型中的切割方案对所述切割前样本进行两次切割，获得第一切割后样本和第二切割后样本，并建立基于所述第一切割后样本的第一数字三维模型和基于所述第二切割后样本的第二数字三维模型；S40包括：比对所述切割前数字三维模型与所述第一数字三维模型和所述第二数字三维模型，获得两组实际的切割参数。3.根据权利要求2所述的手术机器人系统切割精度验证方法，其特征在于，所述切割方案中，第一次切割包括切割出第一平面、第二平面和第三平面，所述第二平面和所述第三平面垂直于所述第一平面以形成两个直角。4.根据权利要求3所述的手术机器人系统切割精度验证方法，其特征在于，所述实际...

【专利技术属性】
技术研发人员：李书纲，
申请(专利权)人：北京和华瑞博科技有限公司，
类型：发明
国别省市：