手术机器人导航定位方法及系统.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN113842213A(43)申请公布日2021.12.28(21)申请号202111035741.XA61B34/00(2016.01)(22)申请日2021.09.03A61B34/30(2016.01)A61B17/15(2006.01)(71)申请人北京长木谷医疗科技有限公司A61F2/46(2006.01)地址100176北京市大兴区北京经济技术G06T19/00(2011.01)开发区荣华南路2号院1号楼22层2201G06T19/20(2011.01)（北京自贸试验区高端产业区亦庄组团）申请人张逸凌(72)发明人张逸凌刘星宇(74)专利代理机构北京知果之信知识产权代理有限公司11541代理人高科李志刚(51)Int.Cl.A61B34/20(2016.01)A61B34/10(2016.01)权利要求书3页说明书16页附图11页(54)发明名称手术机器人导航定位方法及系统(57)摘要本申请公开了一种手术机器人导航定位方法及系统。该方法包括：生成术前规划信息，术前规划信息包括骨骼的三维模型、基于骨骼的三维模型确定的骨骼假体模型；利用假体模型进行预先试验模拟装配。生成术中规划信息，将骨骼的三维模型坐标系与术中患者的骨骼所在的世界坐标系进行配准，得到骨骼实体模型；提高了配准的效率和精度。获取骨骼的关键数据，在骨骼实体模型中可视化显示关键数据；根据当前目标区域的空间位置、机器人的机械臂末端的执行器的空间位置，控制机械臂，以将执行器的运动限定在当前目标区域内。避免偏离目标区域给患者带来误伤。CN113842213ACN113842213A权利要求书1/3页1.一种手术机器人导航定位方法，其特征在于，包括：生成术前规划信息，所述术前规划信息包括骨骼的三维模型、基于骨骼的三维模型确定的骨骼假体模型和基于骨骼假体模型确定的多个目标区域；生成术中规划信息，将骨骼的三维模型坐标系与术中患者的骨骼所在的世界坐标系进行配准，得到骨骼实体模型；获取骨骼的关键数据，在骨骼实体模型中可视化显示关键数据，响应于操作者基于关键数据对骨骼假体模型的调整；基于调整后的骨骼假体模型确定调整后的多个目标区域；响应于操作者从调整后的多个目标区域选定的一个目标区域作为当前目标区域，根据当前目标区域的空间位置、机器人的机械臂末端的执行器的空间位置，控制机械臂，以将执行器的运动限定在当前目标区域内。2.根据权利要求1所述的手术机器人导航定位方法，其特征在于，根据当前目标区域的空间位置、机器人的机械臂末端的执行器的空间位置，控制机械臂，以将执行器的运动限定在当前目标区域内的步骤包括：在执行器运行前，当机械臂运动至骨骼处时，根据跟踪相机获取的机械臂末端上的示踪器、骨骼上的示踪器的当前位置确定执行器、当前目标区域在三维实体模型中的当前空间位置；在三维实体模型中显示将执行器向当前目标区域调整的指示调节信息，以使操作者根据指示调节信息操作机械臂，使机械臂带动执行器运动至当前目标区域的外缘，使执行器与当前目标区域共面。3.根据权利要求1所述的手术机器人导航定位方法，其特征在于，根据当前目标区域的空间位置、机器人的机械臂末端的执行器的空间位置，控制机械臂，以将执行器的运动限定在当前目标区域内的步骤还包括：在执行器与当前目标区域共面之后，在机械臂被操作时，运行所述执行器；启动以虚拟弹簧和阻尼器为模型的笛卡尔阻尼控制模式，机械臂基于多个自由度方向上的各个虚拟弹簧的预设刚度值C和多个自由度方向上执行器相对于当前目标区域的偏移量Δx，输出与被操作方向相反的反馈力F，F＝Δx*C，从而将执行器的运动限定在当前目标区域内。4.根据权利要求3所述的手术机器人导航定位方法，其特征在于，执行器向当前目标区域切入的方向记为进深方向，在当前目标区域内并与切入方向垂直的方向记为横向，与当前目标区域垂直的方向记为垂直方向；偏移量包括进深方向的偏移值、横向的偏移值、垂直方向的偏移值、绕进深方向旋转的偏移值、绕横向旋转的偏移值、绕垂直方向旋转的偏移值；进深方向上的虚拟弹簧的预设刚度值、横向上的虚拟弹簧的预设刚度值的取值范围均为0N/m～500N/m；垂直方向上的虚拟弹簧的预设刚度值的取值范围为4000N/m～5000N/m；以垂直方向为轴旋转方向上的虚拟弹簧的预设刚度值的取值范围为0Nm/rad～20Nm/rad；以进深方向为轴旋转方向上的虚拟弹簧的预设刚度值、以横向为轴旋转方向上的虚拟弹簧的刚度值的取值范围均为200Nm/rad～300Nm/rad。2CN113842213A权利要求书2/3页5.根据权利要求3所述的手术机器人导航定位方法，其特征在于，根据当前目标区域的空间位置、机器人的机械臂末端的执行器的空间位置，控制机械臂，