CN110584784A - 机器人辅助手术系统 - Google Patents

Abstract

一种机器人辅助手术系统包括：手术机器人，用于安装执行机构；以及控制设备，包括存储器和处理器；存储器中存储有计算机程序；计算机程序被处理器执行时，使得处理器执行以下步骤：获取用于控制执行机构对目标对象执行预设操作时的导航规划方案；获取拍摄第一医学扫描图像时的目标对象与手术机器人的初始相对位置；以及控制执行机构根据导航规划方案执行预设操作；在执行机构执行预设操作的过程中，对相对位置进行监测并在监测到相对位置发生变化时，控制手术机器人和/或目标对象移动以使得二者的相对位置保持为初始相对位置。上述机器人辅助手术系统能够确保即便是目标对象发生移动后仍然可以利用位置变化前使用的导航规划方案进行导航。

Description

机器人辅助手术系统

技术领域

本发明涉及医疗设备技术领域，特别是涉及一种机器人辅助手术系统。

背景技术

基于CT导航的机器人辅助手术系统，通过CT设备在术前采集CT图像，并通过图像空间和手术空间的空间映射，将二者对应起来，实现基于图像的定位，规划指导实际空间中的机器人操作。一旦扫描完成，床体的位置就不能发生变动，否则实际空间和图像空间的关系就发生了变化，导致无法使用原来规划的手术实施方案。

发明内容

基于此，有必要针对传统的基于CT导航的机器人辅助手术系统在床体位置发生变动导致无法使用原来的规划实施方案的问题，提供一种机器人辅助手术系统。

一种机器人辅助手术系统，包括：

手术机器人，用于安装执行机构；所述执行机构用于对床体上的目标对象执行预设操作；以及

控制设备，与所述手术机器人通信连接；所述控制设备包括存储器和处理器；所述存储器中存储有计算机程序；所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行以下步骤：

获取用于控制所述执行机构对目标对象执行预设操作的导航规划方案；所述导航规划方案是基于来自医学影像设备的第一医学扫描图像和所述第一医学扫描图像的图像坐标系和所述手术机器人的机器人坐标系的关系而获得的；

获取拍摄所述第一医学扫描图像时的所述目标对象与所述手术机器人的初始相对位置；以及

控制所述执行机构根据所述导航规划方案执行所述预设操作；

其中，在所述执行机构执行所述预设操作的过程中，对所述目标对象和所述手术机器人的相对位置进行监测，并在监测到所述相对位置发生变化时，控制所述手术机器人和/或目标对象移动以使得所述手术机器人与所述目标对象的相对位置保持为所述初始相对位置。

上述机器人辅助手术系统，控制设备根据获取到的导航规划方案控制执行机构根据该导航规划方案执行预设操作。其中，导航规划方案是基于来自医学影像设备的第一医学扫描图像和第一医学扫描图像的图像坐标系与手术机器人的机器人坐标系的关系而获得的。其中，导航规划方案是基于来自医学影像设备的第一医学扫描图像和第一医学扫描图像的图像坐标系和手术机器人的机器人坐标系的关系而获得的。在执行过程中，对目标对象的位置信息进行监测，并在监测到对象和手术机器人的相对位置发生变化时，控制手术机器人和/或者目标对象移动以使得手术机器人与目标对象的相对位置保持为初始相对位置，从而确保即便是目标对象或者手术机器人发生移动后仍然可以利用位置变化前使用的导航规划方案进行导航，而无需重新生成新的导航规划方案，提高了操作效率。

在其中一个实施例中，所述获取用于控制所述执行机构对目标对象执行预设操作时的导航规划方案的步骤之前，所述计算机程序被所述处理器执行时，还使得所述处理器执行以下步骤：

通过所述医学影像设备获取所述床体上的目标对象的所述第一医学扫描图像；以及

根据所述第一医学扫描图像和所述第一医学扫描图像的图像坐标系和所述手术机器人的坐标系的关系确定所述导航规划方案。

在其中一个实施例中，所述系统还包括光学标识点和光学跟踪器；所述目标对象和所述手术机器人上分别设置光学标识点；所述光学跟踪器用于识别所述目标对象和所述手术机器人上的光学标识点并根据所述光学标识点确定所述初始相对位置。

在其中一个实施例中，所述手术机器人包括机械臂；所述机械臂用于固定所述执行机构；所述手术机器人上的光学标识点设置在所述机械臂上。

在其中一个实施例中，在所述执行机构根据所述导航规划方案执行完所述预设操作后，所述计算机程序被所述处理器执行时，还使得所述处理器执行以下步骤：

获取所述目标对象的第二医学扫描图像；

根据所述第二医学扫描图像确定执行所述预设操作后的结果；以及

在所述结果不满足预设要求时，控制所述执行机构重新执行所述预设操作。

在其中一个实施例中，在所述结果不满足预设要求时，控制所述执行机构重新执行所述预设操作的步骤为：控制所述执行机构根据前一次操作的导航规划方案执行所述预设操作，或者根据所述第二医学扫描图像确定新的导航规划方案后控制所述执行机构根据新的导航规划方案执行操作。

在其中一个实施例中，在整个操作过程中，所述计算机程序被所述处理器执行时，还使得所述处理器控制所述手术机器人与所述床体进行随动。

在其中一个实施例中，所述获取所述目标对象的第二医学扫描图像的步骤为，移动所述床体到扫描区域获取所述第二医学扫描图像，所述手术机器人不移动；

在将所述床体移动到扫描区域以获取所述第二医学扫描图像之前，存储所述床体的位置；

在获取到所述目标对象的第二医学扫描图像之后，移动所述床体至存储的位置。

在其中一个实施例中，还包括：

医学影像设备，与所述控制设备连接，用于获取所述目标对象的第一医学扫描图像；及

光学跟踪器，与所述控制设备连接，用于监测所述目标对象和所述手术机器人的相对位置状态；

其中，所述计算机程序被所述处理器执行时，还使得所述处理器根据所述光学跟踪器监测到的所述目标对象和所述手术机器人的相对位置的变化而控制所述手术机器人或者目标对象移动以保持所述手术机器人和所述目标对象的相对位置不变。

在其中一个实施例中，所述医学影像设备包括CT、MR、PET、C形臂X光机、O型臂X光机、CBCT、或者多模态医学影像设备。

在其中一个实施例中，所述预设操作包括活检、穿刺、消融、骨科磨削或骨科钻削。

一种机器人辅助手术系统，包括：

手术机器人，用于安装执行机构；所述执行机构用于对床体上的目标对象执行预设操作；以及

控制设备，与所述手术机器人通信连接；所述控制设备包括：

获取模块，获取用于控制所述执行机构对目标对象执行预设操作的导航规划方案，其中，所述导航规划方案是基于来自医学影像设备的第一医学扫描图像和所述第一医学扫描图像的图像坐标系和所述手术机器人的机器人坐标系的关系而获得的，所述获取模块还用于获取拍摄所述第一医学扫描图像时的所述目标对象与所述手术机器人的初始相对位置；

控制模块，控制所述执行机构根据所述导航规划方案执行所述预设操作；

监测模块，在所述执行机构执行所述预设操作的过程中，对所述目标对象和所述手术机器人的相对位置进行监测；

其中，在所述监测模块监测到所述相对位置发生变化时，所述控制模块控制所述手术机器人和/或目标对象移动以使得所述手术机器人与所述目标对象的相对位置保持为所述初始相对位置。

一种机器人辅助手术系统，包括：

手术机器人，用于安装执行机构；所述执行机构用于对床体上的目标对象执行预设操作；

医学影像设备，其用于扫描所述目标对象以得到第一医学扫描图像；

导航规划单元，用于规划所述执行机构对目标对象执行预设操作的导航规划方案；其中，所述导航规划方案是基于所述第一医学扫描图像和所述第一医学扫描图像的图像坐标系和所述手术机器人的机器人坐标系的关系而获得的；

光学跟踪组件，包括光学跟踪器和设置到所述手术机器人以及所述目标对象上的光学标识点，其中，所述光学跟踪器通过所述光学标识点获取拍摄所述第一医学扫描图像时所述目标对象与所述手术机器人的初始相对位置，并且在所述执行机构执行所述预设操作的过程中，对所述目标对象和所述手术机器人的相对位置进行监测；

控制器，控制所述执行机构根据所述导航规划方案执行所述预设操作，并且，在所述光学跟踪器监测到所述相对位置发生变化时，所述控制器控制所述手术机器人和/或目标对象移动以使得所述手术机器人与所述目标对象的相对位置保持为所述初始相对位置。

在其中一个实施例中，所述医学影像设备为MR、PET、C形臂X光机、O型臂X光机、CBCT、或者多模态医学影像设备。

在其中一个实施例中，所述手术机器人邻近所述医学影像设备布置。

附图说明

图1为一实施例中的机器人辅助手术系统的结构示意图；

图2为一实施例中的机器人辅助手术系统的控制方法的流程图；

图3为另一实施例中的机器人辅助手术系统的控制方法的局部流程图；

图4为一实施例中的机器人辅助手术系统中的光学标识点的示意图；

图5为又一实施例中的机器人辅助手术系统的控制方法局部流程图；

图6为另一实施例中的机器人辅助手术系统的控制设备的结构框图；

图7为又一实施例中的机器人辅助手术系统的结构框图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

图1为一实施例中的机器人辅助手术系统的结构示意图，该机器人辅助手术系统包括手术机器人110以及控制设备120。其中，手术机器人110用于安装执行机构，该执行机构用于对床体上的目标对象执行预设操作。在一实施例中，手术机器人110包括机械臂，执行机构可以安装于机械臂上。目标对象可以为需要进行治疗的患者或者需要活体取样的对象。预设操作可以为活检、穿刺、消融、骨科磨削或者骨科钻削等。执行机构则为用于执行相应操作的机构。例如，当预设操作为穿刺时，执行机构可以为自动或者半自动的穿刺机构。

控制设备120与手术机器人110进行通信连接。在一实施例中，控制设备120与手术机器人110可以相互独立设置，也可以集成在手术机器人110内。控制设备120包括存储器122和处理器124。存储器122中存储有计算机程序，该计算机程序被处理器124执行时可以用于执行对机器人辅助手术系统进行控制的方法，其步骤如图2所示。

图2为一实施例中的机器人辅助手术系统的控制方法的流程图，该方法包括以下步骤：

步骤S210，获取用于控制执行机构对目标对象执行预设操作时的导航规划方案。

导航规划方案是基于来自医学影像设备的第一医学扫描图像和第一医学扫描图像的图像坐标与手术机器人的机器人坐标系的关系而获得的。医学影像设备可以为CT、MR、PET、C形臂X光机、O型臂X光机、CBCT、或者多模态医学影像设备等。根据第一医学扫描图像可以确定目标对象与床体的相对关系，由于拍摄第一医学扫描图像时手术机器人相对床体固定，则手术机器人相对于目标对象的关系可知，并且手术机器人的实际手术空间与第一医学扫描图像空间的坐标也可知，因此可以基于第一医学扫描图像和第一医学扫描图像的图像坐标与手术机器人的机器人坐标系的关系制定导航规划方案。

导航规划方案可以直接由导航规划软件根据医学影像设备的图像，如CT设备的CT图像，制定后输出给控制设备，也可以医师根据医学影像设备输出的CT图像制定并输出给控制设备，也可以由导航规划软件根据医学影像设备输出的图像进行规划再由医师根据其经验进行部分调整而制定并输出给控制设备。在其他的实施例中，也可以由医学影像设备将第一医学扫描图像输出给控制设备，并由控制设备根据该第一医学扫描图像和第一医学扫描图像的图像坐标与手术机器人的机器人坐标系的关系制定。在本实施例中，为区别于后续校验过程中出现的医学扫描图像，导航规划方案所利用的医学扫描图像称之为第一医学扫描图像。

步骤S220，获取拍摄第一医学扫描图像时的目标对象与手术机器人的初始相对位置。

由于导航规划方案是基于第一医学扫描图像所确定的，通过将图像空间和手术空间的空间映射，将二者对应起来实现基于图像的定位，进而制定用于规划指导实际空间的手术机器人操作的方案。扫描完成，后续若变动扫描床体(如，平移或转动)，则实际空间和图像空间的对应关系就发生了变化。因此，需要获取在拍摄第一医学扫描图像时手术机器人与目标对象的初始相对位置。

在一实施例中，手术机器人和目标对象的初始相对位置可以由光学跟踪器对手术机器人以及目标对象上的光学标识点进行跟踪识别来确定。在其他的实施例中，手术机器人和目标对象的初始相对位置还可以由医师人工进行确定后输出给控制设备。

步骤S230，控制执行机构根据导航规划方案执行预设操作，在执行机构执行预设操作过程中，对目标对象和手术机器人的相对位置进行监测，并在监测到该相对位置发生变化时，控制手术机器人和/或者目标对象移动以使得手术机器人与目标对象的相对位置保持为初始相对位置。

在执行机构根据导航规划方案对目标对象执行预设操作时，一旦目标对象的位置发生变动，则可能导致执行机构无法沿用当前的导航规划方案来继续完成预设操作。目标对象的位置变动可以是由目标对象局部麻醉而产生的运动导致，或者是操作过程中导致目标对象的位置变动，也还可以是由于床体位置发生变动从而导致目标对象发生位置变动。因此，在执行机构执行预设操作的过程中，会间歇性地或者持续地对目标对象以及手术机器人的相对位置进行监测。目标对象以及手术机器人的相对位置关系可以由光学跟踪器进行实时跟踪后输出给控制设备，从而由控制设备内的监测模块对该相对位置进行监测，并在监测到相对位置发生变动时，控制手术机器人或者目标对象跟随另一方做同样的变动，或者恢复导致产生相对运动的一方到之前的位置，或者以不同幅度同时调整手术机器人和目标对象，从而确保目标对象与手术机器人的相对位置保持为初始相对位置。例如，可以控制手术机器人跟随目标对象做相同的变动。在一实施例中，执行机构安装在手术机器人的机械臂上。此时，可以以机械臂与目标对象的相对位置作为手术机器人与目标对象的相对位置。因此，在监测到相对位置关系发生变化时，可以控制手术机器人的机械臂发生移动，以确保机械臂与目标对象保持相对位置不变。

在另一实施例中，上述机器人辅助手术系统还包括光学跟踪器。此时，目标对象和手术机器人的相对位置可以由光学跟踪器进行监测，从而在其监测到目标对象和手术机器人的相对位置关系发生变化时，由控制设备控制手术机器人和/或者目标对象移动以保持手术机器人和目标对象的相对位置不变。

执行机构执行预设操作以及手术机器人的随动过程的实现由控制设备分别独立进行控制，二者互不干扰。

上述机器人辅助手术系统，控制设备根据获取到的导航规划方案控制执行机构根据导航规划方案执行预设操作。导航规划方案是基于来自医学影像设备的第一医学扫描图像和第一医学扫描图像的图像坐标系与手术机器人的机器人坐标系的关系而获得的。在执行预设操作过程中，对目标对象和手术机器人的相对位置关系的信息进行监测，并在监测到其相对位置发生变化时，控制手术机器人和/或者目标对象移动以使得手术机器人与目标对象的相对位置保持为初始相对位置，从而确保即便是目标对象或者手术机器人发生移动后仍然可以利用位置变化前使用的导航规划方案进行导航，而无需重新生成新的导航规划方案，提高了操作效率。

在一实施例中，上述方法还包括步骤S310和步骤S320，如图3所示。

步骤S310，通过医学影像设备获取床体上的目标对象的第一医学扫描图像。

目标对象的第一医学扫描图像由医学影像设备拍摄得到。医学影像设备将拍摄得到的第一医学扫描图像进行输出。在一实施例中，医学影像设备还会将拍摄得到的第一医学扫描图像进行显示，以供医师进行查看。

步骤S320，根据第一医学扫描图像确定所述导航规划方案。

在一实施例中，导航规划方案可以由导航规划软件直接根据获取到的第一医学扫描图像制定。该导航规划软件可以安装到医学影像设备上或者其他计算设备上，医学影像设备或者其他计算设备还可以具有学习功能或者其存储有相应的模型，从而根据获取到的第一医学扫描图像即可根据预设操作确定导航规划方案。在另一实施例中，导航规划方案也可以由控制设备来制定。此时，控制设备接收医学影像设备输出的第一医学扫描图像，从而根据该第一医学扫描图像确定导航规划方案。在其他的实施例中，导航规划方案也可以直接由医师根据医学影像设备获取到第一医学扫描图像制定，并输出给控制设备。

在一实施例中，机器人辅助手术系统还包括光学标识点和光学跟踪器。光学标识点设置在目标对象和手术机器人上。光学跟踪器用于对光学标识点进行跟踪，从而确定目标对象和手术机器人的相对位置。光学标识点可以为主动式或者被动式的。当光学标识点为主动式的，光学标识点能够主动向外发生红外光信号，从而由光学跟踪器接收信号，并根据接收到的信号确定其位置信息。当光学标识点为被动式的，光学跟踪器可以主动发送光学信息，并接收由光学标识点反射回来的信息后根据该信息确定各自的位置并最终确定出目标对象和手术机器人的相对位置。

在本实施例中，在目标对象和手术机器人110上分别设置一个光学标识点P1、P2，如图4所示。在本实施例中，光学跟踪器可以为主动式光学跟踪器，因此，对应的光学标识点可以为被动式标识点。每一被动式标识点均包括一组识别点。识别点表面为反光材料，以增强对来自光学跟踪器的红外光的反射能力。每一组识别点的数量可以根据需要设置。在本实施例中，一组识别点中包括四个位于同一平面内的四个识别点。因此，光学跟踪器可以根据四个识别点反射的光信息确定该被动式标识点的位置。在其他的实施例中，被动式标识点可以有多个，也即可以设置多组这样的识别点。目标对象上的光学标识点可以设置在目标对象的体表区域，如设置在病灶区域附近。手术机器人上的光学标识点可以设置在机械臂上，从而确保光学跟踪器可以跟踪目标对象以及手术机器人的运动状态。光学跟踪器可以通过目标对象和手术机器人的光学标识点进行识别抓取来确定二者的相对位置。

在一实施例中，在执行机构执行完预设操作后，也即步骤S230之后还包括步骤S240～S280，如图5所示。

步骤S240，获取目标对象的第二医学扫描图像。

通常在执行机构执行完预设操作时，医师并无法知晓其操作结果是否满足预设要求，比如是否完成预期的任务，或者是否达到预期的效果等。因此需要将目标对象再次送入至医学影像设备的扫描空间内，以获得第二医学扫描图像。

步骤S250，根据第二医学扫描图像确定执行预设操作后的结果。

预设操作的结果可以为预设操作的完成度或者效果等。预设操作的结果可以由医学影像设备或者控制设备根据第二医学扫描图像确定，也可以由医师根据第二医学扫描图像确定。

步骤S260，判断预设操作的结果是否满足预设要求。

在预设操作的结果不满足预设要求时，执行步骤S270，否则执行步骤S280。

步骤S270，控制执行机构重新对目标对象执行预设操作。

在一实施例中，可以根据之前也即第一医学扫描图像确定的导航规划方案来重新对目标对象执行预设操作。在另一实施例中，也可以根据获取到的第二医学扫描图像重新制定新的导航规划方案后再根据新的导航规划方案对目标对象执行预设操作，并在操作完成后返回执行步骤S240，再次对执行结果进行校验，直至执行结果满足预设要求。

步骤S280，结束操作。

在执行结果满足预设要求后结束操作。

通过对执行结果进行校验，可以确保执行机构执行的预设操作能够达到预设要求。

在一实施例中，在步骤S270的过程中，始终控制手术机器人跟随床体的运动而运动。具体地，利用光学导航设备监测床体的移动，从而控制手术机器人也跟随床体的移动做相同的移动。在另一实施例中，也可以向床体和手术机器人发生相同的移动指令，以控制手术机器人随床运动。例如，在首次完成预设操作后，将床体再次送入医学影像设备的扫描空间，此时手术机器人也跟随运动或者手术机器人不跟随移动，仅控制手术机器人的执行末端跟随床体移动。在获取到第二医学扫描图像后，将床体推出医学影像设备的扫描空间，此时手术机器人或者手术机器人的执行末端也跟随一起运动出来，保持与目标对象的相对位置不变，可以继续进行进一步预设操作，直至操作结果满足要求后结束。

在一实施例中，在步骤S240之前，可以存储床体的位置信息。因此，在执行步骤S240时，控制手术机器人不跟随床体移动，而仅将床体移动至医学影像设备的扫描空间内。当步骤S260判断出操作结果并不满足预设要求时，将床体从医学影像设备的扫描空间内移出，并移动至存储的位置信息对应的位置处，从而使得手术机器人和目标对象的相对位置关系不变，以继续进一步执行该预设操作，直至操作结果满足要求后结束。

本发明一实施例还提供一种机器人辅助手术系统，其包括手术机器人和控制设备。其中，控制设备620包括获取模块622、控制模块624以及监测模块626，如图6所示。获取模块622获取用于控制执行机构对目标对象执行预设操作的导航规划方案。其中，导航规划方案是基于来自医学影像设备的第一医学扫描图像和所述第一医学扫描图像的图像坐标系与手术机器人的机器人坐标系的关系而获得的。获取模块622还用于获取拍摄第一医学扫描图像时的目标对象与手术机器人的初始相对位置。控制模块624用于控制执行机构根据导航规划方案执行预设操作。预设操作包括活检、穿刺、消融、骨科磨削或骨科钻削。监测模块626用于在执行机构执行所述预设操作的过程中，对目标对象和手术机器人的相对位置进行监测。在监测模块626监测到相对位置发生变化时，控制模块624控制手术机器人和/或目标对象移动以使得手术机器人与目标对象的相对位置保持为初始相对位置。

在一实施例，获取模块622还用于通过医学影像设备获取床体上的目标对象的第一医学扫描图像。医学影像设备包括CT、MR、PET、C形臂X光机、O型臂X光机、CBCT、或者多模态医学影像设备。控制模块624则用于根据第一医学扫描图像和第一医学扫描图像的图像坐标系与手术机器人的坐标系的关系确定导航规划方案。

在一实施例中，上述机器人辅助手术系统还包括光学标识点和光学跟踪器。目标对象和手术机器人上分别设置光学标识点。光学跟踪器用于识别目标对象和手术机器人上的光学标识点并根据光学标识点确定拍摄第一医学扫描图像时手术机器人与目标对象的初始相对位置。获取模块622则通过光学跟踪器获取到该初始相对位置。

在一实施例中，控制模块624还用于在执行机构根据导航规划方案执行完预设操作后，控制获取模块622获取目标对象的第二医学扫描图像。控制模块624根据第二医学扫描图像确定执行所述预设操作后的结果，并在结果不满足预设要求时，控制执行机构重新执行预设操作。具体地，控制模块624控制执行机构根据前一次操作的导航规划方案执行预设操作，或者根据第二医学扫描图像确定新的导航规划方案后控制执行机构根据新的导航规划方案执行操作。在一实施例中，在整个操作过程中，控制模块624控制手术机器人与床体进行随动。

在一实施例中，控制模块624在控制获取模块622获取目标对象的第二医学扫描图像时，控制床体移动到扫描区域获取第二医学扫描图像，并控制手术机器人不移动；在将床体移动到扫描区域以获取第二医学扫描图像之前，存储床体的位置；并在获取模块622获取到所述目标对象的第二医学扫描图像之后，控制床体移动至存储的位置。

本发明一实施例还提供一种机器人辅助手术系统，其包括手术机器人710、医学影像设备720、导航规划单元(图中未示)、光学跟踪组件730以及控制器(图中未示)。手术机器人710用于安装执行机构。执行机构用于对床体上的目标对象执行预设操作。医学影像设备720用于扫描目标对象以得到第一医学扫描图像。医学影像设备720为MR、PET、C形臂X光机、O型臂X光机、CBCT、或者多模态医学影像设备。导航规划单元用于规划执行机构对目标对象执行预设操作时的导航规划方案。导航规划方案是基于第一医学扫描图像和第一医学扫描图像的图像坐标系与手术机器人的机器人坐标系的关系而获得的。光学跟踪组件730包括光学跟踪器732和设置到手术机器人以及目标对象上的光学标识点734。其中，光学跟踪器732通过光学标识点734获取拍摄第一医学扫描图像时目标对象与所述手术机器人的初始相对位置，并且在执行机构执行预设操作的过程中，对目标对象和手术机器人的相对位置进行监测。控制器控制执行机构根据导航规划方案执行预设操作，并且，在光学跟踪器732监测到该相对位置发生变化时，控制器控制手术机器人和/或目标对象移动以使得手术机器人与目标对象的相对位置保持为初始相对位置。

在一实施例中，手术机器人710邻近医学影像设备720布置，从而可以在获取到导航规划方案后，由控制器控制手术机器人710上安装的执行机构对床体上的目标对象执行预设操作。

在一实施例中，控制器还用于在执行机构根据导航规划方案执行完预设操作后，控制医学影像设备720获取目标对象的第二医学扫描图像。控制器根据第二医学扫描图像确定执行所述预设操作后的结果，并在结果不满足预设要求时，控制执行机构重新执行预设操作。具体地，控制器控制执行机构根据前一次操作的导航规划方案执行预设操作，或者根据第二医学扫描图像确定新的导航规划方案后控制执行机构根据新的导航规划方案执行操作。在一实施例中，在整个操作过程中，控制器控制手术机器人与床体进行随动。

在一实施例中，控制器在控制医学影像设备720获取目标对象的第二医学扫描图像时，控制床体移动到扫描区域获取第二医学扫描图像，并控制手术机器人不移动；在将床体移动到扫描区域以获取第二医学扫描图像之前，存储床体的位置；并在医学影像设备720获取到所述目标对象的第二医学扫描图像之后，控制床体移动至存储的位置。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (15)

1.一种机器人辅助手术系统，其特征在于，包括：

手术机器人，用于安装执行机构；所述执行机构用于对床体上的目标对象执行预设操作；以及

控制设备，与所述手术机器人通信连接；所述控制设备包括存储器和处理器；所述存储器中存储有计算机程序；所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行以下步骤：

获取用于控制所述执行机构对目标对象执行预设操作的导航规划方案；所述导航规划方案是基于来自医学影像设备的第一医学扫描图像和所述第一医学扫描图像的图像坐标系和所述手术机器人的机器人坐标系的关系而获得的；

获取拍摄所述第一医学扫描图像时的所述目标对象与所述手术机器人的初始相对位置；以及

控制所述执行机构根据所述导航规划方案执行所述预设操作；

其中，在所述执行机构执行所述预设操作的过程中，对所述目标对象和所述手术机器人的相对位置进行监测，并在监测到所述相对位置发生变化时，控制所述手术机器人和/或目标对象移动以使得所述手术机器人与所述目标对象的相对位置保持为所述初始相对位置。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述获取用于控制所述执行机构对目标对象执行预设操作时的导航规划方案的步骤之前，所述计算机程序被所述处理器执行时，还使得所述处理器执行以下步骤：

通过所述医学影像设备获取所述床体上的目标对象的所述第一医学扫描图像；以及

根据所述第一医学扫描图像和所述第一医学扫描图像的图像坐标系和所述手术机器人的坐标系的关系确定所述导航规划方案。

3.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述系统还包括光学标识点和光学跟踪器；所述目标对象和所述手术机器人上分别设置光学标识点；所述光学跟踪器用于识别所述目标对象和所述手术机器人上的光学标识点并根据所述光学标识点确定所述初始相对位置。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述手术机器人包括机械臂；所述机械臂用于固定所述执行机构；所述手术机器人上的光学标识点设置在所述机械臂上。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，在所述执行机构根据所述导航规划方案执行完所述预设操作后，所述计算机程序被所述处理器执行时，还使得所述处理器执行以下步骤：

获取所述目标对象的第二医学扫描图像；

根据所述第二医学扫描图像确定执行所述预设操作后的结果；以及

在所述结果不满足预设要求时，控制所述执行机构重新执行所述预设操作。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，在所述结果不满足预设要求时，控制所述执行机构重新执行所述预设操作的步骤为：控制所述执行机构根据前一次操作的导航规划方案执行所述预设操作，或者根据所述第二医学扫描图像确定新的导航规划方案后控制所述执行机构根据新的导航规划方案执行操作。

7.根据权利要求5或6所述的系统，其特征在于，在整个操作过程中，所述计算机程序被所述处理器执行时，还使得所述处理器控制所述手术机器人与所述床体进行随动。

8.根据权利要求5或6所述的系统，其特征在于，所述获取所述目标对象的第二医学扫描图像的步骤为，移动所述床体到扫描区域获取所述第二医学扫描图像，所述手术机器人不移动；

在将所述床体移动到扫描区域以获取所述第二医学扫描图像之前，存储所述床体的位置；

在获取到所述目标对象的第二医学扫描图像之后，移动所述床体至存储的位置。

9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括：

医学影像设备，与所述控制设备连接，用于获取所述目标对象的第一医学扫描图像；及

光学跟踪器，与所述控制设备连接，用于监测所述目标对象和所述手术机器人的相对位置状态；

其中，所述计算机程序被所述处理器执行时，还使得所述处理器根据所述光学跟踪器监测到的所述目标对象和所述手术机器人的相对位置的变化而控制所述手术机器人和/或者目标对象移动以保持所述手术机器人和所述目标对象的相对位置不变。

10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述医学影像设备包括CT、MR、PET、C形臂X光机、O型臂X光机、CBCT、或者多模态医学影像设备。

11.根据权利要求1～10任一所述的系统，其特征在于，所述预设操作包括活检、穿刺、消融、骨科磨削或骨科钻削。

12.一种机器人辅助手术系统，其特征在于，包括：

手术机器人，用于安装执行机构；所述执行机构用于对床体上的目标对象执行预设操作；以及

控制设备，与所述手术机器人通信连接；所述控制设备包括：

获取模块，获取用于控制所述执行机构对目标对象执行预设操作的导航规划方案，其中，所述导航规划方案是基于来自医学影像设备的第一医学扫描图像和所述第一医学扫描图像的图像坐标系和所述手术机器人的机器人坐标系的关系而获得的，所述获取模块还用于获取拍摄所述第一医学扫描图像时的所述目标对象与所述手术机器人的初始相对位置；

控制模块，控制所述执行机构根据所述导航规划方案执行所述预设操作；

监测模块，在所述执行机构执行所述预设操作的过程中，对所述目标对象和所述手术机器人的相对位置进行监测；

其中，在所述监测模块监测到所述相对位置发生变化时，所述控制模块控制所述手术机器人和/或目标对象移动以使得所述手术机器人与所述目标对象的相对位置保持为所述初始相对位置。

13.一种机器人辅助手术系统，其特征在于，包括：

手术机器人，用于安装执行机构；所述执行机构用于对床体上的目标对象执行预设操作；

医学影像设备，其用于扫描所述目标对象以得到第一医学扫描图像；

导航规划单元，用于规划所述执行机构对目标对象执行预设操作的导航规划方案；其中，所述导航规划方案是基于所述第一医学扫描图像和所述第一医学扫描图像的图像坐标系和所述手术机器人的机器人坐标系的关系而获得的；

光学跟踪组件，包括光学跟踪器和设置到所述手术机器人以及所述目标对象上的光学标识点，其中，所述光学跟踪器通过所述光学标识点获取拍摄所述第一医学扫描图像时所述目标对象与所述手术机器人的初始相对位置，并且在所述执行机构执行所述预设操作的过程中，对所述目标对象和所述手术机器人的相对位置进行监测；

控制器，控制所述执行机构根据所述导航规划方案执行所述预设操作，并且，在所述光学跟踪器监测到所述相对位置发生变化时，所述控制器控制所述手术机器人和/或目标对象移动以使得所述手术机器人与所述目标对象的相对位置保持为所述初始相对位置。

14.根据权利要求13所述的机器人辅助手术系统，其特征在于，所述医学影像设备为MR、PET、C形臂X光机、O型臂X光机、CBCT、或者多模态医学影像设备。

15.根据权利要求14所述的机器人辅助手术系统，其特征在于，所述手术机器人邻近所述医学影像设备布置。