[发明专利]对诊断和/或治疗操纵器系统的操纵器进行校准的方法

说明书

本发明涉及一种用于对诊断和/或治疗操纵器系统(1)的操纵器(10)进行校准的方法(100)，其中，操纵器系统(1)包括至少一个医学成像装置(50；60)，并且其中，该方法至少包括以下步骤：a)借助操纵器(10)进入(110)至少一个目标姿态；b)在操纵器(10)已进入目标姿态时，借助于医学成像装置(50；60)采集(120)操纵器(10)的至少一部分的和/或操纵器(10)的末端执行器(15)的至少一部分的至少一个图像；c)通过所采集的图像确定(130)操纵器(10)的实际姿态；d)确定(140)操纵器(10)的目标姿态与实际姿态之间的偏差；e)基于所确定的偏差来计算(150)至少一个校准参数；f)对操纵器进行校准(160)。

技术领域

本发明涉及一种用于对诊断和/或治疗操纵器系统的操纵器进行校准的方法以及一种设计用于执行该方法的控制装置。本发明还涉及一种操纵器系统，该操纵器系统包括设计用于执行所述方法的控制装置。

背景技术

诊断和/或治疗操纵器系统在现有技术中是已知的，并且包括至少一个可用于诊断和/或治疗目的的操纵器。操纵器是能够与环境进行物理交互的设备。典型的操纵器是工业机器人或关节臂机器人，其包括三个或更多个可自由编程的运动轴(节肢)，这些运动轴可以被自动地引导。这些操纵器或者位置固定地或者可移动地被使用在不同的应用中。特别地，它们被设计用于引导末端执行器或工件。末端执行器可以是不同的工具。在诊断和/或治疗操纵器系统的领域中，末端执行器可以包括例如手术器械、手术刀、用于制造手术缝线的针座、用于引入活检针的系统、套管针等。末端执行器的其它示例包括内窥镜、缝合器(Stapler)等。

操纵器并且特别是关节臂机器人被越来越多地应用于医疗领域。此外，它们还被应用于自动化操纵器系统、半自动化操纵器系统和远程操作操纵器系统。在自动化或半自动化的操纵器系统中，(部分)任务由操纵器独立地执行。在远程操作操纵器系统中，操纵器是通过合适的输入装置由医生手动地控制。操纵器将输入装置的输入指令转换为相应的操纵器运动。医生和操纵器在此可以是空间上分开的。

例如，在组织活检领域中，使用半自动化操纵器系统来定位和定向活检针，以便在活检针向前移动时，即穿刺时，能够可靠地命中待活检的组织。这种向前移动在此可以手动或借助远程操作系统进行。其它已知的应用包括植入物的放置，特别是手术螺钉的放置。

治疗和/或诊断应用通常是借助于医学成像装置来监视和/或规划。例如，在放置手术螺钉时，必须监视螺钉不会意外伤害到患者的神经或其它组织结构。已知的成像装置是提供患者的器官和结构的(二维或三维的)图像数据。成像装置根据其借助于X射线(例如X光机、C形臂、计算机断层扫描)、放射性核素(例如闪烁照像术、正电子发射断层摄影术、单光子发射计算机断层摄影术)、超声(例如超声波检查、彩色多普勒)以及核磁共振(例如磁共振断层摄影仪)成像的类型来分类。成像装置同样可以包括光学传感器，例如相机，其基于可见光生成图像。

受操纵器引导的工具(末端执行器)相对于纯手动引导工具的优点在于：它们可以被重复地、定位准确地使用，而与人为的误差源无关，例如震颤、专注度缺失、疲劳等。为了实现操纵器和特别是末端执行器的高精度，通常需要对操纵器进行校准和/或调节。

在确定操纵器的精度时，重复精度和绝对精度之间要区分开。绝对精度指明末端执行器的实际姿态与末端执行器的预期目标姿态之间的偏差，其中，这些姿态通常均关于一外部参考坐标系统给出。例如，基于操纵器基础坐标系。大多数情况下，操纵器的绝对精度是通过测量目标姿态与从不同方向(多方向)进入目标姿态时所获得的实际姿态之间的平均偏差或最大偏差来确定，。姿态包括末端执行器的位置和方向。重复精度指明了在多次从同一方向进入一姿态时如何准确地定位操纵器，并被视为所实现的实际姿态之间的偏差。重复精度可以在不知晓基础坐标系的准确位置的情况下被测量，因为不必考虑目标姿态用于比较。