一种精度检测装置、穿刺设备和精度检测方法

1.本文涉及医疗设备技术领域，更具体地，涉及一种精度检测装置、一种穿刺设备和一种精度检测方法。


背景技术：

2.目前，将机器人应用到手术穿刺领域的案例越来越多，利用机器人辅助定位穿刺手术能极大的提高穿刺精度。
3.市场上的机器人在出厂的时候给出的都是重复定位精度的参数，而实际医疗手术机器人运用的都是机器人上穿刺针的绝对定位精度，这个精度厂家不会给出详细的数值，需要实际测量得到。如何获得机器人上穿刺针的绝对定位精度，是本领域技术人员亟需解决的技术难题。


技术实现要素：

4.本发明实施例提供了一种精度检测装置，能够更准确地获得机器人上穿刺针的绝对定位精度。
5.本发明实施例提供的精度检测装置，用于检测机器人上穿刺针的穿刺精度；包括：具有多层穿针孔的穿针模块，不同层的所述穿针孔位置相对应，所述穿针模块通过所述穿针孔检测所述穿刺针的位置误差和姿态误差；具有位置调节模块和角度调节模块的组合模块，所述穿针模块安装在所述组合模块上，所述位置调节模块用于调节所述穿针孔的位置，所述角度调节模块用于调节所述穿针孔的姿态；和定位模块，安装在所述组合模块或所述穿针模块上，用于辅助确定所述穿针孔的位置和姿态。
6.在一示例性实施例中，所述穿针模块包括：多层穿针板，任一层所述穿针板上均设置有所述穿针孔，且不同层的所述穿针板上的所述穿针孔的轴线重合。
7.在一示例性实施例中，首层的所述穿针板上的所述穿针孔的直径为1.00a～1.10a，其它层的所述穿针板上的所述穿针孔的直径为1.20a～1.40a，a为穿刺针的直径。
8.在一示例性实施例中，多层所述穿针板为3～6层所述穿针板，任一层所述穿针板上均设置有多个所述穿针孔，不同层的所述穿针板上相对应的所述穿针孔的轴线重合。
9.在一示例性实施例中，所述定位模块为光学定位标记模块。
10.在一示例性实施例中，所述位置调节模块包括：第一位置调节模块，所述穿针模块安装在所述第一位置调节模块上，所述第一位置调节模块安装在所述角度调节模块上；和第二位置调节模块，所述角度调节模块安装在所述第二位置调节模块上。
11.在一示例性实施例中，所述第一位置调节模块为三维位置微调模块，所述第二位置调节模块为主调模块，所述三维位置微调模块的调节精度高度所述主调模块的调节精度。
12.在一示例性实施例中，所述角度调节模块包括：垂直旋转调节模块，所述第一位置调节模块安装在所述垂直旋转调节模块上；和水平旋转调节模块，所述垂直旋转调节模块
安装在所述水平旋转调节模块上，所述水平旋转调节模块安装在所述第二位置调节模块上。
13.本发明提供的穿刺设备，包括上述任一实施例所述的精度检测装置。
14.本发明提供的精度检测方法，包括：
15.根据定位模块、位置调节模块和角度调节模块将穿针孔移动至第一基准位置、并调节至第一基准姿态；
16.将穿刺针调节至对应于第一基准姿态的第一实际姿态、并移动至对应于首层穿针孔的第一基准位置的第一实际位置；
17.通过位置调整模块对穿针孔的位置进行微调，使穿刺针自首层穿针孔逐层向下进行穿刺，通过微调的数据获得穿刺针的位置误差，通过穿过的穿针孔的层数获得穿刺针的姿态误差。
18.在一示例性实施例中，通过三维位置微调模块对穿针孔的位置进行微调。
19.本发明实施例提供的精度检测装置，通过检测出机器人上穿刺针的位置误差和姿态误差来得到机器人上穿刺针的绝对定位精度，能够有效提升穿刺手术的穿刺精度。
20.本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
21.附图用来提供对本发明技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本技术的实施例一起用于解释本发明的技术方案，并不构成对本发明技术方案的限制。
22.图1为本发明一实施例所述的精度检测装置的立体结构示意图；
23.图2为机器人与图1所示精度检测装置进行穿刺针精度检测时的结构示意图
24.图3为图2中穿刺针在穿针模块上进行穿刺时的剖视结构示意图。
25.其中，图1至图3中附图标记与部件名称之间的对应关系为：
26.10机器人，100穿刺针，20精度检测装置，200穿针模块，210穿针板，211穿针孔，300光学定位标记模块，410三维位置微调模块，420主调模块，510垂直旋转调节模块，520水平旋转调节模块，600锁紧旋钮。
具体实施方式
27.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本发明的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。
28.如图1至图3所示，本发明实施例提供的精度检测装置20，用于检测机器人10上穿刺针100的穿刺精度；包括：具有多层穿针孔211的穿针模块200，不同层的穿针孔211位置相对应，穿针模块200通过穿针孔211检测穿刺针100的位置误差和姿态误差(姿态误差即：角度误差)；具有位置调节模块和角度调节模块的组合模块，穿针模块200安装在组合模块上，位置调节模块用于调节穿针孔211的位置，角度调节模块用于调节穿针孔211的姿态(即：穿针孔211的轴线角度)；和定位模块，安装在组合模块或穿针模块200上，用于辅助确定穿针
孔211的位置和姿态。
29.该精度检测装置20，通过检测出机器人10上穿刺针100的位置误差和姿态误差来得到机器人10上穿刺针100的绝对定位精度，能够有效提升穿刺手术的穿刺精度。
30.参照图1至图3所示，具体精度检测方法为：
31.首先，根据定位模块、位置调节模块和角度调节模块将穿针孔211移动至第一基准位置、并调节至第一基准姿态；
32.其次，将穿刺针100调节至对应于第一基准姿态的第一实际姿态、并移动至对应于首层穿针孔211的第一基准位置的第一实际位置，此时穿刺针100朝向首层穿针孔211；
33.再者，通过位置调整模块对穿针孔211的位置进行微调，使穿刺针100自首层穿针孔211(图3中最上层的穿针孔211)逐层向下进行穿刺，通过微调的数据即可得到穿刺针100的位置误差，通过穿过的穿针孔211的层数(参见图3)即可得到穿刺针100的姿态误差。
34.其中，如果位置调整模块未对穿针孔211的位置进行微调，穿刺针100就可正常穿过首层穿针孔211，则说明位置误差在手术允许的范围内，此时通过穿过的穿针孔211的层数即可得到穿刺针100的姿态误差。如果位置调整模块未对穿针孔211的位置进行微调，穿刺针100无法正常穿过首层穿针孔211，则说明位置误差未在手术允许的范围内，需要先通过位置调整模块对穿针孔211的位置进行微调，确保穿刺针100能够正常穿过首层穿针孔211，通过微调的数据即可得到穿刺针100的位置误差，通过穿过的穿针孔211的层数即可得到穿刺针100的姿态误差。
35.示例地，如图1至图3所示，穿针模块200包括：多层穿针板210，任一层穿针板210上均设置有多个穿针孔211，且不同层的穿针板210上相对应的穿针孔211的轴线重合。其中，首层的穿针板210上的穿针孔211的直径为1.00a～1.10a(可以是1.05a)，其它层的穿针板210上的穿针孔211的直径为1.20a～1.40a(可以是1.30a)，a为穿刺针100的直径，a为10g～20g，g为gauge线规规格，穿刺针100外径的极限偏差为
±
0.01mm。在保证穿刺针100能穿过的情况下，穿针孔211的孔径越小，测量的精度越高，首层的穿针孔211的直径设计的比较小，主要用来检测位置误差，其它层的穿针孔211的直径略大些，主要用来检测姿态误差。
36.其中，多层穿针板210设置为3～6层，如3层、4层、5层或6层等，均可实现本技术的目的，其宗旨未脱离本发明的设计思想，在此不再赘述，均应属于本技术的保护范围内。
37.在一示例性实施例中，如图1所示，定位模块为光学定位标记模块300，光学定位标记模块300采用光学球进行辅助确定穿针孔211的位置和姿态(也就是穿针模块200的位置和姿态)。
38.在一示例性实施例中，如图1所示，位置调节模块包括第一位置调节模块和第二位置调节模块，角度调节模块包括垂直旋转调节模块510和水平旋转调节模块520，第一位置调节模块、第二位置调节模块、垂直旋转调节模块510和水平旋转调节模块520之间的组装关系本领域的技术人员可以根据需要进行合理设定，均可实现本技术的目的，其宗旨未脱离本发明的设计思想，在此不再赘述，均可实现本技术的保护范围内。
39.在一示例中，如图1所示，穿针模块200安装在第一位置调节模块上，第一位置调节模块安装在垂直旋转调节模块510上，垂直旋转调节模块510安装在水平旋转调节模块520上，水平旋转调节模块520安装在第二位置调节模块上。其中，第一位置调节模块设置为三维位置微调模块410(三维位置微调模块410上设置有千分尺手轮，通过千分尺手轮对三维
位置微调模块410进行调节)，第二位置调节模块设置为进行水平位置调节(也可以是三维位置调节)的主调模块420，三维位置微调模块410的调节精度高度主调模块420的调节精度。在对穿刺针100进行精度检测时，根据定位模块(、三维位置微调模块410)和主调模块420将穿针孔211移动至第一基准位置，根据定位模块、垂直旋转调节模块510和水平旋转调节模块520将穿针孔211调节至第一基准姿态，通过三维位置微调模块410对穿针孔211的位置进行微调，以确保穿刺针100能够顺利穿过首层穿针孔211。
40.示例地，如图1所示，垂直旋转调节模块510和水平旋转调节模块520上均设置有锁紧旋钮600，位于上方的锁紧旋钮600用于锁紧和解锁垂直旋转调节模块510，位于下方的锁紧旋钮600用于锁紧和解锁水平旋转调节模块520。
41.本发明提供的穿刺设备(图中未示出)，包括上述任一实施例所述的精度检测装置20。该穿刺设备，可以更准确地进行穿刺手术。
42.本发明提供的精度检测方法(图中未示出)，包括：
43.首先，根据定位模块、位置调节模块和角度调节模块将穿针孔211移动至第一基准位置、并调节至第一基准姿态；
44.将穿刺针100调节至对应于第一基准姿态的第一实际姿态、并移动至对应于首层穿针孔211的第一基准位置的第一实际位置；
45.通过位置调整模块对穿针孔211的位置进行微调，使穿刺针100自首层穿针孔211逐层向下进行穿刺，通过微调的数据获得穿刺针100的位置误差，通过穿过的穿针孔211的层数获得穿刺针100的姿态误差。
46.步骤“根据定位模块、位置调节模块和角度调节模块将穿针孔211移动至第一基准位置、并调节至第一基准姿态”中：根据定位模块(、三维位置微调模块410)和主调模块420将穿针孔211移动至第一基准位置，根据定位模块、垂直旋转调节模块510和水平旋转调节模块520将穿针孔211调节至第一基准姿态。
47.步骤“通过位置调整模块对穿针孔211的位置进行微调，使穿刺针100自首层穿针孔211逐层向下进行穿刺，通过微调的数据获得穿刺针100的位置误差，通过穿过的穿针孔211的层数获得穿刺针100的姿态误差”中：如果位置调整模块未对穿针孔211的位置进行微调，穿刺针100就可正常穿过首层穿针孔211，则说明位置误差在手术允许的范围内，此时通过穿过的穿针孔211的层数即可得到穿刺针100的姿态误差。如果位置调整模块未对穿针孔211的位置进行微调，穿刺针100无法正常穿过首层穿针孔211，则说明位置误差未在手术允许的范围内，需要先通过位置调整模块对穿针孔211的位置进行微调，确保穿刺针100能够正常穿过首层穿针孔211，通过微调的数据即可得到穿刺针100的位置误差，通过穿过的穿针孔211的层数即可得到穿刺针100的姿态误差。
48.步骤“通过位置调整模块对穿针孔211的位置进行微调”中，通过三维位置微调模块410对穿针孔211的位置进行微调，以确保穿刺针100能够顺利穿过首层穿针孔211。
49.综上所述，本发明实施例提供的精度检测装置，通过检测出机器人上穿刺针的位置误差和姿态误差来得到机器人上穿刺针的绝对定位精度，能够有效提升穿刺手术的穿刺精度。
50.在本发明中的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“一侧”、“另一侧”、“一端”、“另一端”、“边”、“相对”、“四角”、“周边”、
““
口”字结构”等指示的方位或位置关系为基于附
图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的结构具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
51.在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“直接连接”、“间接连接”、“固定连接”、“安装”、“装配”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；术语“安装”、“连接”、“固定连接”可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
52.虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述的内容仅为便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式及细节上进行任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定为准。

技术特征：
1.一种精度检测装置，用于检测机器人上穿刺针的穿刺精度；其特征在于，包括：具有多层穿针孔的穿针模块，不同层的所述穿针孔位置相对应，所述穿针模块通过所述穿针孔检测所述穿刺针的位置误差和姿态误差；具有位置调节模块和角度调节模块的组合模块，所述穿针模块安装在所述组合模块上，所述位置调节模块用于调节所述穿针孔的位置，所述角度调节模块用于调节所述穿针孔的姿态；和定位模块，安装在所述组合模块或所述穿针模块上，用于辅助确定所述穿针孔的位置和姿态。2.根据权利要求1所述的精度检测装置，其特征在于，所述穿针模块包括：多层穿针板，任一层所述穿针板上均设置有所述穿针孔，且不同层的所述穿针板上的所述穿针孔的轴线重合。3.根据权利要求2所述的精度检测装置，其特征在于，首层的所述穿针板上的所述穿针孔的直径为1.00a～1.10a，其它层的所述穿针板上的所述穿针孔的直径为1.20a～1.40a，a为穿刺针的直径。4.根据权利要求2所述的精度检测装置，其特征在于，多层所述穿针板为3～6层所述穿针板，任一层所述穿针板上均设置有多个所述穿针孔，不同层的所述穿针板上相对应的所述穿针孔的轴线重合。5.根据权利要求1至4中任一项所述的精度检测装置，其特征在于，所述定位模块为光学定位标记模块。6.根据权利要求1至4中任一项所述的精度检测装置，其特征在于，所述位置调节模块包括：第一位置调节模块，所述穿针模块安装在所述第一位置调节模块上，所述第一位置调节模块安装在所述角度调节模块上；和第二位置调节模块，所述角度调节模块安装在所述第二位置调节模块上。7.根据权利要求6所述的精度检测装置，其特征在于，所述第一位置调节模块为三维位置微调模块，所述第二位置调节模块为主调模块，所述三维位置微调模块的调节精度高度所述主调模块的调节精度。8.根据权利要求6所述的精度检测装置，其特征在于，所述角度调节模块包括：垂直旋转调节模块，所述第一位置调节模块安装在所述垂直旋转调节模块上；和水平旋转调节模块，所述垂直旋转调节模块安装在所述水平旋转调节模块上，所述水平旋转调节模块安装在所述第二位置调节模块上。9.一种穿刺设备，其特征在于，包括有如权利要求1至8中任一项所述的精度检测装置。10.一种精度检测方法，其特征在于，包括：根据定位模块、位置调节模块和角度调节模块将穿针孔移动至第一基准位置、并调节至第一基准姿态；将穿刺针调节至对应于第一基准姿态的第一实际姿态、并移动至对应于首层穿针孔的第一基准位置的第一实际位置；通过位置调整模块对穿针孔的位置进行微调，使穿刺针自首层穿针孔逐层向下进行穿刺，通过微调的数据获得穿刺针的位置误差，通过穿过的穿针孔的层数获得穿刺针的姿态
误差。11.根据权利要求10所述的精度检测方法，其特征在于，通过三维位置微调模块对穿针孔的位置进行微调。

技术总结
本文提供了一种精度检测装置、穿刺设备和精度检测方法。精度检测装置用于检测机器人上穿刺针的穿刺精度，包括：具有多层穿针孔的穿针模块，不同层的穿针孔位置相对应，穿针模块通过穿针孔检测穿刺针的位置误差和姿态误差；具有位置调节模块和角度调节模块的组合模块，穿针模块安装在组合模块上，位置调节模块用于调节穿针孔的位置，角度调节模块用于调节穿针孔的姿态；和定位模块，安装在组合模块或穿针模块上，用于辅助确定穿针孔的位置和姿态。该精度检测装置，通过检测出机器人上穿刺针的位置误差和姿态误差来得到机器人上穿刺针的绝对定位精度，能够有效提升穿刺手术的穿刺精度。度。度。


技术研发人员：曹剑 李卓 崔枭
受保护的技术使用者：中国医学科学院北京协和医院
技术研发日：2022.12.28
技术公布日：2023/9/23