CN109009349A - 一种机器人穿刺控制方法与装置 - Google Patents

一种机器人穿刺控制方法与装置 Download PDF

Info

Publication number
CN109009349A
CN109009349A CN201810877137.3A CN201810877137A CN109009349A CN 109009349 A CN109009349 A CN 109009349A CN 201810877137 A CN201810877137 A CN 201810877137A CN 109009349 A CN109009349 A CN 109009349A
Authority
CN
China
Prior art keywords
calculus
image
coordinate
coordinate system
path
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201810877137.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN109009349B (zh
Inventor
曾国华
胡鹏
马建强
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Guangzhou Meitai Trade Co ltd
Guizhou Taicheng Technology Development Co ltd
First Affiliated Hospital of Guangzhou Medical University
Original Assignee
Guangzhou Meitai Trade Co ltd
Guizhou Taicheng Technology Development Co ltd
First Affiliated Hospital of Guangzhou Medical University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Guangzhou Meitai Trade Co ltd, Guizhou Taicheng Technology Development Co ltd, First Affiliated Hospital of Guangzhou Medical University filed Critical Guangzhou Meitai Trade Co ltd
Priority to CN201810877137.3A priority Critical patent/CN109009349B/zh
Publication of CN109009349A publication Critical patent/CN109009349A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN109009349B publication Critical patent/CN109009349B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B17/00—Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets
    • A61B17/34—Trocars; Puncturing needles
    • A61B17/3403—Needle locating or guiding means
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A61B34/10—Computer-aided planning, simulation or modelling of surgical operations
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61G—TRANSPORT, PERSONAL CONVEYANCES, OR ACCOMMODATION SPECIALLY ADAPTED FOR PATIENTS OR DISABLED PERSONS; OPERATING TABLES OR CHAIRS; CHAIRS FOR DENTISTRY; FUNERAL DEVICES
    • A61G13/00—Operating tables; Auxiliary appliances therefor
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61G—TRANSPORT, PERSONAL CONVEYANCES, OR ACCOMMODATION SPECIALLY ADAPTED FOR PATIENTS OR DISABLED PERSONS; OPERATING TABLES OR CHAIRS; CHAIRS FOR DENTISTRY; FUNERAL DEVICES
    • A61G13/00—Operating tables; Auxiliary appliances therefor
    • A61G13/10—Parts, details or accessories
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B17/00—Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets
    • A61B17/34—Trocars; Puncturing needles
    • A61B17/3403—Needle locating or guiding means
    • A61B2017/3405—Needle locating or guiding means using mechanical guide means
    • A61B2017/3407—Needle locating or guiding means using mechanical guide means including a base for support on the body
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A61B34/10—Computer-aided planning, simulation or modelling of surgical operations
    • A61B2034/101—Computer-aided simulation of surgical operations
    • A61B2034/105—Modelling of the patient, e.g. for ligaments or bones
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A61B34/10—Computer-aided planning, simulation or modelling of surgical operations
    • A61B2034/107—Visualisation of planned trajectories or target regions

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Surgery (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Heart & Thoracic Surgery (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Robotics (AREA)
  • Apparatus For Radiation Diagnosis (AREA)

Abstract

本发明实施例提供了一种机器人穿刺方法与装置，方法包括通过转动C臂机控制所述C臂机以不同的照射方向照射所述手术床，获取不同的照射方向所对应的X光网格图像；根据结石在不同的X光网格图像上的位置，获取所述结石在XYZ坐标系上的坐标；根据每张X光网格图像中的器官边界图形以及预先配置的影像学图片，在所述XYZ坐标系中构建所述结石所在的器官的三维图像；根据所述器官的三维图像以及所述结石在所述XYZ坐标系上的坐标，确定最佳刺入路径；控制机械臂根据所述最佳刺入路径对所述结石进行穿刺操作。通过本发明实施例提供的方法与装置，在手术过程中无需医生手动操作穿刺针，减轻了医生的工作量，同时医生无需暴露在X光线中，并且穿刺精度高。

Description

一种机器人穿刺控制方法与装置
技术领域
本发明涉及医疗手术技术领域，尤其涉及一种机器人穿刺控制方法与装置。
背景技术
现有的穿刺手术，如经皮肾穿刺手术、经皮神经外科穿刺术、经皮骨科穿刺术等都是需要医生一边看着C臂机获取到的病患的X光图像，一边操作穿刺针来进行穿刺操作，整个手术过程基本都需要医生参与，医生的工作量很大，同时医生必须要暴露在X光线中，长期暴露在X光线中会对医生的身体产生辐射危害。
发明内容
本发明的目的是提出一种机器人穿刺控制方法与装置，在手术过程中无需医生手动操作穿刺针，减轻了医生的工作量，同时医生无需暴露在X光线中。
为了达到上述的目的，本发明实施例一方面提供了一种机器人穿刺控制方法，包括：
通过转动C臂机控制所述C臂机以不同的照射方向照射所述手术床，获取不同的照射方向所对应的X光网格图像；所述手术床上布置有可被C臂机识别的网格；
根据结石在不同的X光网格图像上的位置，获取所述结石在XYZ坐标系上的坐标；其中，在所述XYZ坐标系中，以C臂机的转动中心为坐标原点，以垂直于手术床且通过坐标原点的直线为Z轴，以平行于C臂机的转轴且通过坐标原点的直线为Y轴，以同时垂直于Z轴和Y轴且通过坐标原点的直线为X轴；
获取每张X光网格图像中的器官边界图形；所述器官边界图像是指所述结石所在的器官的边界图像；
根据每张X光网格图像中的器官边界图形以及预先配置的影像学图片，在所述XYZ坐标系中构建所述结石所在的器官的三维图像；
根据所述器官的三维图像以及所述结石在所述XYZ坐标系上的坐标，确定最佳刺入路径；
控制机械臂根据所述最佳刺入路径对所述结石进行穿刺操作；其中所述机械臂上安装有穿刺针。
优选地，所述根据结石在不同的X光网格图像上的位置，获取所述结石在所述XYZ坐标系上的坐标，包括：
获取结石在第一照射方向所对应的X光网格图像上的坐标(x1，y1)；所述第一照射方向为Z轴的正向；
获取结石在第二照射方向所对应的X光网格图像上的坐标(x2，y2)；
根据
计算出所述结石所述结石在所述XYZ坐标系上的坐标(x1,y1,z1)；
其中，β是所述第一照射方向与所述第二照射方向之间的夹角，且β不为0。
优选地，所述根据所述器官的三维图像以及所述结石在所述XYZ坐标系上的坐标，确定最佳刺入路径根据所述器官的三维图像以及所述结石在所述XYZ坐标系上的坐标，确定最佳刺入路径，包括：
根据所述器官的三维图像以及所述结石在所述XYZ坐标系上的坐标，推荐N种刺入路径；
模拟每种刺入路径的进针和退针的动作，并通过三维图像分别显示模拟的动作预计效果；
根据医生的选择指令，从所述N种刺入路径中选择一种作为最佳刺入路径。
优选地，所述控制机械臂根据所述最佳刺入路径对所述结石进行穿刺操作，包括：
根据所述最佳刺入路径确定刺入点位置在所述XYZ坐标系上的坐标以及刺入方向；
根据预先获取的所述机械臂上的穿刺针在所述XYZ坐标系上的坐标以及所述刺入点位置在所述XYZ坐标系上的坐标，控制所述机械臂移动使得所述穿刺针到达所述刺入点位置；
根据所述刺入方向调整所述穿刺针的朝向，并控制所述机械臂带动所述穿刺针从所述刺入点位置刺入至所述结石所在的位置。
优选地，所述方法还包括：在控制机械臂根据所述最佳刺入路径对所述结石进行穿刺操作的过程中，通过安装在机械臂上的摄像头获取手术外景图像，通过所述C臂机获取手术内景图像，通过显示器显示所述手术外景图像与手术内景图像。
本发明实施例第二方面提供了一种机器人穿刺控制装置包括：
X光图像获取模块，用于通过转动所述C臂机控制所述C臂机以不同的照射方向照射所述手术床，获取不同的照射方向所对应的X光网格图像；所述手术床上布置有可被C臂机识别的网格；
结石坐标获取模块，用于根据结石在不同的X光网格图像上的位置，获取所述结石在XYZ坐标系上的坐标；其中，在所述XYZ坐标系中，以C臂机的转动中为坐标原点，以垂直于手术床且通过坐标原点的直线为Z轴，以平行于C臂机的转轴且通过坐标原点的直线为Y轴，以同时垂直于Z轴和Y轴且通过坐标原点的直线为X轴；
器官图形获取模块，用于获取每张X光网格图像中的器官边界图形；所述器官边界图像是指所述结石所在的器官的边界图像；
三维图像构建模块，用于根据每张X光网格图像中的器官边界图形以及预先配置的影像学图片，在所述XYZ坐标系中构建所述结石所在的器官的三维图像；
刺入路径确定模块，用于根据所述器官的三维图像以及所述结石在所述XYZ坐标系上的坐标，确定最佳刺入路径；
穿刺控制模块，用于控制机械臂根据所述最佳刺入路径对所述结石进行穿刺操作；其中所述机械臂上安装有穿刺针。
优选地，所述结石坐标获取模块包括：
第一坐标获取单元，用于获取结石在第一照射方向所对应的X光网格图像上的坐标(x1，y1)；所述第一照射方向为Z轴的正向；
第二坐标获取单元，用于获取结石在第二照射方向所对应的X光网格图像上的坐标(x2，y2)；
第三坐标获取单元，用于根据
计算出所述结石所述结石在所述XYZ坐标系上的坐标(x1,y1,z1)；
其中，β是所述第一照射方向与所述第二照射方向之间的夹角，且β不为0。
优选地，所述刺入路径确定模块，包括：
刺入路径推荐单元，用于根据所述器官的三维图像以及所述结石在所述XYZ坐标系上的坐标，推荐N种刺入路径；
动作模拟单元，用于模拟每种刺入路径的进针和退针的动作，并通过三维图像分别显示模拟的动作预计效果；
刺入路径确定单元，用于根据医生的选择指令，从所述N种刺入路径中选择一种作为最佳刺入路径。
优选地，所述穿刺控制模块，包括：
刺入参数确定单元，用于根据所述最佳刺入路径确定刺入点位置在所述XYZ坐标系上的坐标以及刺入方向；
移动控制单元，用于根据预先获取的所述机械臂上的穿刺针在所述XYZ坐标系上的坐标以及所述刺入点位置在所述XYZ坐标系上的坐标，控制所述机械臂移动使得所述穿刺针到达所述刺入点位置；
刺入控制单元，用于根据所述刺入方向调整所述穿刺针的朝向，并控制所述机械臂带动所述穿刺针从所述刺入点位置刺入至所述结石所在的位置。
优选地，所述装置还包括：监控模块，用于在控制机械臂根据所述最佳刺入路径对所述结石进行穿刺操作的过程中，通过安装在机械臂上的摄像头获取手术外景图像，通过所述C臂机获取手术内景图像，通过显示器显示所述手术外景图像与手术内景图像。
相比于现有技术，本发明实施例的有益效果在于：本发明实施例提供了一种机器人穿刺方法与装置，方法包括通过转动C臂机控制所述C臂机以不同的照射方向照射所述手术床，获取不同的照射方向所对应的X光网格图像；根据结石在不同的X光网格图像上的位置，获取所述结石在XYZ坐标系上的坐标；获取每张X光网格图像中的器官边界图形；所述器官边界图像是指所述结石所在的器官的边界图像；根据每张X光网格图像中的器官边界图形以及预先配置的影像学图片，在所述XYZ坐标系中构建所述结石所在的器官的三维图像；根据所述器官的三维图像以及所述结石在所述XYZ坐标系上的坐标，确定最佳刺入路径；控制机械臂根据所述最佳刺入路径对所述结石进行穿刺操作。通过本发明实施例提供的方法与装置，在手术过程中无需医生手动操作穿刺针，减轻了医生的工作量，同时医生无需暴露在X光线中，并且穿刺精度高。
附图说明
图1是本发明实施例中的机器人穿刺系统的结构示意图；
图2是图1中的机械臂4的结构示意图；
图3是本发明实施例提供的一种机器人穿刺控制方法的流程示意图；
图4是以C臂机2的转动中心为坐标原点建立的XYZ坐标系的示意图；
图5a是以第一照射方向照射手术床产生X光网格图像的原理图；
图5b是以第二照射方向照射手术床产生X光网格图像的原理图；
图6a是图5a所产生的X光网格图像的示意图；
图6b是图5b所产生的X光网格图像的示意图；
图7是通过步骤S53获取到的一个器官边界图形的示意图；
图8是本发明实施例提供的一种机器人穿刺控制装置的结构框图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例提供了一种机器人穿刺控制方法，基于一种机器人穿刺系统来实现。如图1所示，其是本发明实施例中的机器人穿刺系统的结构示意图。所述机器人穿刺系统包括手术床1、C臂机2、C臂机驱动装置3、安装有穿刺针的机械臂4、控制台5以及图像显示器6。所述手术床1上布置有可被C臂机2识别的网格；所述C臂机2用于照射所述手术床1以获取X光网格图像；所述C臂机驱动装置3用于驱动所述C臂机2转动以改变照射方向；所述控制台55用于控制所述机械臂4与所述C臂机驱动装置3；所述图像显示器用于显示所述X光网格图像、所述C臂机采集的图像和所述机械臂4上的穿刺针45所视图像。
如图2所示，其是图1中的机械臂4的结构示意图。所述机械臂4包括机座41、安装在所述机座41上的机械臂本体42、安装在所述机械臂本体42的活动端部上的持针器43、安装在所述持针器43上的摄像头44与穿刺针45。所述摄像头44与图像显示器6无线连接，用以显示穿刺针45所视图像。
所述机械臂本体42有六个关节，可以实现沿着XYZ三个轴的轴向直线运动，和绕XYZ三个轴的旋转运动，从而可以单独实现穿刺针向左向右(X轴)、向前向后(Y轴)、向上向下(Z轴)的直线移动，穿刺针向前向后翻转(绕X轴转动)、向左向右翻转(绕Y轴转动)，完成定位和定向工作，然后推针和退针。
在实施时，所述手术床、C臂机2、C臂机驱动装置3、机械臂4设置在手术室内；所述控制台5和图像显示器6设置在手术室外。
请参阅图3，其是本发明实施例提供的一种机器人穿刺控制方法的流程示意图。所述方法由配置在所述控制台5中的机器人穿刺控制装置实施，包括：
S51，通过转动所述C臂机2控制所述C臂机2以不同的照射方向照射所述手术床，获取不同的照射方向所对应的X光网格图像；所述手术床上布置有可被C臂机2识别的网格；
S52，根据结石在不同的X光网格图像上的位置，获取所述结石在XYZ坐标系上的坐标；其中，在所述XYZ坐标系中，以C臂机2的转动中心为坐标原点，以垂直于手术床且通过坐标原点的直线为Z轴，以平行于C臂机2的转轴且通过坐标原点的直线为Y轴，以同时垂直于Z轴和Y轴且通过坐标原点的直线为X轴；如图4所示，其是以C臂机2的转动中心为坐标原点建立的XYZ坐标系的示意图。
S53，获取每张X光网格图像中的器官边界图形；所述器官边界图像是指所述结石所在的器官的边界图像；
S54，根据每张X光网格图像中的器官边界图形以及预先配置的影像学图片，在所述XYZ坐标系中构建所述结石所在的器官的三维图像；
S55，根据所述器官的三维图像以及所述结石在所述XYZ坐标系上的坐标，确定最佳刺入路径；
S56，控制机械臂4根据所述最佳刺入路径对所述结石进行穿刺操作；其中所述机械臂4上安装有穿刺针。
在本发明实施例中，预先建立以C臂机2的转动中心为坐标原点的三维坐标系，通过获取不同照射角度的X光网格图像来确定待穿刺的结石在三维坐标系的坐标，同时根据多张X光网格图像来构建结石所在的器官的三维图像，最终确定最佳穿刺路径，根据所述最佳穿刺路径来控制机械臂4对结石进行穿刺操作。实现了整个穿刺过程的全自动化，提高了手术的效率以及精确性，减轻了医生的工作量，医生也无需暴露在X光线中，避免受到辐射影响。
在一种可选的实施方式中，步骤S52所述的根据结石在不同的X光网格图像上的位置，获取所述结石在所述XYZ坐标系上的坐标，包括：
获取结石在第一照射方向所对应的X光网格图像上的坐标(x1，y1)；所述第一照射方向为Z轴的正向；
获取结石在第二照射方向所对应的X光网格图像上的坐标(x2，y2)；
根据
计算出所述结石所述结石在所述XYZ坐标系上的坐标(x1,y1,z1)；
其中，β是所述第一照射方向与所述第二照射方向之间的夹角，且β不为0。
请同时参阅图5a，图5b，图6a，图6b，图5a是以第一照射方向照射手术床产生X光网格图像的原理图，图5b是以第二照射方向照射手术床产生X光网格图像的原理图，图6a是图5a所产生的X光网格图像的示意图，图6b是图5b所产生的X光网格图像的示意图。
其中，P是代表结石，X1Y1Z1坐标系与XYZ坐标系完全重合，X2Y2Z2坐标系为以Y轴转动β角度得到的坐标系。
由于y1＝y2，根据坐标系的旋转变换原理，可以计算出结石在XYZ坐标系的z坐标为
从而得到结石在XYZ坐标系的坐标为(x1,y1,z1)。
在一种可选的实施方式中，步骤S53所述的获取每张X光网格图像中的器官边界图形具体为通过图像识别算法获取每张X光网格图像中的器官边界图形。如图7所示，其是通过步骤S53获取到的一个器官边界图形的示意图。
在步骤S54中，根据每张X光网格图像中的器官边界图形实际上是不同角度的器官边界图形，结合到预先配置的影像学图片，即可在所述XYZ坐标系中构建所述结石所在的器官的三维图像。
在一种可选的实施方式中，步骤S55所述的根据所述器官的三维图像以及所述结石在所述XYZ坐标系上的坐标，确定最佳刺入路径根据所述器官的三维图像以及所述结石在所述XYZ坐标系上的坐标，确定最佳刺入路径，包括：
根据所述器官的三维图像以及所述结石在所述XYZ坐标系上的坐标，推荐N种刺入路径；
模拟每种刺入路径的进针和退针的动作，并通过三维图像分别显示模拟的动作预计效果；
根据医生的选择指令，从所述N种刺入路径中选择一种作为最佳刺入路径。
本发明实施例利用构建好的结石所在器官的三维图像进行穿刺手术的模拟过程，并通过图像显示器进行显示，最终由医生根据动作预计效果来确定最佳穿刺路径。
在一种可选的实施方式中，步骤S56所述的控制机械臂4根据所述最佳刺入路径对所述结石进行穿刺操作，包括：
根据所述最佳刺入路径确定刺入点位置在所述XYZ坐标系上的坐标以及刺入方向；
根据预先获取的所述机械臂4上的穿刺针在所述XYZ坐标系上的坐标以及所述刺入点位置在所述XYZ坐标系上的坐标，控制所述机械臂4移动使得所述穿刺针到达所述刺入点位置；
根据所述刺入方向调整所述穿刺针的朝向，并控制所述机械臂4带动所述穿刺针从所述刺入点位置刺入至所述结石所在的位置。
需要说明的是，所述机械臂4上的穿刺针在所述XYZ坐标系上的坐标在初始化时获取。
在一种可选的实施方式中，所述方法还包括：在控制机械臂4根据所述最佳刺入路径对所述结石进行穿刺操作的过程中，通过安装在机械臂4上的摄像头获取手术外景图像，通过所述C臂机2获取手术内景图像，通过显示器显示所述手术外景图像与手术内景图像。从而医生可以监控手术的外景和内景，必要时可以进行人工干预。
利用本方法进行自动穿刺手术过程如下：
1)开机：预热、联机、自检；
2)装针就位：在机械臂4上安装穿刺针套件，系统自动控制机械臂4左右、前后、上下移动和向左向右、向前向后翻转，调整就位；
3)初始化：以C形臂X光机的转动中心定出系统坐标原点，定出机械臂4原点和手术点(皮肤表面点，画一个十字)；
4)图像采集：系统自动远程控制C形臂X光机采集图像，其间视需要加推造影剂以获得整体肾内轮廓；
5)结石定位：根据采集到的图像，判明结石所在位置；
6)确定路径：根据采集到的图像计算和分析，建立整体肾内轮廓三维模型，计算穿刺路径，并交由操作医生选择、确定最佳穿刺路径；
7)动作模拟：自动实现反复进针、退针的小范围动作模拟，并三维显示动作预计效果，交由操作医生确认；
8)穿刺到位1：指令确认后，系统自动控制机械臂4进针及退针，期间操作医生借助机械臂4末端的摄像头实时监控外景，并视需要连续或间断远程控制C形臂X光机监控自动穿刺过程，必要时操作医生人工干预，进行远程控制，直至穿刺到位；
9)穿刺到位2：人工退出穿刺针芯，注射器经穿刺针后座注水回抽，其间可远程控制机械臂4缓慢回退，直至注射器回抽水流畅顺；
10)穿刺到位3：视需要经输尿管导管注水，并观察穿刺针后座是否出水成线；
11)置入导丝：经穿刺针置入导引导丝，并远程启动C形臂X光机，观察及确认导丝走向；
12)退针：固定好导丝，控制机械臂4，缓慢退出穿刺针，从穿刺针管内抽出导丝的另一端，卸下穿刺针套件；
13)回原点：机械臂4回归原位。
如图8所示，其是本发明实施例提供的一种机器人穿刺控制装置的结构框图，包括：
X光图像获取模块51，用于通过转动所述C臂机控制所述C臂机以不同的照射方向照射所述手术床，获取不同的照射方向所对应的X光网格图像；所述手术床上布置有可被C臂机识别的网格；
结石坐标获取模块52，用于根据结石在不同的X光网格图像上的位置，获取所述结石在XYZ坐标系上的坐标；其中，在所述XYZ坐标系中，以C臂机的转动中为坐标原点，以垂直于手术床且通过坐标原点的直线为Z轴，以平行于C臂机的转轴且通过坐标原点的直线为Y轴，以同时垂直于Z轴和Y轴且通过坐标原点的直线为X轴；
器官图形获取模块53，用于获取每张X光网格图像中的器官边界图形；所述器官边界图像是指所述结石所在的器官的边界图像；
三维图像构建模块54，用于根据每张X光网格图像中的器官边界图形以及预先配置的影像学图片，在所述XYZ坐标系中构建所述结石所在的器官的三维图像；
刺入路径确定模块55，用于根据所述器官的三维图像以及所述结石在所述XYZ坐标系上的坐标，确定最佳刺入路径；
穿刺控制模块56，用于控制机械臂根据所述最佳刺入路径对所述结石进行穿刺操作；其中所述机械臂上安装有穿刺针。
进一步地，所述结石坐标获取模块52包括：
第一坐标获取单元，用于获取结石在第一照射方向所对应的X光网格图像上的坐标(x1，y1)；所述第一照射方向为Z轴的正向；
第二坐标获取单元，用于获取结石在第二照射方向所对应的X光网格图像上的坐标(x2，y2)；
第三坐标获取单元，用于根据
计算出所述结石所述结石在所述XYZ坐标系上的坐标(x1,y1,z1)；
其中，β是所述第一照射方向与所述第二照射方向之间的夹角，且β不为0。
进一步地，所述刺入路径确定模块55包括：
刺入路径推荐单元，用于根据所述器官的三维图像以及所述结石在所述XYZ坐标系上的坐标，推荐N种刺入路径；
动作模拟单元，用于模拟每种刺入路径的进针和退针的动作，并通过三维图像分别显示模拟的动作预计效果；
刺入路径确定单元，用于根据医生的选择指令，从所述N种刺入路径中选择一种作为最佳刺入路径。
进一步地，所述穿刺控制模块56，包括：
刺入参数确定单元，用于根据所述最佳刺入路径确定刺入点位置在所述XYZ坐标系上的坐标以及刺入方向；
移动控制单元，用于根据预先获取的所述机械臂上的穿刺针在所述XYZ坐标系上的坐标以及所述刺入点位置在所述XYZ坐标系上的坐标，控制所述机械臂移动使得所述穿刺针到达所述刺入点位置；
刺入控制单元，用于根据所述刺入方向调整所述穿刺针的朝向，并控制所述机械臂带动所述穿刺针从所述刺入点位置刺入至所述结石所在的位置。
进一步地，所述装置还包括：监控模块，用于在控制机械臂根据所述最佳刺入路径对所述结石进行穿刺操作的过程中，通过安装在机械臂上的摄像头获取手术外景图像，通过所述C臂机获取手术内景图像，通过显示器显示所述手术外景图像与手术内景图像。
相比于现有技术，本发明实施例的有益效果在于：本发明实施例提供了一种机器人穿刺方法与装置，方法包括通过转动C臂机控制所述C臂机以不同的照射方向照射所述手术床，获取不同的照射方向所对应的X光网格图像；根据结石在不同的X光网格图像上的位置，获取所述结石在XYZ坐标系上的坐标；获取每张X光网格图像中的器官边界图形；所述器官边界图像是指所述结石所在的器官的边界图像；根据每张X光网格图像中的器官边界图形以及预先配置的影像学图片，在所述XYZ坐标系中构建所述结石所在的器官的三维图像；根据所述器官的三维图像以及所述结石在所述XYZ坐标系上的坐标，确定最佳刺入路径；控制机械臂根据所述最佳刺入路径对所述结石进行穿刺操作。通过本发明实施例提供的方法与装置，在手术过程中无需医生手动操作穿刺针，减轻了医生的工作量，同时医生无需暴露在X光线中，并且穿刺精度高。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)或随机存储记忆体(Random AccessMemory，RAM)等。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种机器人穿刺控制方法，其特征在于，包括：
通过转动C臂机控制所述C臂机以不同的照射方向照射所述手术床，获取不同的照射方向所对应的X光网格图像；所述手术床上布置有可被C臂机识别的网格；
根据结石在不同的X光网格图像上的位置，获取所述结石在XYZ坐标系上的坐标；其中，在所述XYZ坐标系中，以C臂机的转动中心为坐标原点，以垂直于手术床且通过坐标原点的直线为Z轴，以平行于C臂机的转轴且通过坐标原点的直线为Y轴，以同时垂直于Z轴和Y轴且通过坐标原点的直线为X轴；
获取每张X光网格图像中的器官边界图形；所述器官边界图像是指所述结石所在的器官的边界图像；
根据每张X光网格图像中的器官边界图形以及预先配置的影像学图片，在所述XYZ坐标系中构建所述结石所在的器官的三维图像；
根据所述器官的三维图像以及所述结石在所述XYZ坐标系上的坐标，确定最佳刺入路径；
控制机械臂根据所述最佳刺入路径对所述结石进行穿刺操作；其中所述机械臂上安装有穿刺针。
2.如权利要求1所述的机器人穿刺方法，其特征在于，所述根据结石在不同的X光网格图像上的位置，获取所述结石在所述XYZ坐标系上的坐标，包括：
获取结石在第一照射方向所对应的X光网格图像上的坐标(x1，y1)；所述第一照射方向为Z轴的正向；
获取结石在第二照射方向所对应的X光网格图像上的坐标(x2，y2)；
根据
计算出所述结石所述结石在所述XYZ坐标系上的坐标(x1,y1,z1)；
其中，β是所述第一照射方向与所述第二照射方向之间的夹角，且β不为0。
3.如权利要求1所述的机器人穿刺方法，其特征在于，所述根据所述器官的三维图像以及所述结石在所述XYZ坐标系上的坐标，确定最佳刺入路径根据所述器官的三维图像以及所述结石在所述XYZ坐标系上的坐标，确定最佳刺入路径，包括：
根据所述器官的三维图像以及所述结石在所述XYZ坐标系上的坐标，推荐N种刺入路径；
模拟每种刺入路径的进针和退针的动作，并通过三维图像分别显示模拟的动作预计效果；
根据医生的选择指令，从所述N种刺入路径中选择一种作为最佳刺入路径。
4.如权利要求1所述的机器人穿刺方法，其特征在于，所述控制机械臂根据所述最佳刺入路径对所述结石进行穿刺操作，包括：
根据所述最佳刺入路径确定刺入点位置在所述XYZ坐标系上的坐标以及刺入方向；
根据预先获取的所述机械臂上的穿刺针在所述XYZ坐标系上的坐标以及所述刺入点位置在所述XYZ坐标系上的坐标，控制所述机械臂移动使得所述穿刺针到达所述刺入点位置；
根据所述刺入方向调整所述穿刺针的朝向，并控制所述机械臂带动所述穿刺针从所述刺入点位置刺入至所述结石所在的位置。
5.如权利要求1至4任一项所述的机器人穿刺方法，其特征在于，所述方法还包括：在控制机械臂根据所述最佳刺入路径对所述结石进行穿刺操作的过程中，通过安装在机械臂上的摄像头获取手术外景图像，通过所述C臂机获取手术内景图像，通过显示器显示所述手术外景图像与手术内景图像。
6.一种机器人穿刺控制装置，其特征在于，包括：
X光图像获取模块，用于通过转动所述C臂机控制所述C臂机以不同的照射方向照射所述手术床，获取不同的照射方向所对应的X光网格图像；所述手术床上布置有可被C臂机识别的网格；
结石坐标获取模块，用于根据结石在不同的X光网格图像上的位置，获取所述结石在XYZ坐标系上的坐标；其中，在所述XYZ坐标系中，以C臂机的转动中为坐标原点，以垂直于手术床且通过坐标原点的直线为Z轴，以平行于C臂机的转轴且通过坐标原点的直线为Y轴，以同时垂直于Z轴和Y轴且通过坐标原点的直线为X轴；
器官图形获取模块，用于获取每张X光网格图像中的器官边界图形；所述器官边界图像是指所述结石所在的器官的边界图像；
三维图像构建模块，用于根据每张X光网格图像中的器官边界图形以及预先配置的影像学图片，在所述XYZ坐标系中构建所述结石所在的器官的三维图像；
刺入路径确定模块，用于根据所述器官的三维图像以及所述结石在所述XYZ坐标系上的坐标，确定最佳刺入路径；
穿刺控制模块，用于控制机械臂根据所述最佳刺入路径对所述结石进行穿刺操作；其中所述机械臂上安装有穿刺针。
7.如权利要求6所述的机器人穿刺控制装置，其特征在于，所述结石坐标获取模块包括：
第一坐标获取单元，用于获取结石在第一照射方向所对应的X光网格图像上的坐标(x1，y1)；所述第一照射方向为Z轴的正向；
第二坐标获取单元，用于获取结石在第二照射方向所对应的X光网格图像上的坐标(x2，y2)；
第三坐标获取单元，用于根据
计算出所述结石所述结石在所述XYZ坐标系上的坐标(x1,y1,z1)；
其中，β是所述第一照射方向与所述第二照射方向之间的夹角，且β不为0。
8.如权利要求6所述的机器人穿刺控制装置，其特征在于，所述刺入路径确定模块，包括：
刺入路径推荐单元，用于根据所述器官的三维图像以及所述结石在所述XYZ坐标系上的坐标，推荐N种刺入路径；
动作模拟单元，用于模拟每种刺入路径的进针和退针的动作，并通过三维图像分别显示模拟的动作预计效果；
刺入路径确定单元，用于根据医生的选择指令，从所述N种刺入路径中选择一种作为最佳刺入路径。
9.如权利要求6所述的机器人穿刺控制装置，其特征在于，所述穿刺控制模块，包括：
刺入参数确定单元，用于根据所述最佳刺入路径确定刺入点位置在所述XYZ坐标系上的坐标以及刺入方向；
移动控制单元，用于根据预先获取的所述机械臂上的穿刺针在所述XYZ坐标系上的坐标以及所述刺入点位置在所述XYZ坐标系上的坐标，控制所述机械臂移动使得所述穿刺针到达所述刺入点位置；
刺入控制单元，用于根据所述刺入方向调整所述穿刺针的朝向，并控制所述机械臂带动所述穿刺针从所述刺入点位置刺入至所述结石所在的位置。
10.如权利要求6至9任一项所述的机器人穿刺控制装置，其特征在于，所述装置还包括：监控模块，用于在控制机械臂根据所述最佳刺入路径对所述结石进行穿刺操作的过程中，通过安装在机械臂上的摄像头获取手术外景图像，通过所述C臂机获取手术内景图像，通过显示器显示所述手术外景图像与手术内景图像。
CN201810877137.3A 2018-08-03 2018-08-03 一种机器人穿刺控制装置 Active CN109009349B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810877137.3A CN109009349B (zh) 2018-08-03 2018-08-03 一种机器人穿刺控制装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810877137.3A CN109009349B (zh) 2018-08-03 2018-08-03 一种机器人穿刺控制装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN109009349A true CN109009349A (zh) 2018-12-18
CN109009349B CN109009349B (zh) 2020-05-19

Family

ID=64649160

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810877137.3A Active CN109009349B (zh) 2018-08-03 2018-08-03 一种机器人穿刺控制装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109009349B (zh)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110074867A (zh) * 2019-06-06 2019-08-02 王君臣 一种经皮肾镜手术机器人系统
CN112386333A (zh) * 2020-11-03 2021-02-23 浙江赛弘众智网络科技有限公司 一种肺部氩氦刀手术路径数据的生成方法及系统
CN112754656A (zh) * 2021-01-12 2021-05-07 上海交通大学 一种人工耳蜗植入手术机器人及其辅助方法和辅助系统
CN113081263A (zh) * 2019-12-23 2021-07-09 武汉联影智融医疗科技有限公司 介入穿刺系统及具有其的诊疗设备
CN113940735A (zh) * 2021-10-20 2022-01-18 山东大学齐鲁医院 一种骶骨神经穿刺路径模拟规划系统及装置

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1806771A (zh) * 2006-01-26 2006-07-26 清华大学深圳研究生院 计算机辅助经皮肾穿刺取石术中的穿刺导航系统及方法
CN105963018A (zh) * 2016-04-27 2016-09-28 何滨 智能脊椎麻醉穿刺机器人系统

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1806771A (zh) * 2006-01-26 2006-07-26 清华大学深圳研究生院 计算机辅助经皮肾穿刺取石术中的穿刺导航系统及方法
CN105963018A (zh) * 2016-04-27 2016-09-28 何滨 智能脊椎麻醉穿刺机器人系统

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110074867A (zh) * 2019-06-06 2019-08-02 王君臣 一种经皮肾镜手术机器人系统
CN113081263A (zh) * 2019-12-23 2021-07-09 武汉联影智融医疗科技有限公司 介入穿刺系统及具有其的诊疗设备
CN112386333A (zh) * 2020-11-03 2021-02-23 浙江赛弘众智网络科技有限公司 一种肺部氩氦刀手术路径数据的生成方法及系统
CN112386333B (zh) * 2020-11-03 2022-04-19 浙江赛弘众智网络科技有限公司 一种肺部氩氦刀手术路径数据的生成方法及系统
CN112754656A (zh) * 2021-01-12 2021-05-07 上海交通大学 一种人工耳蜗植入手术机器人及其辅助方法和辅助系统
CN112754656B (zh) * 2021-01-12 2022-05-17 上海交通大学 一种人工耳蜗植入手术机器人及其辅助方法和辅助系统
CN113940735A (zh) * 2021-10-20 2022-01-18 山东大学齐鲁医院 一种骶骨神经穿刺路径模拟规划系统及装置
CN113940735B (zh) * 2021-10-20 2023-11-28 山东大学齐鲁医院 一种骶骨神经穿刺路径模拟规划系统及装置

Also Published As

Publication number Publication date
CN109009349B (zh) 2020-05-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109009349A (zh) 一种机器人穿刺控制方法与装置
US11696746B2 (en) Ultrasound imaging system having automatic image presentation
CN109009348A (zh) 一种机器人穿刺系统
CN206026424U (zh) 一种智能骨科手术系统
US10105187B2 (en) Systems, apparatus, methods and computer-readable storage media facilitating surgical procedures utilizing augmented reality
CN107928791A (zh) 一种机器人辅助穿刺方法、系统及装置
JP4436690B2 (ja) 被検体の再配向を用いてイメージングする方法及び装置
JP5103658B2 (ja) 柔軟な針の制御された操作
JP6785485B2 (ja) Ｘ線透視装置
US20170106208A1 (en) System and method for monitoring structural movements throughout radiation therapy
CN109561901A (zh) 用于切割骨的医疗装置
JP7469120B2 (ja) ロボット手術支援システム、ロボット手術支援システムの作動方法、及びプログラム
CN105125289B (zh) 微创医疗机器人系统
JP5999741B2 (ja) 体表面上の医療処置の位置決め装置とその使用方法
JP6980016B2 (ja) 患者位置決めが改善された歯科用撮像装置
CN105943161A (zh) 基于医疗机器人的手术导航系统及方法
CN109998648A (zh) 脑部病灶靶点穿刺定位方法及其穿刺定位装置
RU2594100C1 (ru) Способ проведения малоинвазивного хирургического вмешательства и установка "рх-1" для его осуществления
CN109674519A (zh) 一种人工引导自动穿刺装置
KR101758740B1 (ko) 의료영상을 사용하는 중재시술 가이드 방법 및 이를 위한 중재시술 시스템
CN109674518A (zh) 一种ct引导辅助定位穿刺装置
CN107669340A (zh) 3d影像手术导航机器人及其控制方法
WO2022199650A1 (zh) 计算机可读存储介质、电子设备及手术机器人系统
CN107714178A (zh) 手术导航定位机器人及其控制方法
CN109152612A (zh) 具有嵌入式成像仪的机器人手术系统

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant