CN109806004A

CN109806004A - 一种基于云数据技术的手术机器人系统及操作方法

Info

Publication number: CN109806004A
Application number: CN201910205526.6A
Authority: CN
Inventors: 章航
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2019-03-18
Filing date: 2019-03-18
Publication date: 2019-05-28

Abstract

本发明公开了一种基于云数据技术的手术机器人系统及操作方法，所述手术机器人系统包括手术机器人主机、机械臂、手术器械及摄像头、云数据、外科医生、立体摄像头和立体显示屏，所述操作方法包括手术机器人先根据需要执行的手术种类、病情、性质从云端寻找过往案例，选择最佳方案之后，外科医生对方案进行审核；手术中，机器人对经过云数据分析学习之后的每一步操作先进行演示，取得外科医生认可之后才可以实际执行，外科医生可以随时中断进程，改进操作；本发明能够根据手术大数据深度学习，自行执行手术任务的手术机器人将最终取代机械臂机器人，为人类做出更好、更安全、更快、更精确的手术。

Description

一种基于云数据技术的手术机器人系统及操作方法

技术领域

本发明涉及手术机器人领域，尤其是涉及一种基于云数据技术的手术机器人系统及操作方法。

背景技术

目前，以手术机器人已经在市场上得到广泛使用，为微创手术、精确手术，减少手术人员、减轻外科医生工作强度做出了巨大贡献。但纵观这些手术机器人，基本上都是人工操作的机械臂，还不是真正意义上可以自行做手术的机器人。另一方面，近两年人工智能技术，特别是神经网络深度学习技术的突飞猛进，为可以自主手术的真正的手术机器人发展提供了可能。

发明内容

针对上述情况，为克服现有技术的缺陷，本发明提供一种基于云数据技术的手术机器人系统及操作方法，解决了手术机器人，基本上都是人工操作的机械臂，还不是真正意义上可以自行做手术的机器人的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于云数据技术的手术机器人系统，包括手术机器人主机、机械臂、手术器械及摄像头、云数据、外科医生、立体摄像头和立体显示屏，所述手术机器人主机包括深度学习系统、动作控制模块、视觉识别系统和图像处理生成模块，手术机器人主机用于控制机械臂，手术机器人主机的上方设置有用于手术的机械臂，机械臂的下方设置有手术器械及摄像头，手术机器人主机通过云数据连接外科医生、立体摄像头和立体显示屏。

一种基于云数据技术的手术机器人操作方法，所述操作方法包括手术机器人根据需要执行的手术种类、病情、性质从云端寻找过往案例，选择最佳方案之后，外科医生对方案进行审核，手术进行过程中，机器人对经过云数据分析学习之后的每一步操作先进行演示，取得外科医生认可之后才可以实际执行，外科医生可以随时中断进程，改进操作，在这种情况下，手术机器人通过立体摄像头精确读取外科医生演示的操作。

根据上述技术方案，所述操作方法还包括所述当手术开始时，机器人根据手术方案将安装在机械臂末端的手术器械及摄像头送达病灶点，然后根据手术方案，随时研习云数据，一步一步指挥手术签完成操作任务；动作控制模块在接收根据手术方案生成的命令后根据规划系统提供的轨迹参数生成机器人运动指令，该指令经通信模块发送给机器人的控制器，机器人在该指令控制下完成指定的操作，该机器人的灵巧操作空间可以有效覆盖手术的操作空间。

根据上述技术方案，所述在手术过程中，机器人会依据某个或某些优化准则，如工作代价最小、行走路线最短、行走时间最短等，在机器人工作空间中找到一条从起始状态到目标状态、可以避开障碍物的最优路径，同时，在手术过程中，由摄像机、图像采集卡和计算模块组成的图像处理模块跟踪拍摄目标器官组织立体图，使用空间映射技术，将器官组织的一系列空间坐标系间的变换关系，用齐次变换矩阵表示，当在图像空间获得目标靶点和手术路径信息后，通过空间映射关系可以在机器人操作空间中获得它们的描述，该机器人视觉识别模块完成图像的获取、图像的处理和分析、输出和显示，核心任务是特征提取、图像分割和图像辨识，另一方面，该机器人采用采用光电式方法获得手术器械的位置姿势信息，实时获得手术器械在某一已知空间中的位姿，该位姿信息和已知的手术器械尺寸信息，作为手术机器人导引下一步动作的运算基础。

根据上述技术方案，所述手术过程中，该手术机器人系统采用多传感器信息融合技术、自主导航技术。

根据上述技术方案，所述机器人系统手术过程中，每一步操作都先演示，后执行。

根据上述技术方案，所述手术过程中，当外科医生需要调整操作时，由立体摄像头及运算模块等组成的视觉识别系统会识别外科医生的演示动作。

根据上述技术方案，所述机器人系统手术过程中的所有数据都上传至云端，作为所有共享手术机器人的智能自主手术的经验大数据。

本发明能够根据手术大数据深度学习，使云机器人逐步具有独立工作能力，自行执行手术任务的手术机器人将最终取代机械臂机器人，为人类做出更好、更安全、更快、更精确的手术。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明手术机器人系统结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图1对本发明的具体实施方式做进一步详细说明。

实施例，由图1给出，一种基于云数据技术的手术机器人系统，包括手术机器人主机1、机械臂2、手术器械及摄像头3、云数据、外科医生、立体摄像头5和立体显示屏6，手术机器人主机1包括深度学习系统、动作控制模块、视觉识别系统和图像处理生成模块，手术机器人主机1用于控制机械臂2，手术机器人主机1的上方设置有用于手术的机械臂2，机械臂2的下方设置有手术器械及摄像头3，手术机器人主机1通过云数据连接外科医生、立体摄像头5和立体显示屏6。

一种基于云数据技术的手术机器人操作方法，操作方法包括手术机器人根据需要执行的手术种类、病情、性质从云端寻找过往案例，选择最佳方案之后，外科医生对方案进行审核，手术进行过程中，机器人对经过云数据分析学习之后的每一步操作先进行演示，取得外科医生认可之后才可以实际执行，外科医生可以随时中断进程，改进操作，在这种情况下，手术机器人通过立体摄像头5精确读取外科医生演示的操作。

根据上述技术方案，操作方法还包括当手术开始时，机器人根据手术方案将安装在机械臂2末端的手术器械及摄像头3送达病灶点，然后根据手术方案，随时研习云数据，一步一步指挥手术签完成操作任务；动作控制模块在接收根据手术方案生成的命令后根据规划系统提供的轨迹参数生成机器人运动指令，该指令经通信模块发送给机器人的控制器，机器人在该指令控制下完成指定的操作，该机器人的灵巧操作空间可以有效覆盖手术的操作空间。

根据上述技术方案，在手术过程中，机器人会依据某个或某些优化准则，如工作代价最小、行走路线最短、行走时间最短等，在机器人工作空间中找到一条从起始状态到目标状态、可以避开障碍物的最优路径，同时，在手术过程中，由摄像机、图像采集卡和计算模块组成的图像处理模块跟踪拍摄目标器官组织立体图，使用空间映射技术，将器官组织的一系列空间坐标系间的变换关系，用齐次变换矩阵表示，当在图像空间获得目标靶点和手术路径信息后，通过空间映射关系可以在机器人操作空间中获得它们的描述，该机器人视觉识别模块完成图像的获取、图像的处理和分析、输出和显示，核心任务是特征提取、图像分割和图像辨识，另一方面，该机器人采用采用光电式方法获得手术器械的位置姿势信息，实时获得手术器械在某一已知空间中的位姿，该位姿信息和已知的手术器械尺寸信息，作为手术机器人导引下一步动作的运算基础。

根据上述技术方案，手术过程中，该手术机器人系统采用多传感器信息融合技术、自主导航技术。

根据上述技术方案，机器人系统手术过程中，每一步操作都先演示，后执行。

根据上述技术方案，手术过程中，当外科医生需要调整操作时，由立体摄像头5及运算模块等组成的视觉识别系统会识别外科医生的演示动作。

根据上述技术方案，机器人系统手术过程中的所有数据都上传至云端，作为所有共享手术机器人的智能自主手术的经验大数据。

本发明使用时当手术开始时，机器人根据手术方案将安装在机械臂2末端的手术器械及摄像头3送达病灶点，然后根据手术方案，随时研习云数据，一步一步指挥手术签完成操作任务动作控制模块在接收根据手术方案生成的命令后根据规划系统提供的轨迹参数生成机器人运动指令，该指令经通信模块发送给机器人的控制器，机器人在该指令控制下完成指定的操作该机器人的灵巧操作空间可以有效覆盖手术的操作空间，以保证规划手术方案的无死角实施在手术的路径选取时，该机器人会避开一些人体的重要组织，具有冗余特性，即具有较好的避障能力在手术过程中，该机器人会依据某个或某些优化准则，如工作代价最小、行走路线最短、行走时间最短等，在机器人工作空间中找到一条从起始状态到目标状态、可以避开障碍物的最优路径同时，在手术过程中，由摄像机、图像采集卡和计算模块组成的图像处理模块跟踪拍摄目标器官组织立体图，使用空间映射技术，将器官组织的一系列空间坐标系间的变换关系，用齐次变换矩阵表示，当在图像空间获得目标靶点和手术路径信息后，通过空间映射关系可以在机器人操作空间中获得它们的描述该机器人视觉识别模块完成图像的获取、图像的处理和分析、输出和显示，核心任务是特征提取、图像分割和图像辨识另一方面，该机器人采用采用光电式方法获得手术器械的位置姿势信息，实时获得手术器械在某一已知空间中的位姿该位姿信息和已知的手术器械尺寸信息，作为手术机器人导引下一步动作的运算基础手术过程中，该手术机器人系统采用多传感器信息融合技术、自主导航技术每一个手术的所有手术数据上传到云端数据库，以备以后类似手术自己和他人的深度学习数据资料初期阶段，可能外科医生仍然具有一定工作强度，但一段时间之后，由于众多云手术机器人不断积累的可以共享的大数据使机器人具有越来越多的知识经验，很快超过单个外科医生的知识经验，将会做出越来越好的手术，水平很快会超过人类外科医生。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种基于云数据技术的手术机器人系统，包括手术机器人主机（1）、机械臂（2）、手术器械及摄像头（3）、云数据、外科医生（4）、立体摄像头（5）和立体显示屏（6），其特征在于，所述手术机器人主机（1）包括深度学习系统、动作控制模块、视觉识别系统和图像处理生成模块，手术机器人主机（1）用于控制机械臂（2），手术机器人主机（1）的上方设置有用于手术的机械臂（2），机械臂（2）的下方设置有手术器械及摄像头（3），手术机器人主机（1）通过云数据连接外科医生（4）、立体摄像头（5）和立体显示屏（6）。

2.根据权利要求1所述的一种基于云数据技术的手术机器人操作方法，其特征在于，所述操作方法包括手术机器人根据需要执行的手术种类、病情、性质从云端寻找过往案例，选择最佳方案之后，外科医生对方案进行审核，手术进行过程中，机器人对经过云数据分析学习之后的每一步操作先进行演示，取得外科医生认可之后才可以实际执行，外科医生可以随时中断进程，改进操作，在这种情况下，手术机器人通过立体摄像头（5）精确读取外科医生演示的操作。

3.根据权利要求2所述的一种基于云数据技术的手术机器人操作方法，其特征在于，所述操作方法还包括所述当手术开始时，机器人根据手术方案将安装在机械臂（2）末端的手术器械及摄像头（3）送达病灶点，然后根据手术方案，随时研习云数据，一步一步指挥手术签完成操作任务；动作控制模块在接收根据手术方案生成的命令后根据规划系统提供的轨迹参数生成机器人运动指令，该指令经通信模块发送给机器人的控制器，机器人在该指令控制下完成指定的操作，该机器人的灵巧操作空间可以有效覆盖手术的操作空间。

4.根据权利要求2所述的一种基于云数据技术的手术机器人操作方法，其特征在于，所述在手术过程中，机器人会依据某个或某些优化准则，如工作代价最小、行走路线最短、行走时间最短等，在机器人工作空间中找到一条从起始状态到目标状态、可以避开障碍物的最优路径，同时，在手术过程中，由摄像机、图像采集卡和计算模块组成的图像处理模块跟踪拍摄目标器官组织立体图，使用空间映射技术，将器官组织的一系列空间坐标系间的变换关系，用齐次变换矩阵表示，当在图像空间获得目标靶点和手术路径信息后，通过空间映射关系可以在机器人操作空间中获得它们的描述，该机器人视觉识别模块完成图像的获取、图像的处理和分析、输出和显示，核心任务是特征提取、图像分割和图像辨识，另一方面，该机器人采用采用光电式方法获得手术器械的位置姿势信息，实时获得手术器械在某一已知空间中的位姿，该位姿信息和已知的手术器械尺寸信息，作为手术机器人导引下一步动作的运算基础。

5.根据权利要求1所述的一种基于云数据技术的手术机器人系统，其特征在于，所述手术过程中，该手术机器人系统采用多传感器信息融合技术、自主导航技术。

6.根据权利要求1所述的一种基于云数据技术的手术机器人系统，其特征在于，所述机器人系统手术过程中，每一步操作都先演示，后执行。

7.根据权利要求1所述的一种基于云数据技术的手术机器人系统，其特征在于，所述手术过程中，当外科医生需要调整操作时，由立体摄像头（5）及运算模块等组成的视觉识别系统会识别外科医生的演示动作。

8.根据权利要求1所述的一种基于云数据技术的手术机器人系统，其特征在于，所述机器人系统手术过程中的所有数据都上传至云端，作为所有共享手术机器人的智能自主手术的经验大数据。