CN105138815B

CN105138815B - 一种智能手术室

Info

Publication number: CN105138815B
Application number: CN201510434864.9A
Authority: CN
Inventors: 李长胜; 胡磊; 胡宁
Original assignee: Beihang University
Current assignee: Suzhou Zhuzheng Robot Co ltd
Priority date: 2015-07-22
Filing date: 2015-07-22
Publication date: 2017-11-03
Anticipated expiration: 2035-07-22
Also published as: CN105138815A

Abstract

一种智能手术室，它包括网络拓扑结构、控制系统结构、信息流和功能结构；网络拓扑结构描述控制系统间的结构关系；控制系统结构描述控制系统的内部构成；信息流描述控制系统内部和控制系统间的信息流向；功能结构描述智能手术室的主要功能。本发明通过机器人辅助手术技术，拓展医生手术视野，提高医生的操作精度和灵活性；医护人员实时获取、查询并记录患者的相关手术信息(包括病人HIS、LIS、RIS信息、PACS图像等)；实现基于医学影像与手术状况影像双向传输的机器人远程手术和会诊；通过与医院信息系统相集成，实现手术科室事务全面数字化管理。

Description

一种智能手术室

技术领域

本发明涉及智能化医疗领域，尤其涉及一种智能手术室。

背景技术

手术室是为病人提供手术及抢救的场所，是医院的重要技术部门。随着外科技术的发展，手术室日趋现代化，从简易型手术室、分散型手术室到集中型手术室。集中型手术室推动了手术室向数字化、一体化和智能化发展。数字化手术室是以信息化为核心，通过信息传输系统将各类医学影像设备或数据采集设备所获得的数据传至手术现场，或者在手术室内装上专用图像采集设备，以实时获得术中图像，指导手术。一体化手术室是以创造手术室高效率、高安全性以及提升手术室对外交流为目的的多系统综合应用手术平台。而智能手术室以智能机器人技术为核心，集成计算机网络技术、自动控制技术、图像信号处理技术及综合布线技术，有机融合与手术过程有关的各种医疗设备并进行统筹设计，为整个手术提供更加高效、舒适、安全、便利的环境。智能手术室在以上两类手术室的基础上融合了智能手术设备和先进控制方法，是目前手术室的发展趋势。

现有的研究，如美国Smith&Nephew公司推出的“CONDOR”系统可以根据具体手术定制控制方案，提高手术室效率和手术质量。德国Karl Storz公司的OR-1TM系统提供一体化手术室方案，为医生提供充足的患者影像资料，手术规划信息和手术导航策略，提高手术操作的准确性和可视性。国内积水潭医院的数字化手术室通过手术导航系统、视讯传输系统和医学影像系统能够保证精确和微创的手术操作。然而，现有的手术室集成功能仍然不够完备和智能，不能满足临床手术的需要。

发明内容

本发明提供一种智能手术室，用以解决现有技术中手术室功能不够完备和智能化的问题。

本发明提供一种智能手术室，其特征在于，它包括网络拓扑结构、控制系统结构、信息流和功能结构。它们之间的关系是：它们从不同侧面描述了智能手术室,网络拓扑结构描述了控制系统间的结构关系；控制系统结构描述了控制系统的内部构成；信息流描述了控制系统内部和控制系统间的信息流向；功能结构描述了智能手术室的主要功能。

所述的网络拓扑结构是一种网状拓扑结构，实现控制系统间的信息传递。

所述的控制系统结构包括硬件层、硬件接口层、中间件层、软件接口层、组件层和应用层；它们之间的相互关系是：硬件接口层连接硬件层与中间件层，软件接口层连接中间件层与组件层，组件层与应用层连接。该硬件层是智能手术室中的硬件设备，作为优选，可以包括音频/视频设备、图像/数据采集设备、通信设备、运动控制组件、位置定位组件；该硬件接口层用于实现信息在硬件层与中间件层的传递，作为优选，该硬件接口层可以包括USB通讯硬件接口、RS232/485通讯硬件接口、CAN总线硬件接口；该中间件层是一种逻辑分层，它用于实现信息和数据的处理和传递功能；该软件接口层是一种逻辑分层，它用于实现信息和数据在组件层和中间件层之间传递；该组件层是一种逻辑分层，它用于实现模块功能控制，作为优选，可以包括软件组件、主节点管理组件和模块安全监控组件；该应用层是一种逻辑分层，它用于实现控制系统的手术应用，作为优选，可以包括手术定位导航机器人系统，手术复位机器人系统、远程诊疗系统和数字化手术平台。

所述的信息流包括医学图像信息流、人机交互与显示信息流、运动控制信息流；它们之间的相互关系是：医学图像信息流、从控制系统的硬件层通过硬件接口层流向中间件层；人机交互与显示信息流在控制系统的硬件层与中间件层之间通过硬件接口层双向流通；运动控制信息流从控制系统的中间件层通过软件接口层流向组件层与应用层。该医学图像信息流是智能手术室中医学图像信息的集合，作为优选，可以包括CT图像信息、MRI数据信息、X射线信息、超声信息、内窥镜信息；该人机交互与显示信息流是硬件层与人交互的接口，作为优选，可以包括医学数据显示信息、输入数据信息、操作信息；该运动控制信息流控制组件层与应用层组件及设备的运动，作为优选，可以包括位置控制信息、速度控制信息、力控制信息。

所述的功能结构包括机器人辅助手术功能、远程诊疗功能、信息集成与处理功能；它们之间的相互关系是：根据患者治疗需要，结合信息集成与处理功能，选择机器人辅助手术功能或远程诊疗功能，远程诊疗功能可以与机器人辅助手术功能结合；该机器人辅助手术功能是利用机器人辅助患者实施手术，作为优选，可以包括机器人辅助手术定位功能、机器人辅助手术导航功能、机器人辅助手术操作功能；该远程诊疗功能是通过网络对智能手术室内患者进行远程诊治，作为优选，可以包括远程诊断功能和远程治疗功能；该信息集成与处理功能将信息集中并根据需要进行处理，作为优选，可以包括医学图像信息集成与处理功能、人机交互与显示信息处理功能、运动控制信息集成与处理功能。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1.通过机器人辅助手术技术，拓展医生手术视野，提高医生的操作精度和灵活性；

2.医护人员实时获取、查询并记录患者的相关手术信息(包括病人HIS、LIS、RIS信息、PACS图像等)；

3.实现基于医学影像与手术状况影像双向传输的机器人远程手术和会诊；

4.通过与医院信息系统相集成，实现手术科室事务全面数字化管理。

附图说明

参照下面结合附图对本发明实施例的说明，会更加容易地理解本发明的以上和其它目的、特点和优点。附图中的部件只是为了示出本发明的原理。在附图中，相同的或类似的技术特征或部件将采用相同或类似的附图标记来表示。

图1为本发明实施例提供的网络拓扑结构图。

图2为本发明实施例提供的控制系统结构图。

图3为本发明实施例提供的信息流图。

图4为本发明总体结构图。

具体实施方式

下面参照附图来说明本发明的实施例。在本发明的一个附图或一种实施方式中描述的元素和特征可以与一个或更多个其它附图或实施方式中示出的元素和特征相结合。应当注意，为了清楚的目的，附图和说明中省略了与本发明无关的、本领域普通技术人员已知的部件和处理的表示和描述。

下面结合附图，对本发明的技术方案做进一步的说明。

本发明的总体内容如图1至图4所示。

一种智能手术室由网络拓扑结构、控制系统、信息流和功能结构组成。它们之间的关系是：它们从不同侧面描述了智能手术室,智能手术室包括多套控制系统，它们之间的结构关系由网络拓扑结构描述；它们的信息流向由信息流描述；其内部构成由控制系统结构描述；智能手术室主要功能由功能结构描述。。

本发明按下述方式工作：智能手术室包括多套控制系统，控制系统之间通过网络拓扑结构连接，实现控制系统间信息的传递；每套控制系统包括硬件层、硬件接口层、中间件层、软件接口层、组件层和应用层；医学图像信息流、人机交互与显示信息流和运动控制信息流在以上6个层次间流通，从而实现智能手术室的机器人辅助手术功能、远程诊疗功能、信息集成与处理功能。

以上参照附图对本发明的描述是示意性的，没有限制性，本领域的技术人员应该能够理解，在实际实施中，本发明中各构件的形状和布局方式均可能发生某些改变；而在本发明的启示下，其他人员也可以做出与本发明相似的设计或对本发明做出修改以及某个构件的等同替换。特别需要指出的是，只要不脱离本发明的设计宗旨，所有显而易见的改变以及具有等同替换的相似设计，均包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种智能手术室，其特征在于，它包括网络拓扑结构、控制系统结构、信息流和功能结构；网络拓扑结构描述了控制系统间的结构关系；控制系统结构描述了控制系统的内部构成；信息流描述了控制系统内部和控制系统间的信息流向；功能结构描述了智能手术室的主要功能；

所述的网络拓扑结构是一种网状拓扑结构，实现控制系统间的信息传递；

所述的控制系统结构包括硬件层、硬件接口层、中间件层、软件接口层、组件层和应用层；硬件接口层连接硬件层与中间件层，软件接口层连接中间件层与组件层，组件层与应用层连接；该硬件层是智能手术室中的硬件设备，包括音频和视频设备、图像和数据采集设备、通信设备、运动控制组件、位置定位组件；该硬件接口层用于实现信息在硬件层与中间件层的传递，包括USB通讯硬件接口、RS232和RS485通讯硬件接口、CAN总线硬件接口；该中间件层是一种逻辑分层，它用于实现信息和数据的处理和传递功能；该软件接口层是一种逻辑分层，它用于实现信息和数据在组件层和中间件层之间传递；该组件层是一种逻辑分层，它用于实现模块功能控制，包括软件组件、主节点管理组件和模块安全监控组件；该应用层是一种逻辑分层，它用于实现控制系统的手术应用，包括手术定位导航机器人系统，手术复位机器人系统、远程诊疗系统和数字化手术平台；

所述的信息流包括医学图像信息流、人机交互与显示信息流、运动控制信息流；医学图像信息流从控制系统的硬件层通过硬件接口层流向中间件层；人机交互与显示信息流在控制系统的硬件层与中间件层之间通过硬件接口层双向流通；运动控制信息流从控制系统的中间件层通过软件接口层流向组件层与应用层；该医学图像信息流是智能手术室中医学图像信息的集合，包括CT图像信息、MRI数据信息、X射线信息、超声信息、内窥镜信息；该人机交互与显示信息流是硬件层与人交互的接口，包括医学数据显示信息、输入数据信息、操作信息；该运动控制信息流控制组件层与应用层组件及设备的运动，包括位置控制信息、速度控制信息、力控制信息；

所述的功能结构包括机器人辅助手术功能、远程诊疗功能、信息集成与处理功能；根据患者治疗需要，结合信息集成与处理功能，选择机器人辅助手术功能或远程诊疗功能，远程诊疗功能能与机器人辅助手术功能结合；该机器人辅助手术功能是利用机器人辅助患者实施手术，包括机器人辅助手术定位功能、机器人辅助手术导航功能、机器人辅助手术操作功能；该远程诊疗功能是通过网络对智能手术室内患者进行远程诊治，包括远程诊断功能和远程治疗功能；该信息集成与处理功能将信息集中并根据需要进行处理，包括医学图像信息集成与处理功能、人机交互与显示信息处理功能、运动控制信息集成与处理功能。