导航精度测量装置的制作方法

1.本公开涉及医疗器械技术领域，具体地，涉及一种导航精度测量装置。


背景技术：

2.目前，当器械需要对对象的不可见部位进行操作时，需要借助器械导航系统，通过影像的方式对对象的目标部位和器械进行显示，并根据显示的目标部位的位置和器械的位置，辅助器械对目标位置进行操作。
3.通常在影像中，当器械的工作位置和目标部位的目标位置重合时，表示器械到达目标部位的实际位置，器械可在该实际位置执行操作。
4.相关技术中，手术导航系统对器械的导航存在一定的误差，造成在影像中虽然器械的工作位置和对象的目标位置重合，但在实际物理空间中，器械的工作位置和对象的目标位置并不能重合。因此，系统导航的精度是对手术导航系统重要的一项评价指标，对于机器人辅助导航系统，其精度的衡量具有业内的推荐标准，而对于无机器人的纯导航系统，其精度的衡量有指定f2554的标准。但是该标准没有考虑到图像因素带来的影响，无法有效的衡量导航系统的精度。因此在计量方面，如何准确、全面的评价手术导航系统对器械的导航精度亟待解决。


技术实现要素：

5.本公开的目的是提供一种导航精度测量装置，该导航精度测量装置能够准确、直观地测量导航系统对器械的导航精度，以至少部分地解决相关技术中存在的上述问题。
6.为了实现上述目的，本公开提供一种导航精度测量装置，用于测量导航系统对器械的导航精度，所述导航精度测量装置包括：检测模体，该检测模体上设置有第一跟踪器和目标位置，所述检测模体的三维模型预先导入所述导航系统中，所述第一跟踪器用于被所述导航系统的导航相机识别，以在所述导航系统中构建所述检测模体的三维模型的图像和姿态，使得所述导航系统的显示器中形成所述目标位置的影像；和器械模体，该器械模体上设置有第二跟踪器和工作位置，所述器械模体的器械三维模型预先导入所述导航系统中，所述第二跟踪器用于被所述导航相机识别，以在所述导航系统中构建所述器械模体的三维模型的图像和姿态，使得所述显示器中形成所述工作位置的影像；其中，所述器械模体用于可操作地使所述工作位置与所述目标位置重合，以通过所述显示器中所述目标位置的影像与所述工作位置的影像之间的误差确定所述导航系统对所述器械的导航精度。
7.可选地，所述检测模体包括基体，所述基体上设置有目标结构，所述目标位置形成在所述目标结构上，所述器械模体包括本体，所述本体上设置有工作结构，所述工作位置形成在所述工作结构上，所述工作结构用于与所述目标结构相配合，以使所述工作位置与所述目标位置重合。
8.可选地，所述目标结构的数量为多个，且多个所述目标结构间隔地设置。
9.可选地，所述目标位置包括第一目标位置，该第一目标位置为目标点，所述工作位
置包括用于与所述第一目标位置重合的第一工作位置，该第一工作位置为工作点，所述目标点与所述工作点重合时，所述第一目标位置的影像和所述第一工作位置的影像之间的距离的值为所述导航精度。
10.可选地，所述目标结构上设置有球体，所述目标点位于所述球体的球心上，所述工作结构背离所述主体的一端的端面上设置有用于与所述球体相配合的第一圆柱形凹槽，该第一圆柱形凹槽的深度等于所述球体的半径，所述第一圆柱形凹槽的直径等于所述球体的直径，所述工作点位于所述第一圆柱形凹槽的中心轴线与所述工作结构的端面所在平面的交点上。
11.可选地，所述目标位置包括第二目标位置，该第二目标位置为目标线，所述工作位置包括用于与所述第二目标位置重合的第二工作位置，该第二工作位置为工作线，所述目标线与所述工作线重合时，所述第二目标位置的影像的两个端点各自与所述第二工作位置的影像之间的直线距离形成两个值，所述第二工作位置的影像的两个端点各自与所述第二目标位置的影像之间的距离形成另外两个值，所述两个值和/或所述另外两个值为所述导航精度。
12.可选地，所述目标结构上设置有第二圆柱形凹槽，所述目标线位于所述第二圆柱形凹槽的中心轴线上，所述工作结构构造为圆杆，所述圆杆的至少部分杆体用于插入到所述第二圆柱形凹槽中且插入的部分杆体的外侧壁贴合于所述第二圆柱形凹槽的内侧壁，所述工作线位于所述圆杆的中心轴线上。
13.可选地，所述目标位置包括第三目标位置，该第三目标位置为目标面，所述工作位置包括用于与所述第三目标位置重合的第三工作位置，该第三目标位置为工作面，所述目标面与所述工作面重合时，所述第三目标位置的影像中至少三个任意不同位置的点各自与第三工作位置的影像之间的直线距离形成至少三个值，所述第三工作位置的影像中至少三个任意不同位置的点各自与所述第三目标位置的影像之间的直线距离形成另外至少三个值，所述至少三个值和/或所述另外至少三个值为所述导航精度。
14.可选地，所述目标位置包括第三目标位置，该第三目标位置为目标面，所述工作位置包括用于与所述第三目标位置重合的第三工作位置，该第三目标位置为工作面，所述目标面与所述工作面重合时，所述第三目标位置的影像所在面的法线与所述第三工作位置的影像所在面的法线之间的夹角为所述导航精度。
15.可选地，所述目标结构上设置有容纳槽，该容纳槽的内侧壁上具有第一平面，所述目标面位于所述第一平面上，所述工作结构具有用于插入到所述容纳槽中的配合结构，该配合结构具有用于与所述第一平面贴合的第二平面，所述工作面位于所述第二平面上。
16.通过上述技术方案，即本公开提供的导航精度测量装置，将器械模体上的工作位置与检测模体上的目标位置重合，并通过导航系统的显示器中的目标位置的影像和工作位置的影像之间的误差确定该导航系统对器械的导航精度。
17.具体的工作中，导航系统中预先导入检测模体的三维模型和器械模体的三维模型，并通过导航系统中的导航相机识别第一跟踪器和第二跟踪器，以在导航系统中构建检测模体的三维模型和器械模体的三维模型的图像和姿态，进而可在显示器中形成目标位置的影像和工作位置的影像，然后将器械模体上的工作位置与检测模体上的目标位置重合，通过显示器中目标位置的影像和工作位置的影像之间的误差来确定导航系统对器械的导
航精度。此外，测量得出的导航精度还可以与预设的导航精度相比较，以确定该导航系统的导航精度是否合格。因此，本公开提供的导航精度测量装置能够准确、直观地测量导航系统对器械的导航精度，适宜推广应用。
18.本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
19.附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。在附图中：
20.图1是本公开示例性实施方式中提供的导航精度测量装置的立体图；
21.图2是本公开示例性实施方式中提供的导航精度测量装置的侧视图；
22.图3是图2中a-a位置的截面图；
23.图4是图3中b位置的局部放大示意图；
24.图5是本公开示例性实施例三中提供的导航精度测量装置的第三目标位置与第三工作位置相配合的结构示意图。
25.附图标记说明
26.1-检测模体；110-基体；111-第一安装面；112-第二安装面；120-目标结构；121-球体；122-第二圆柱形凹槽；123-容纳槽；2-第一跟踪器；3-器械模体；310-本体；320-工作结构；321-第一圆柱形凹槽；322-圆杆；323-配合结构；324-第二平面；4-第二跟踪器；5-第一目标位置；6-第一工作位置；7-第二目标位置；8-第二工作位置。
具体实施方式
27.以下结合附图对本公开的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开，并不用于限制本公开。
28.在本公开中，在未作相反说明的情况下，“内、外”是指相对于部件或结构本身轮廓的内、外。此外，需要说明的是，所使用的术语如“第一、第二”等是为了区别一个要素和另一个要素，不具有顺序性和重要性。另外，在参考附图的描述中，不同附图中的同一标记表示相同的要素。
29.在本公开的具体实施方式中，提供一种导航精度测量装置，用于测量导航系统对器械的导航精度。参考图1至图5所示，导航精度测量装置包括：检测模体1，该检测模体1上设置有第一跟踪器2和目标位置，检测模体1的三维模型预先导入导航系统中，第一跟踪器2用于被导航系统的导航相机识别，以在导航系统中构建检测模体1的三维模型的图像和姿态，使得导航系统的显示器中形成目标位置的影像；和器械模体3，该器械模体3上设置有第二跟踪器4和工作位置，器械模体3的器械三维模型预先导入导航系统中，第二跟踪器4用于被导航相机识别，以在导航系统中构建器械模体3的三维模型的图像和姿态，使得显示器中形成工作位置的影像；其中，器械模体3用于可操作地使工作位置与目标位置重合，以通过显示器中目标位置的影像与工作位置的影像之间的误差确定导航系统对器械的导航精度。
30.通过上述技术方案，即本公开提供的导航精度测量装置，将器械模体3上的工作位置与检测模体1上的目标位置重合，并通过导航系统的显示器中的目标位置的影像和工作位置的影像之间的误差确定该导航系统对器械的导航精度。
31.具体的工作中，导航系统中预先导入检测模体1的三维模型和器械模体3的三维模型，并通过导航系统中的导航相机识别第一跟踪器2和第二跟踪器4，以在导航系统中构建检测模体1的三维模型和器械模体3的三维模型的图像和姿态，进而可在显示器中形成目标位置的影像和工作位置的影像，然后将器械模体3上的工作位置与检测模体1上的目标位置重合，通过显示器中目标位置的影像和工作位置的影像之间的误差来确定导航系统对器械的导航精度。此外，测量得出的导航精度还可以与预设的导航精度相比较，以确定该导航系统的导航精度是否合格。因此，本公开提供的导航精度测量装置能够准确、直观地测量导航系统对器械的导航精度，适宜推广应用。
32.其中，导航系统可以是手术导航系统，用于引导术者操作手术器械，本公开提供的导航精度测量装置用于测量该手术导航系统对手术器械的导航精度。预设的导航精度可以根据实际应用需求进行设定，可以是值或范围，测量得出的导航精度如果小于预设的导航精度的值或者在预设的导航精度的范围内，则该导航系统对器械的导航精度合格，满足使用要求，反之，则不合格。
33.在一些实施方式中，参考图1所示，检测模体1包括基体110，基体110上设置有目标结构120，目标位置形成在目标结构120上，器械模体3包括本体310，本体310上设置有工作结构320，工作位置形成在工作结构320上，工作结构320用于与目标结构120相配合，以使工作位置与目标位置重合。这样，通过工作结构320和目标结构120的相互配合，能够使工作位置准确地与目标位置重合，进而能够提高导航精度测量装置的准确性。其中，基体110和本体310可以构造为任意合适的形状，本公开在此不作具体限定。
34.为了进一步提高本公开的测量准确性，在一些具体的实施方式中，参考图1所示，目标结构120的数量为多个，且多个目标结构120间隔地设置。这样，工作结构320可以依次与多个目标结构120相配合，以使得工作位置依次与多个目标位置相配合，进而可以得出在多个目标位置处的导航精度的测量结果，通过综合处理该多个测量结果，例如可以取该多个测量结果的平均值，能够使本公开提供的导航精度测量装置的测量结构更准确、客观。
35.在一些实施方式中，参考图1和图2所示，基体110的顶面包括呈平面的第一安装面111和倾斜于第一安装面111的延伸方向的第二安装面112，第一安装面111和第二安装面112上均设置有一个或多个目标结构120。这样，通过在不同的安装面上设置一个或多个目标结构120，可以使多个目标位置分散在基体110所处的三维空间内不同的位置，通过根据该多个目标位置得出的测量结果更加准确、全面。
36.第二安装面112可以以任意合适的方式构造，例如，第二安装面112的数量可以为多个，且每个第二安装面112与第一安装面111之间的夹角均不相同；或者，如图1所示，多个第二安装面112平分为两组，该两组第二安装面112对称设置在第一安装面111的相对两侧，且每组第二安装面112中每个第二安装面112与第一安装面111之间夹角均不相同。这样，通过设置不同倾斜角度的第二安装面112，使得目标位置在三维空间中更分散，有利于提高测量结果的准确性。
37.考虑到器械的实际工作位置可能是多样的，例如，手术导航系统中，手术器械的工作位置可能是点、线或面，因此为了进一步使得本公开的测量结果更加准确、客观，针对器械模体3的工作位置为点、线或面的情况，可根据下述提供的三个实施例来分别测量导航系统对器械的导航精度。
38.在实施例一中，目标位置包括第一目标位置5，该第一目标位置5为目标点，工作位置包括用于与第一目标位置5重合的第一工作位置6，该第一工作位置6为工作点，目标点与工作点重合时，第一目标位置5的影像和第一工作位置6的影像之间的距离的值为导航精度。这样，操作器械模体3使工作点和目标点重合，通过手术导航系统计算其显示器中第一目标位置5的影像和第一工作位置6的影像之间的距离，该距离的值为导航系统对器械的导航误差的大小，即为导航系统对器械的导航精度，通过与设定的导航精度相比，即可判别该导航系统的导航精度是否满足要求。
39.当第一目标位置5和第一工作位置6均为点时，目标结构120和工作结构320可以以任意合适的方式构造，例如，在一些实施方式中，参考图4所示，目标结构120上设置有球体121，目标点位于球体121的球心上，工作结构320背离主体310的一端的端面上设置有用于与球体121相配合的第一圆柱形凹槽321，该第一圆柱形凹槽321的深度等于球体121的半径，第一圆柱形凹槽321的直径等于球体121的直径，工作点位于第一圆柱形凹槽321的中心轴线与工作结构320的端面所在平面的交点上。这样，将球体121置于第一圆柱形凹槽321内时，就可以使得工作点和目标点重合，进而就可以通过工作点的影像和目标点的影像来计算出导航精度。在另一些实施方式中，目标结构120上设置有球体121，目标点位于球体121的球心上，工作结构320上设置有与球体121的直径相等的半球形凹槽，工作点位于该半球形凹槽的球心上。这样，将球体121置于半球形凹槽内，也可以使得工作点和目标点重合。
40.在实施例二中，目标位置包括第二目标位置7，该第二目标位置7为目标线，工作位置包括用于与第二目标位置7重合的第二工作位置8，该第二工作位置8为工作线，目标线与工作线重合时，第二目标位置7的影像的两个端点各自与第二工作位置8的影像之间的直线距离形成两个值，第二工作位置8的影像的两个端点各自与第二目标位置7的影像之间的距离形成另外两个值，所述两个值和/或所述另外两个值为导航精度。这样，操作器械模体3使工作线和目标线重合，可以对得到的上述两个值和/或上述另外两个值进行评估，包括但不限于最大值、均值、标准差和置信区间，该评估结果均可以用来表示导航系统对器械的导航误差，即均可以为导航精度，通过与设定的导航精度相比，即可判别该导航系统的导航精度是否满足要求。
41.当第二目标位置7和第二工作位置8均为线时，目标结构120和工作结构320可以以任意合适的方式构造，例如，在一些实施方式中，参考图3所示，目标结构120上设置有第二圆柱形凹槽122，目标线位于第二圆柱形凹槽122的中心轴线上，工作结构320构造为圆杆322，圆杆322的至少部分杆体用于插入到第二圆柱形凹槽122中且插入的部分杆体的外侧壁贴合于第二圆柱形凹槽122的内侧壁，工作线位于圆杆322的中心轴线上。这样，将圆杆322直接插入到第二圆柱形凹槽122中即可以使得工作线与目标线重合，操作简单便捷，且因工作线与目标线的高度重合，可以提高本公开的测量准确性。其中，目标线可以为根据实际应用需求截取的第一圆柱形凹槽122的中心轴线的任意一部分线段，例如，目标线可以为该中心轴线位于第一圆柱形凹槽122内的线段(参考图3中第一圆柱形凹槽122内的虚线段)，工作线为圆杆322插入到第一圆柱形凹槽122内时与目标线完全重合的线段(参考图3中圆杆322上的虚线段)。
42.在一些具体的实施方式中，器械模体3的本体310可以构造为与圆杆322同轴连接的手柄，以便于操作人员握持手柄移动器械模体3，第二跟踪器4设置在该手柄上，以避免影
响工作位置与目标位置的重合。
43.在一些实施方式中，参考图3和图4所示，上述实施例一所述的球体121可以设置在第二圆柱形凹槽122的底壁上，相应的，第一圆柱形凹槽321可以设置在圆杆322用于插入到第二圆柱形凹槽122内的一端。这样，通过此种方式，既可以测量工作位置和目标位置为点时的导航精度，又可以测量工作位置和目标位置为线时的导航精度，可根据实际应用需求选择性测量，操作更加简单便捷。
44.在实施例二提供的具体实施方式中，工作结构120可拆卸地连接于基体110，以便于检测模体1的制备和装配。例如，基体110上设置有用于可拆卸地安装工作结构120的安装槽113，工作结构120可以构造为具有外螺纹的圆柱体，该圆柱体螺纹连接于安装槽113，其中，第二圆柱形凹槽122同轴开设在该圆柱体上。这样，通过螺纹连接的方式，可以将工作结构120可拆卸地连接于基体110。
45.在实施例三中，目标位置包括第三目标位置，该第三目标位置为目标面，工作位置包括用于与第三目标位置重合的第三工作位置，该第三目标位置为工作面，目标面与工作面重合时，第三目标位置的影像中至少三个任意不同位置的点各自与第三工作位置的影像之间的直线距离形成至少三个值，第三工作位置的影像中至少三个任意不同位置的点各自与第三目标位置的影像之间的直线距离形成另外至少三个值，所述至少三个值和/或所述另外至少三个值为导航精度。这样，操作器械模体3使工作面和目标面重合，可以对得到的上述至少三个值和/或上述另外至少三个值进行评估，包括但不限于最大值、均值、标准差和置信区间，该评估结果均可以用来表示导航系统对器械的导航误差，即均可以为导航精度，通过与设定的导航精度相比，即可判别该导航系统的导航精度是否满足要求。其中，在第三目标位置的影像上或第三工作位置的影像上选取的点越多，得到的导航误差范围越准确，即测量的导航精度越准确。
46.在一些具体的实施方式中，在选取第三目标位置的影像上的至少三个点时或在选取第三工作位置的影像上的至少三个点时，可优选第三目标位置的影像边缘上的至少三个不同位置的点或第三工作位置的影像边缘上的至少三个不同位置的点，这样，可以提高得到的导航误差范围的准确性，即提高测量的导航精度的准确性。
47.在目标位置和工作位置为面时，为了便于使用导航系统的人员理解导航精度，例如，为了便于使用手术导航系统的术者或医疗人员理解导航精度，本公开在上述实施例三中根据至少六个距离的值得到的导航精度的基础上，还可以以角度的形式来表示导航精度，例如，目标位置包括第三目标位置，该第三目标位置为目标面，工作位置包括用于与第三目标位置重合的第三工作位置，该第三目标位置为工作面，目标面与工作面重合时，第三目标位置的影像所在面的法线与第三工作位置的影像所在面的法线之间的夹角为导航精度。这样，可以通过导航系统计算出第三目标位置的影像所在面的法线与第三工作位置的影像所在面的法线之间的夹角，即为工作面的影像所在面与目标面的影像所在面之间的夹角，以此夹角的值来表示导航精度，与上述实施例三中通过距离的值来表示导航精度相结合，便于不同的人员理解。
48.在第三目标位置和第三工作位置均为面时，目标结构120和工作结构320可以以任意合适的方式构造，例如，参考图5所示，目标结构120上设置有容纳槽123，该容纳槽123的内侧壁上具有第一平面，目标面位于第一平面上，工作结构320具有用于插入到容纳槽123
中的配合结构323，该配合结构323具有用于与第一平面贴合的第二平面324，工作面位于第二平面324上。这样，通过将配合结构323插入到容纳槽123中，使第一平面和第二平面324贴合，进而使得工作面和目标面重合，然后根据工作面的影像和目标面的影像计算导航精度。
49.在一些具体的实施方式中，容纳槽123可以构造为矩形凹槽，目标面为该矩形凹槽内的其中一个呈平面的内侧壁，配合结构323可以构造为与矩形凹槽相配合的矩形板，工作面为矩形板插入到矩形凹槽内时与目标面重合的一面。这样，通过矩形板与矩形凹槽的定位匹配，可以使得目标面和工作面高度重合，有利于提高本公开导航精度测量装置的准确性。
50.以上结合附图详细描述了本公开的优选实施方式，但是，本公开并不限于上述实施方式中的具体细节，在本公开的技术构思范围内，可以对本公开的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本公开的保护范围。
51.另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。
52.此外，本公开的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本公开的思想，其同样应当视为本公开所公开的内容。