CN111128362A - 一种眼科手术智能控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种眼科手术智能控制系统，该系统包括：终端运作平台，用于获取手术方案，根据手术方案生成智能机器人手臂运行轨迹及时长信息；至少两个智能机器人手臂，分别与终端运作平台连接，用于根据智能机器人手臂运行轨迹及时长信息执行操作；显微影像设备，与终端运作平台连接，用于实时采集手术过程中患者术眼的眼球3D结构光学影像信息，并将患者术眼的眼球3D结构光学影像信息转换成眼球3D结构数字影像信息发送给终端运作平台。通过使用智能机器人手臂的操作代替现有眼科手术过程中大量的人工操作，可以避免人为判断误差或者由于医生经验不足产生的偏倚和不当操作，减少并发症，从而大大提高眼科手术操作的精确度和手术质量。

Description

一种眼科手术智能控制系统

技术领域

本发明涉及眼科手术技术领域，具体涉及一种眼科手术智能控制系统。

背景技术

当前的眼科手术依然保留了传统的操作流程，即前期检查-医生诊断-手术医生实施手术。其中，在手术医生实施手术的整个过程中，医生始终承担着全部的任务。

由于眼科手术的手术区域比较小，而且眼部组织比较精细、紧密，易损伤，因此对手术操作的精度要求非常高。现有的眼科手术中，由于人工实施手术过程的每个环节，医生在手术过程中主要靠经验和主观判断，容易出现判断误差，从而造成手术并发症等的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供了一种眼科手术智能控制系统，以解决现有的眼科手术中医生在手术过程中主要靠经验和主观判断，容易出现判断误差，从而造成手术并发症等的问题。

根据第一方面，本发明实施例提供了一种眼科手术智能控制系统，包括：终端运作平台，用于获取手术方案，根据手术方案生成智能机器人手臂运行轨迹及时长信息；至少两个智能机器人手臂，分别与终端运作平台连接，用于根据智能机器人手臂运行轨迹及时长信息执行操作；显微影像设备，与终端运作平台连接，用于实时采集手术过程中患者术眼的眼球3D结构光学影像信息，并将患者术眼的眼球3D结构光学影像信息转换成眼球3D结构数字影像信息发送给终端运作平台；终端运作平台还用于根据眼球3D结构数字影像信息对手术过程进行监测。

可选地，眼科手术智能控制系统还包括：超声乳化仪，与终端运作平台连接，用于在智能机器人手臂的操作下对患者的术眼进行白内障超声乳化手术；玻璃体切割机，与终端运作平台连接，用于在智能机器人手臂的操作下对患者的术眼进行玻璃体、视网膜手术。

可选地，眼科手术智能控制系统还包括：激光仪器，与终端运作平台连接，用于在智能机器人手臂的操作下对患者的术眼进行制作角膜切口、撕囊、劈核、视网膜光凝。

可选地，眼科手术智能控制系统还包括：角膜、结膜、巩膜缝合设备，与终端运作平台连接，用于在智能机器人手臂的操作下对患者的术眼进行缝合。

可选地，终端运作平台，还用于根据手术方案生成眼球3D手术图并进行显示。

可选地，终端运作平台还用于根据眼球3D手术图及眼球3D结构数字影像信息计算手术路线偏离精度值；眼科手术智能控制系统还包括：多媒体影像显示终端，与终端运作平台连接，用于根据眼球3D结构数字影像信息显示手术过程中患者的眼球3D结构及手术线路偏离精度值。

可选地，眼科手术智能控制系统还包括：人体感应探头，设置在智能机器人手臂上，用于监测患者的行为特征，并将患者的行为特征发送给终端运作平台；多个红外探头，设置在智能机器人手臂上，用于监测患者术眼的生理特征，并将患者术眼的生理特征发送给终端运作平台；多个超声感应探头，设置在智能机器人手臂上，用于监测患者术眼的生理特征，并将患者术眼的生理特征发送给终端运作平台。

可选地，智能机器人手臂与显微影像设备固定连接。

可选地，显微影像设备为光学相干断层扫描仪。

可选地，终端运作平台包括：模型训练模块，具体用于：获取手术案例及手术案例对应的运行轨迹、时长信息，并对手术案例及手术案例对应的运行轨迹、时长信息进行学习，得到手术方案模型。

可选地，终端运作平台包括：手术方案构建模块，具体用于：根据手术方案绘制眼球3D结构图，将眼球3D结构图、手术方案输入手术方案模型中，得到眼球3D手术图，根据3D手术图生成智能机器人手臂运行轨迹及时长信息。

本发明实施例提供的眼科手术智能控制系统，通过设置终端运作平台获取手术方案，根据手术方案生成智能机器人手臂运行轨迹及时长信息，设置至少两个智能机器人手臂，用于根据智能机器人手臂运行轨迹及时长信息执行操作，从而可以通过智能机器人手臂对患者进行眼科手术，使用智能机器人手臂的操作代替现有眼科手术过程中大量的人工操作，解决医生在手术过程中由于主观判断误差或者经验不足等原因，容易出现意外状况或者手术并发症等问题，且智能机器人手臂运转灵活、具有很高的稳定性和精准度，从而显著提高眼科手术过程中的精度，减少人为的误操作以及手术并发症等。通过设置显微影像设备实时采集手术过程中患者术眼的眼球3D结构光学影像信息，并将患者术眼的眼球3D结构光学影像信息转换成眼球3D结构数字影像信息发送给终端运作平台，手术医生可以通过观看终端运作平台上的眼球3D结构数字影像信息，对手术过程进行实时监控，保证手术的安全。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出了本发明实施例的眼科手术智能控制系统的结构示意图；

图2示出了本发明实施例的眼科手术智能控制系统的另一结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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眼科手术智能控制系统，如图1所示，包括：终端运作平台1，用于获取手术方案，根据手术方案生成智能机器人手臂运行轨迹及时长信息；至少两个智能机器人手臂2，分别与终端运作平台1连接，用于根据智能机器人手臂运行轨迹及时长信息执行操作；显微影像设备3，与终端运作平台1连接，用于实时采集手术过程中患者术眼的眼球3D结构光学影像信息，并将患者术眼的眼球3D结构光学影像信息转换成眼球3D结构数字影像信息发送给终端运作平台1；终端运作平台1还用于根据眼球3D结构数字影像信息对手术过程进行监测。

具体地，终端运作平台1是基于神经网络AI芯片设计的智能主机，具有眼科影像与医疗数据分析软件，与显微影像设备3(智能显微镜、光学相干断层扫描仪等)连接。显微影像设备3可以进行术前及术中眼球扫描，扫描数据上传至终端运作平台3进行术前分析、病变标记等。终端运作平台1可以接收手术医生输入的手术方案或将术前检查数据上传云端服务器，在云端服务器制定手术方案后，接收云端服务器发送的手术方案，在获取到手术方案后，绘制眼球3D手术图，计算手术切口位置、超声乳化的活动半径、所需超乳能量、玻璃体切割的活动半径、黄斑前膜撕除范围等，并根据这些信息生成智能机器人手臂的运行轨迹及时长信息。终端运行平台1与智能机器人手臂2连接，将智能机器人手臂的运行轨迹及时长信息发送到智能机器人手臂2。智能机器人手臂2设置在手术室手术床的上方，对应于患者的术眼前方部位。智能机器人手臂2根据智能机器人手臂运行轨迹及时长信息执行操作，对患者进行眼科手术。终端运行平台1还连接手术室周边设备仪器(激光仪器、超声乳化仪、玻璃体切割机及角膜、结膜、巩膜缝合设备等)进行手术运作管理。在整个手术过程中，医生所起到的作用就是人为监管手术过程，显微影像设备3实时采集手术过程中患者术眼的眼球3D结构光学影像信息，并将患者术眼的眼球3D结构光学影像信息转换成眼球3D结构数字影像信息发送给终端运作平台1，医生可以根据眼球3D结构数字影像信息，监察手术的全部过程和进展状况以及术眼眼球解剖结构的改变情况，同时终端运作平台1还可以将眼球3D结构数字影像信息与术前绘制的眼球3D手术图进行比较，计算手术偏离精度值，并进行显示，以便医生实时观察手术偏离精度值，可以根据实际情况调整手术方案。

本发明实施例提供的眼科手术智能控制系统，通过设置终端运作平台获取手术方案，根据手术方案生成智能机器人手臂运行轨迹及时长信息，设置至少两个智能机器人手臂，用于根据智能机器人手臂运行轨迹及时长信息执行操作，从而可以通过智能机器人手臂对患者进行眼科手术，使用智能机器人手臂的操作代替现有眼科手术过程中大量的人工操作，解决医生在手术过程中人为失误、主观判断误差等，进而大大降低了手术并发症等问题，且智能机器人手臂运转灵活、具有很高的稳定性和精确度，从而可以提高眼科手术过程中的精度，减少对眼球不必要的损害和手术并发症等，并且，通过设置显微影像设备实时采集手术过程中患者的眼球3D结构光学影像信息，并将患者的眼球3D结构光学影像信息转换成眼球3D结构数字影像信息发送给终端运作平台，手术医生可以通过观看终端运作平台上的眼球3D结构数字影像信息，对手术过程进行实时监控，保证手术的安全。

在可选的实施例中，眼科手术智能控制系统还包括：超声乳化仪4，与终端运作平台1连接，用于在智能机器人手臂2的操作下对患者的术眼进行白内障超声乳化手术；玻璃体切割机8，与终端运作平台1连接，用于在智能机器人手臂2的操作下对患者的术眼进行玻璃体、视网膜手术。具体地，超声乳化仪4和玻璃体切割机8可用于对患者的白内障和玻璃体视网膜病变的手术过程中。超声乳化仪4和玻璃体切割机8与智能机器人手臂2协同工作，超声乳化仪4和玻璃体切割机8可以独立于智能机器人手臂2设置，也可以集成在智能机器人手臂2上。超声乳化仪4或玻璃体切割机8独立于智能机器人手臂2设置时，需要设计卡口，以便可以在智能机器人手臂2的操作下，对患者的眼球进行超声乳化或玻璃体切割手术。超声乳化仪4或玻璃体切割机8集成在智能机器人手臂2上时，则智能机器人手臂2无需频繁更换手术工具，可以直接打开超声乳化仪4或玻璃体切割机8进行超声乳化或玻璃体切割手术。

在可选的实施例中，眼科手术智能控制系统还包括：激光仪器5，与终端运作平台1连接，用于在智能机器人手臂2的操作下对患者的术眼进行制作角膜切口、撕囊、劈核、视网膜光凝等。具体地，激光仪器5与智能机器人手臂2协同工作，激光仪器5可以独立于智能机器人手臂2设置，也可以集成在智能机器人手臂2上。激光仪器5独立于智能机器人手臂2设置时，需要设计卡口，以便可以固定在智能机器人手臂2上。激光仪器5集成在智能机器人手臂2上时，则智能机器人手臂2无需频繁更换手术工具，可以直接打开激光仪器5进行制作角膜切口、撕囊、劈核、视网膜光凝等。

在可选的实施例中，眼科手术智能控制系统还包括：角膜、结膜、巩膜缝合设备6，与终端运作平台1连接，用于在智能机器人手臂2的操作下对患者的术眼进行缝合。具体地，为了解决角膜、结膜、巩膜缝合的难题，该眼科手术智能控制系统使用角膜、结膜、巩膜缝合外挂设备对患者的术眼进行缝合。角膜、结膜、巩膜缝合设备6与智能机器人手臂2协同工作。

在可选的实施例中，终端运作平台1，还用于根据手术方案生成眼球3D手术图并进行显示。具体的，终端运作平台1根据手术方案生成眼球3D手术图。根据眼球3D手术图、智能机器人手臂运行轨迹及时长信息可以生成智能机器人手臂运行轨迹动画图。医生可以根据需求演示手术过程，计算手术时长以及风险值等。终端运作平台1还可以在眼球3D手术图上标记禁区、设置警告区。在可选的实施例中，终端运作平台还用于根据眼球3D手术图及眼球3D结构数字影像信息计算手术路线偏离精度值；眼科手术智能控制系统还包括：多媒体影像显示终端7，与终端运作平台1连接，用于根据眼球3D结构数字影像信息显示手术过程中患者的眼球3D结构及手术线路偏离精度值。具体的，终端运作平台1可以根据眼球3D结构数字影像信息实时获取智能机器人手臂2的运行轨迹，与术前绘制的眼球3D手术图进行比较，计算手术偏离精度值，并进行显示，以便医生实时观察手术偏离精度值。一旦有风险异常警告，医生可切入半自动进行参数调整，或进入全手动模式，人工完成手术过程，以最大程度保障手术的安全。多媒体影像显示终端7可以为可穿戴3D立体影像投放，例如3D立体显示眼镜，多媒体影像显示终端7也可以为全息投影显示设备，例如全息投影仪。

在可选的实施例中，眼科手术智能控制系统还包括：人体感应探头，设置在智能机器人手臂2上，用于监测患者的行为特征，并将患者的行为特征发送给终端运作平台1；多个红外探头，设置在智能机器人手臂2上，用于监测患者术眼的生理特征，并将患者术眼的生理特征发送给终端运作平台1；多个超声感应探头，设置在智能机器人手臂2上，用于监测患者术眼的生理特征，并将患者术眼的生理特征发送给终端运作平台1。人体感应探头、红外探头及超声感应探头对手术患者进行严密监测，并将获取数据发送给终端运作平台1，对患者的生理特征及行为动态都做预判评估分析，可提前预估偏移临界值，并进行自行调整，超过警告值将选择暂缓手术等。

在可选的实施例中，智能机器人手臂与显微影像设备固定连接。

在可选的实施例中，显微影像设备3为光学相干断层扫描仪。具体的，光学相干断层扫描仪是集成式智能显微设备，同时具有断层扫描功能，也是手术过程可视化的最大影像操作平台。

在可选的实施例中，终端运作平台1包括：模型训练模块，具体用于：获取手术案例及手术案例对应的运行轨迹、时长信息，并对手术案例及手术案例对应的运行轨迹、时长信息进行学习，得到手术方案模型。具体地，终端运作平台1是基于神经网络AI芯片设计的智能主机，具有眼科影像与医疗数据分析软件。可以让终端运作平台1解读海量的手术案例和手术案例对应的运行轨迹、时长信息，通过对各种眼科疾病、眼科手术进行学习，得到手术方案模型。同时终端运作平台1还可以进行大量的临床工作，积累了众多的经验后，终端运作平台1不断对自己进行调整与升级，日趋成熟与合理化。终端运作平台根据手术案例及手术案例对应的运行轨迹、时长信息进行学习，通过大数据分析，以及临床经验，能提出较人为更科学更合理的手术方案。终端运作平台1在人工智能和学术引导下，对眼科的探索将进入到另外一个思维空间。

在可选的实施例中，终端运作平台1包括：手术方案构建模块，具体用于：根据手术方案绘制眼球3D结构图，将眼球3D结构图、手术方案输入手术方案模型中，得到眼球3D手术图，根据3D手术图生成智能机器人手臂运行轨迹及时长信息。具体地，终端运作平台1在获取到手术方案后，可以根据手术方案进行眼球3D结构图的绘制，进而根据绘制的眼球3D结构图、手术方案输入手术方案模型中，通过大数据分析计算智能机器人手臂2操作手术切口位置以及超声乳化、玻璃体切割的活动半径等，根据这些信息确定手术器材运行轨迹及时长信息，也即智能机器人手臂2的运行轨迹及时长信息。终端运作平台根据手术方案、眼球3D结构图和大数据进行分析，可以设定合理个性化的手术器材运行轨迹及时长信息，从而指导智能机器人手臂进行操作，从而可以提高眼科手术过程中的精度，减少对眼球不必要的损害和手术并发症。

为了进一步说明本发明，本发明实施例以一具体实施例进行说明。

终端运作平台获取患者眼部结构扫描数据、测量数据后，将患者眼部结构扫描数据、测量数据上传至云端服务器。云端服务器对眼科从业人员开放登陆，可以相互分享手术案例和参与方案研讨。云端服务器通过AI芯片对眼科手术数据加以分类管理与研究，对AI芯片GPU构成的数据影像进行分析。云端服务器可作为远程管理手术终端平台，交互手术影像及临床手术数据信息，为手术医生执行远程手术提供后台服务。云端服务器根据患者眼部结构扫描数据、测量数据匹配手术方案，并将手术方案下发至终端运作平台，终端运作平台接收云端服务器发送的手术方案，根据所得手术方案，构建绘制眼球3D结构图，计算智能机器人手臂操作手术切口位置以及超声乳化的活动半径，并标记禁区，设置警告区域，生成眼球3D手术图，根据3D手术图生成智能机器人手臂运行轨迹及时长信息。终端运作平台将运行轨迹及时长信息发送给智能机器人手臂。

人机配合实施手术：

1.待患者在手术团队完成术前消毒、铺巾及麻醉等工作后，智能机器人手臂进入工作状态，下载完成相关数据。

2.测试并根据需求演示手术过程，计算手术时长以及风险值等。

3.由手术医生选择智能全自动操作或人机配合操作。

4.当选择智能全自动操作模式后，智能机器人手臂启动并进入手术状态，对患者手术部位进行切口、撕囊、劈核以及超声乳化、玻璃体切割等一系列工作。显微影像设备实时采集手术过程中患者的眼球3D结构光学影像信息，并将患者的眼球3D结构光学影像信息转换成眼球3D结构数字影像信息发送给终端运作平台。

5.医生通过3D可穿戴影像显示设备或全息投影设备进行全过程监管：实时观察眼球3D结构数字影像信息，以及手术路线偏离精度值。一旦有风险异常警告，医生可切入半自动进行参数调整，或进入全手动模式，人工完成手术过程，以最大程度保障手术的安全。

6.整个手术过程中皆为高精度操作，根据所配备的体感探头等，可以对患者术眼的生理特征及行为动态进行监测，通过终端运作平台做预判评估分析，可提前预估偏移临界值，并进行自行调整，超过警告值将选择暂缓手术等。

在整个环节中，医生所起到的作用就是人为监管手术过程，可以通过3D立体显示终端，监察手术的进度。显微影像设备将手术实时影像转换为数字3D影像，医生可以清晰地观察到立体的手术界面的进展状况，远大于传统人眼通过手术显微镜观察的区间值。同时还可以根据眼球3D结构数字影像信息结合眼球3D手术图进行手术实时观察。智能机器人手臂工作均在高精度严格管控下进行运作。

虽然结合附图描述了本发明的实施例，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下作出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。

Claims (11)

1.一种眼科手术智能控制系统，其特征在于，包括：

终端运作平台，用于获取手术方案，根据所述手术方案生成智能机器人手臂运行轨迹及时长信息；

至少两个智能机器人手臂，分别与所述终端运作平台连接，用于根据所述智能机器人手臂运行轨迹及时长信息执行操作；

显微影像设备，与所述终端运作平台连接，用于实时采集手术过程中患者术眼的眼球3D结构光学影像信息，并将所述患者术眼的眼球3D结构光学影像信息转换成眼球3D结构数字影像信息发送给所述终端运作平台；

所述终端运作平台还用于根据所述眼球3D结构数字影像信息对手术过程进行监测。

2.根据权利要求1所述的眼科手术智能控制系统，其特征在于，还包括：

超声乳化仪，与所述终端运作平台连接，用于在所述智能机器人手臂的操作下对患者的术眼进行白内障超声乳化手术；

玻璃体切割机，与所述终端运作平台连接，用于在所述智能机器人手臂的操作下对患者的术眼进行玻璃体、视网膜手术。

3.根据权利要求1所述的眼科手术智能控制系统，其特征在于，还包括：

激光仪器，与所述终端运作平台连接，用于在所述智能机器人手臂的操作下对患者的术眼进行制作角膜切口、撕囊、劈核、视网膜光凝。

4.根据权利要求1所述的眼科手术智能控制系统，其特征在于，还包括：

角膜、结膜、巩膜缝合设备，与所述终端运作平台连接，用于在所述智能机器人手臂的操作下对患者的术眼进行缝合。

5.根据权利要求1所述的眼科手术智能控制系统，其特征在于，所述终端运作平台还用于根据所述手术方案生成眼球3D手术图并进行显示。

6.根据权利要求5所述的眼科手术智能控制系统，其特征在于，所述终端运作平台还用于根据所述眼球3D手术图及所述眼球3D结构数字影像信息计算手术路线偏离精度值；

所述眼科手术智能控制系统还包括：

多媒体影像显示终端，与所述终端运作平台连接，用于根据所述眼球3D结构数字影像信息显示手术过程中患者的眼球3D结构及手术线路偏离精度值。

7.根据权利要求1所述的眼科手术智能控制系统，其特征在于，还包括：

人体感应探头，设置在所述智能机器人手臂上，用于监测所述患者的行为特征，并将所述患者的行为特征发送给所述终端运作平台；

多个红外探头，设置在所述智能机器人手臂上，用于监测所述患者术眼的生理特征，并将所述患者术眼的生理特征发送给所述终端运作平台；

多个超声感应探头，设置在所述智能机器人手臂上，用于监测所述患者术眼的生理特征，并将所述患者术眼的生理特征发送给所述终端运作平台。

8.根据权利要求1所述的眼科手术智能控制系统，其特征在于，所述智能机器人手臂与所述显微影像设备固定连接。

9.根据权利要求1所述的眼科手术智能控制系统，其特征在于，所述显微影像设备为光学相干断层扫描仪。

10.根据权利要求1所述的眼科手术智能控制系统，其特征在于，所述终端运作平台包括：模型训练模块，具体用于：

获取手术案例及所述手术案例对应的运行轨迹、时长信息，并对所述手术案例及所述手术案例对应的运行轨迹、时长信息进行学习，得到手术方案模型。

11.根据权利要求10所述的眼科手术智能控制系统，其特征在于，所述终端运作平台包括：手术方案构建模块，具体用于：

根据手术方案绘制眼球3D结构图，将所述眼球3D结构图、所述手术方案输入所述手术方案模型中，得到眼球3D手术图，根据3D手术图生成智能机器人手臂运行轨迹及时长信息。

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