CN112957218B - 手术床控制方法、手术床控制系统、电子装置和存储介质 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种手术床控制方法、手术床控制系统、电子装置和存储介质，通过在手术床的上方确定手术执行机构的操作点；将操作点的位置转换到调节装置的控制坐标系内；在控制坐标系内控制调节装置带动手术床以操作点为远心不动点进行运动，解决了相关技术中的手术床在术中调整姿态容易导致切口撕裂的问题，实现了避免了切口撕裂的效果，也提高了手术床的控制效率。

Description

手术床控制方法、手术床控制系统、电子装置和存储介质

技术领域

本申请涉及机械控制领域，特别是涉及手术床控制方法、手术床控制系统、电子装置和存储介质。

背景技术

在外科手术中，对于一些在腹腔或胸腔中比较隐蔽的器官，如胰腺前列腺，开放式的手术需要开很大的切口才能接触目标器官，即使用微创手术中细长灵活的器械深入人体内，也会由于难以暴露手术空间而难以进行。

另外，由于在术中移动手术床可能导致创口被撕裂，因此在相关技术中手术床的位置通常是固定的。

发明内容

在本实施例中提供了一种手术床控制方法、手术床控制系统、电子装置和存储介质，以解决相关技术中的手术床在术中调整姿态容易导致切口撕裂的问题。

第一个方面，在本实施例中提供了一种手术床控制方法，应用于具有调节装置和床板的手术床，所述床板安装于所述调节装置，并能够在所述调节装置的带动下运动，所述手术床控制方法包括：在所述手术床的上方确定手术执行机构的操作点；将所述操作点的位置转换到所述调节装置的控制坐标系内；在所述控制坐标系内控制所述调节装置带动所述手术床以所述操作点为远心不动点进行运动。

在其中的一些实施例中，所述手术执行机构具有远心不动点；其中，在所述手术床的上方确定操作点包括：获取所述手术执行机构的远心不动点的位置；将所述手术执行机构的远心不动点作为所述操作点。

在其中的一些实施例中，所述手术执行机构搭载于串联机械臂；其中，在所述手术床的上方确定操作点包括：控制所述串联机械臂运动，以将所述手术执行机构的末端端点运动到所述手术床的上方；获取所述手术执行机构的末端端点的位置，并将所述手术执行机构的末端端点作为所述操作点。

在其中的一些实施例中，所述手术执行机构包括：第一多自由度并联平台和手术器械，所述第一多自由度并联平台包括第一动平台、第一静平台及多个第一伸缩组件，多个所述第一伸缩组件设置在所述第一动平台与所述第一静平台之间，所述第一静平台与所述串联机械臂连接，所述手术器械搭载于所述第一动平台；所述第一多自由度并联平台的远心不动点即为所述手术执行机构的远心不动点。

在其中的一些实施例中，所述手术执行机构通过主操作手以主从映射方式进行运动控制；其中，获取所述手术执行机构的末端端点的位置包括：获取所述主操作手的位移量，并将所述位移量按照预设比例映射到所述第一多自由度并联平台的所述静平台坐标系，得到所述手术执行机构的末端端点在所述静平台坐标系内的第一位置信息；根据建立在所述串联机械臂的末端的所述静平台坐标系到参考坐标系的转换关系以及所述第一位置信息，确定所述手术执行机构的末端端点在所述参考坐标系内的第二位置信息；根据所述参考坐标系到所述控制坐标系的转换关系以及所述第二位置信息，确定所述手术执行机构的末端端点在所述控制坐标系内的第三位置信息。

在其中的一些实施例中，所述调节装置包括：第二多自由度并联平台、十字导轨和锁止结构，所述第二多自由度并联平台包括第二动平台、第二静平台及多个第二伸缩组件，多个所述第二伸缩组件设置在所述第二动平台与所述第二静平台之间，所述第二静平台与所述手术床的底座连接，所述第二动平台与所述十字导轨连接，所述锁止结构用于锁定所述第二动平台与所述十字导轨的相对运动；其中，在所述控制坐标系内控制所述调节装置带动所述手术床以所述操作点为远心不动点进行运动之前，所述方法还包括：在所述锁止结构未锁定状态下，控制所述第二动平台沿所述十字导轨相对运动；在所述床板运动到预定位置后，控制所述锁止结构锁定所述第二动平台与所述十字导轨的相对运动。

在其中的一些实施例中，所述操作点在所述第二动平台上的投影与所述第二动平台的几何中心重合；其中，所述第二多自由度并联平台的控制坐标系的原点与所述第二静平台的几何中心重合，XY轴平面与所述第二静平台平行；所述第二多自由度并联平台的动平台坐标系的原点与所述第二动平台的几何中心重合，XY轴平面与所述第二动平台平行。

第二方面，在本实施例中提供了一种手术床控制系统，所述手术床控制系统包括：电子装置和手术床，所述手术床具有调节装置和床板，所述床板安装于所述调节装置，并能够在所述调节装置的带动下运动，所述电子装置包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器被设置为运行所述计算机程序以执行第一方面所述的手术床控制方法。

第三方面，在本实施例中提供了一种电子装置，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器被设置为运行所述计算机程序以执行第一方面所述的手术床控制方法。

第四方面，本实施例中提供了一种存储介质，所述存储介质中存储有计算机程序，其中，所述计算机程序被设置为运行时执行第一方面所述的手术床控制方法。

与相关技术相比，在本实施例中提供的手术床控制方法、手术床控制系统、电子装置和存储介质，通过在手术床的上方确定手术执行机构的操作点；将操作点的位置转换到调节装置的控制坐标系内；在控制坐标系内控制调节装置带动手术床以操作点为远心不动点进行运动，解决了相关技术中的手术床在术中调整姿态容易导致切口撕裂的问题，实现了避免了切口撕裂，也提高了手术床的控制效率。

本申请的一个或多个实施例的细节在以下附图和描述中提出，以使本申请的其他特征、目的和优点更加简明易懂。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1为本发明一个实施例中手术床的整体结构示意图。

图2为本发明一个实施例中调节装置的结构示意图。

图3为本发明一个实施例中手术床控制方法的流程图。

图4为本发明一个实施例中坐标系的示意图。

具体实施方式

为更清楚地理解本申请的目的、技术方案和优点，下面结合附图和实施例，对本申请进行了描述和说明。

除另作定义外，本申请所涉及的技术术语或者科学术语应具有本申请所属技术领域具备一般技能的人所理解的一般含义。在本申请中的“一”、“一个”、“一种”、“该”、“这些”等类似的词并不表示数量上的限制，它们可以是单数或者复数。在本申请中所涉及的术语“包括”、“包含”、“具有”及其任何变体，其目的是涵盖不排他的包含；例如，包含一系列步骤或模块(单元)的过程、方法和系统、产品或设备并未限定于列出的步骤或模块(单元)，而可包括未列出的步骤或模块(单元)，或者可包括这些过程、方法、产品或设备固有的其他步骤或模块(单元)。在本申请中所涉及的“连接”、“相连”、“耦接”等类似的词语并不限定于物理的或机械连接，而可以包括电气连接，无论是直接连接还是间接连接。在本申请中所涉及的“多个”是指两个或两个以上。“和/或”描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，“A和/或B”可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。通常情况下，字符“/”表示前后关联的对象是一种“或”的关系。在本申请中所涉及的术语“第一”、“第二”、“第三”等，只是对相似对象进行区分，并不代表针对对象的特定排序。

图1为本发明一个实施例中手术床100的整体结构示意图，如图1所示，本实施例中的手术床100包括床板10及调节装置20，床板10安装于调节装置20，并能够在调节装置20的带动下运动；调节装置20具有六个运动自由度，在手术过程中，术者能够根据需要调节手术床100倾斜、升降、转动以及平移的幅度，以调整患者的体位，获得更好的术野及操作角度，解决了现有技术中手术床100调整不够灵活的问题。

请一并参阅图2，图2为图1所示手术床中调节装置20的结构示意图。

在其中的一些实施例中，在本实施例中，调节装置20包括多自由度并联平台，该多自由度并联平台包括：第二动平台21、第二静平台22及多个第二伸缩组件23，多个第二伸缩组件23设置在第二动平台21与第二静平台22之间；床板10安装于第二动平台21，第二动平台21能够在多个第二伸缩组件23伸缩配合的作用下运动，并带动床板10运动。本发明中的调节装置20通过机械连接构成六个运动自由度的结构，结构更加紧凑，便于手术床100向小型化方向发展，运动精度高，响应速度快，安装简便，相对于现有技术中的手术床100，能够实现较大范围的倾斜调节及升降调节，还能够实现转动调节及平移调节可以理解，在其他实施例中，也可以通过其他机构实现调节装置20具有六个运动自由度。

现有技术中的手术床在使用前，术者需要观察液压油缸内液压油的剩余量以及液压油是否有乳化现象，及时添加或更换液压油，以保证手术床的正常使用，给术者的工作带来负担。在本申请实施例中，第二伸缩组件23优选为电缸。电缸包括相互连接的伺服电机及滚珠丝杆，滚珠丝杆能够将伺服电机的旋转运动转换成直线运动，通过伺服电机精确控制转速、转数等参数，实现滚珠丝杆精确的位置定位以及推力控制，从而实现高精度直线运动。此外，第二伸缩组件23使用电缸而非液压油缸，为术者减少了检查液压油的工作负担，解决了使用液压动力源带来的术者工作繁琐等问题。

为了提高调节装置20的稳定性，在本实施例中，各第二伸缩组件23与第二动平台21之间的多个转动连接点共圆设置，各第二伸缩组件23与第二静平台22之间的转动连接点共圆设置；位于第二动平台21上的转动连接点所围设形成的圆形直径，是位于第二静平台22上的转动连接点所围设形成的圆形直径的1倍至2倍。

如此设置，本发明提供的调节装置20通过第二动平台21、第二静平台22以及位于第二动平台21与第二静平台22之间多个第二伸缩组件23构成并联机构，利用并联机构的误差非累积特性提高了调节装置20的运动精度；同时多个第二伸缩组件23之间相互独立的驱动方式提高了载荷能力，能够保证手术床100能够承载较大的重量。此外，第二动平台21在相对第二静平台22运动的过程中具有较小的颤动，各个第二伸缩组件23之间的误差总量能够相互弥补，从而使得手术床100的稳定性提升。

为了实现第二伸缩组件23与第二动平台21及第二静平台22之间的转动连接，第二伸缩组件23的两端分别设置有球铰接头与虎克铰链接头；第二伸缩组件23通过球铰接头连接至第二静平台22与第二动平台21中的一者，并通过虎克铰链接头连接至第二静平台22与第二动平台21中的另一者。

如此设置，第二伸缩组件23的两端能够分别与第二动平台21以及第二静平台22实现转动连接，第二伸缩组件23的连接性能较佳。

为了在实现第二伸缩组件23与第二动平台21及第二静平台22之间转动连接的基础上兼顾成本，调节装置20还包括缸套，缸套套设并转动连接于第二伸缩组件23；缸套在相对远离第二伸缩组件23的一端以及第二伸缩组件23在相对远离缸套的一端上，分别设置有虎克铰链接头；缸套与第二伸缩组件23中的一者，通过对应的虎克铰链接头连接至第二动平台21；缸套与第二伸缩组件23中的另一者，通过对应的虎克铰链接头连接至第二静平台22。

如此设置，第二伸缩组件23可以通过制造难度较低、成本低廉的虎克铰链接头便实现第二动平台21与第二静平台22之间的动力传输，无需设置造价高昂、容易损坏的球铰接头，具有较佳的性价比优势。

为了提高调节装置20的运动稳定性，第二伸缩组件23的数量为六个，第二伸缩组件23与第二动平台21之间的各转动连接点均相互间隔设置；且第二伸缩组件23与第二静平台22之间的各转动连接点也均相互间隔设置。

如此设置，通过采用间隔式的转动连接点的分布形式，减少了各个第二伸缩组件23之间的颤动干扰，能够进一步提升调节装置20的运动稳定性。

为了提高调节装置20的运动稳定性，第二伸缩组件23与第二动平台21的各转动连接点之间以就近的方式两两成对，每一组同对的两个转动连接点与第二动平台21的中心之间均对应形成一个夹角，各夹角之间的大小相等。

如此设置，第二伸缩组件23在第二动平台21上的转动连接点将以两两配对组合的方式设置，调节装置20的运动稳定性提升，同时便于实现运动学解析。

为了进一步提高调节装置20的运动稳定性，第二伸缩组件23与第二静平台22之间的各转动连接点之间以就近的方式两两成对，每一组同对的两个转动连接点与第二静平台22的中心之间均对应形成一个第二夹角，各第二夹角之间的大小相等。

如此设置，第二伸缩组件23在第二静平台22上的转动连接点将以两两配对组合的方式设置，调节装置20的运动稳定性提升，同时便于实现运动学解析。

值得说明的是，在本实施例中，第二动平台21的外周尺寸小于第二静平台22的外周尺寸。如此设置，根据手术床100的设置，第二静平台22相对靠近地面，第二动平台21相对靠近床板10，第二动平台21的外周尺寸小于第二静平台22的外周尺寸，形成上小下大的结构，使得调节装置20在运动时更加稳定，提高了床板10在跟随第二动平台21运动时的平稳性。

在其中的一些实施例中，在本实施例中，第二动平台21安装于床板10的中部，且第二动平台21在床板10宽度方向上的尺寸不小于床板10宽度的一半。第二动平台21安装在床板10的中部且在床板10宽度方向上的尺寸不小于床板10宽度的一半，能够进一步提高第二动平台21在带动床板10运动时的稳定性，避免手术过程中床板10在倾斜、升降、转动或平移时不稳定，对患者造成伤害。

可以理解，在其他实施方式中，第二动平台21在床板10宽度方向上的尺寸也可以小于床板10宽度的一半，还可以大于床板10的宽度；当然，也可以通过多个调节装置20相互配合来实现床板10的稳定运动。

再具体地说，在本实施例中，第二动平台21的外周形状为圆形；及/或，第二动平台21安装于床板10一侧的外周边设有倒角。将第二动平台21设置为圆形，以及将第二动平台21的外周边设置倒角，均能够避免第二动平台21在带动床板10运动时磨损床板10，延长了床板10的使用寿命。

可以理解，第二动平台21的外周形状也可以是椭圆形或其他形状，只要能够防止磨损床板10即可。

在其中的一些实施例中，手术床100还包括底座30，底座30位于调节装置20相对远离床板10的一侧，第二静平台22固定安装于底座30。第二静平台22与底座30之间能够预先固定安装，在将手术床100固定在病房内时，直接将底座30固定安装即可，能够减少手术床100固定安装所需时长，并且底座30起到能够保护第二静平台22的作用，延长第二静平台22的使用寿命。

可以理解，在其他实施方式中，手术床100也可以直接通过第二静平台22实现固定安装，例如直接将第二静平台22固定在地面上，或固定安装在其他支架上。

在其中的一些实施例中，手术床100还包括连接件(图未示)，底座30上开设有连接孔，连接件能够穿设连接孔并将底座30固定。通过设置连接件，能够更加简便快捷地将底座30固定，从而减少安装手术床100所需的时长。

在其中的一些实施例中，手术床100还包括平衡块(图未示)，平衡块安装于底座30，平衡块与底座30的总重量至少比床板10重量大200千克。通过平衡块增加底座30的重量，以保持床板10与底座30之间的平衡，避免患者在转移到床板10上时，手术床100发生倾翻等状况；此外，能够通过调整平衡块的重量来调整底座30与平衡块的总重量，使得手术床100在安装和使用时更加灵活。具体的，平衡块可以为一个，也可以为多个；多个平衡块的重量可以相同，也可以不同；只要能够实现配重的效果即可。

在其中的一些实施例中，床板10相对远离调节装置20的一侧向内凹陷并用于供患者躺卧。床板10向内凹陷不仅能够使得患者躺在手术床100上时更加舒适，而且具有限位的功能，防止床板10在跟随调节装置20运动时，患者在床板10上的移动幅度过大，影响手术进展。可以理解，在其他实施方式中，床板10用于供患者躺卧的一侧也可以为平面，只要患者能够躺卧于床板10上即可。

值得说明的是，床板10可以为一块支撑板，也可以包括多个支撑板，例如头板、背板、座板、腿板等，分别用来承载患者不同的部位。调节装置20可以按照需求安装在某一个或某几个支撑板下侧。

在其中的一些实施例中，手术床100还包括固定件(图未示)，固定件连接于床板10，并能够将患者固定在床板10上。通过设置固定件，能够更好地固定患者，进一步防止床板10在跟随调节装置20运动时，患者在床板10上的移动幅度过大，影响手术进展。

具体的，固定件优选为能够调节长度的固定带，可以根据患者的身形需要调节固定带的长度并将患者固定在床板10上。

在其中的一些实施例中，床板10相对背离调节装置20一侧的端部凸设有限位件11，限位件11用于止挡患者。在手术床100的端部设置限位件11，能够保护患者，防止患者从手术床100的端部滑落。

在其中的一些实施例中，床板10通过十字导轨与第二动平台21连接，并且床板10和第二动平台21之间还设有能够锁定床板10和第二动平台21的相对位置的锁止结构。

本发明提供的手术床100中，调节装置20具有六个运动自由度，在手术过程中，术者能够根据需要调节手术床100倾斜、升降、转动以及平移的幅度，以调整患者的体位，更好地利用重力来改变患者腹腔器官的位置，获得更好的术野及操作角度，解决了现有技术中手术床100调整不够灵活的问题。

在本实施例中提供了一种手术床控制方法，该方法可以应用于上述的手术床100。图3为本发明一个实施例中手术床控制方法的流程图，如图3所示，该流程包括如下步骤：

步骤S301，在手术床的上方确定手术执行机构的操作点。

在本步骤中，手术执行机构的操作点通常为切口所在位置，或者切口所在位置的附近。该手术执行机构可以是自动化手术执行机构，例如由多自由度并联平台和手术器械组成的手术机器人。该手术执行机构也可以是非自动化手术执行机构，例如由术者人工操作的常规器械。

在手术执行机构为自动化手术执行机构时，为了能够增大手术执行机构的运动范围，手术执行机构可以搭载于串联机械臂。上述的手术执行机构可以具有多自由度并联平台及在该多自由度并联平台上固定的手术刀、穿刺针等各种器械。

在其中一些实施例中，手术执行机构的操作点可以是由术者通过图形用户界面等输入到计算机系统中的，该操作点的位置可以表示为一组空间坐标值，并且可以被表示为手术床的参考坐标系或者与手术床的参考坐标系存在已知的转换关系的任意坐标系内，然后通过坐标系之间的转换关系得到该手术执行机构的操作点在控制坐标系内的位置。

参考坐标系又被称为全局坐标系，与参考坐标系具有转换关系的其他坐标系通常被称为局部坐标系。通常来说，坐标系的建立以计算简便为原则，例如，本实施例中，参考坐标系可以建立在串联机械臂的底座上或者建立在手术床的底座上。通常参考坐标系的坐标原点位于底座的几何中心，Z轴沿竖直方向设置，X轴和Y轴的设置符合相同的坐标系规则，例如，左手法则或者右手法则。

手术执行机构的操作点还可以通过传感器测量得到。例如，在手术执行机构的操作点为手术执行机构的末端端点的情况下，在控制手术执行机构的末端端点运动到手术床的上方之后，可以采用诸如位置传感器或者视觉传感器等传感器测得手术执行机构的末端端点位置，同样通过坐标转换的方法，将该末端端点的位置转换到控制坐标系内。

参考图4，在其中一些实施例中，是这样定义各坐标系的：

参考坐标系X0-Y0-Z0，也是本实施例的参考坐标系，该坐标系定义了原点位置和X、Y、Z轴的方向，其中，XY平面平行于水平面，Z轴竖直向上。

静平台坐标系Xs-Ys-Zs，也就是以调节装置的静平台为参照的坐标系，在本实施例中将静平台坐标系的原点定义在静平台的中心，且在初始状态下，三轴分别与参考坐标系的三轴平行。

动平台坐标系Xm-Ym-Zm，也就是以调节装置的动平台为参照的坐标系，在本实施例中，将动平台坐标系的原点定义在动平台的中心，且在初始状态下，三轴分别与参考坐标系的三轴平行。

本实施例采用由具有第一多自由度并联平台及手术器械组成的手术执行机构，第一多自由度并联平台可以与第二多自由度并联平台的结构相似。例如，第一多自由度并联平台包括第一动平台、第一静平台及多个第一伸缩组件，多个第一伸缩组件设置在第一动平台与第一静平台之间，第一静平台与串联机械臂连接，手术器械搭载于第一动平台；第一多自由度并联平台的远心不动点即为手术执行机构的远心不动点。

第一静平台坐标系Xst-Yst-Zst，又被称为机械臂计算坐标系，是以第一静平台为参照的坐标系，第一静平台坐标系的原点定义在第一静平台的中心。

用户坐标系Xu-Yu-Zu，以术者的视角作为参照的坐标系。在本实施例中，定义用户坐标系的原点与机械臂计算坐标系的原点重合，XY平面与参考坐标系的XY平面平行，且XY平面绕Z轴旋转角度θ，角度θ根据术者的视角确定。

上述坐标系之间的转换关系是这样确定的：

(1)基于坐标系的建立规则，解算静平台坐标系与参考坐标系之间的转换矩阵

其中x0,y0,z0分别为静平台坐标系原点在参考坐标系下的坐标。

(2)根据串联机械臂的各关节坐标系及参考坐标系之间的转换关系，以及用户坐标系和机械臂计算坐标系的建立规则，可以求得参考坐标系与第一静平台坐标系之间的转换矩阵以及求得参考坐标系与用户坐标系之间的转换矩阵/>

(3)已知参考坐标系与第一静平台坐标系之间的转换矩阵可知第一静平台坐标系与第二静平台坐标系之间的转换矩阵/>以及用户坐标系与第二静平台坐标系之间的转换矩阵/>

由多自由度并联平台的动静平台坐标系之间的转换矩阵则可求得参考坐标系与第二动平台坐标系之间的转换矩阵/>以及用户坐标系与第二动平台坐标系之间的转换矩阵/>

通过上述的转换矩阵，即可实现上述任意坐标系之间的坐标转换。

此外，为了减少传感器的使用，可以不使用传感器来测量手术执行机构的末端端点的位置，而是通过控制串联机械臂运动，以将手术执行机构的末端端点运动到手术床的上方，然后通过坐标系转换的方法，获取手术执行机构的末端端点的位置。

其中，在上述手术执行机构中采用的多自由度并联平台，相比于采用串联的悬臂梁结构的串联机械臂相比刚度大，结构稳定，并且由于刚度大，并联结构较串联结构在相同的自重或体积下，有较高的承载能力。采用串联的悬臂梁结构的串联机械臂末端的误差是各个关节误差的积累和放大，因而误差大、精度低，而并联平台则没有那样的误差积累和放大关系，微动精度高，更适宜执行高精度的手术操作。此外，在位置求解上，并联平台的逆解非常容易，容易根据坐标位置求得并联平台各伸缩组件的运动姿态。

正是基于并联平台逆解非常容易的特点，在上述实施例中，通过在静平台上建立从用户坐标系，将主操作手的位移量映射到从用户坐标系内，再通过从用户坐标系与计算坐标系的转换从而得到目标位置在计算坐标系内的位置信息，根据该位置信息通过逆解就能够很容易地得到并联平台各伸缩组件的运动姿态，相对于相关技术中通过正运动学求解并联平台末端的位置信息，上述方式大大降低了运算复杂度，提高了控制效率，节约了运算资源。

在其中一些实施例中，手术执行机构通过主操作手以主从映射方式进行运动控制；其中，获取手术执行机构的末端端点的位置包括如下步骤：

步骤1，获取主操作手的位移量，并将位移量按照预设比例映射到第一多自由度并联平台的静平台坐标系，得到手术执行机构的末端端点在静平台坐标系内的第一位置信息。

步骤2，根据建立在串联机械臂的末端的静平台坐标系到参考坐标系的转换关系以及第一位置信息，确定手术执行机构的末端端点在参考坐标系内的第二位置信息。

步骤3，根据参考坐标系到控制坐标系的转换关系以及第二位置信息，确定手术执行机构的末端端点在控制坐标系内的第三位置信息。

本文所称的远心不动点，是指在手术执行机构沿其长度方向选取的一个固定的不动点，在并联平台的控制作用下手术执行机构所进行的运动具有绕该点摆动的规律性，而该点不发生位移。具体表现在手术执行机构的摆动会以该远心不动点作为摆动中心，手术执行机构的前后伸缩运动会沿着该远心不动点运动。

在具体手术过程中，远心不动点的位置即为手术中切口位置；手术执行机构所进行的运动具有相对该远心不动点的规律性的目的，是保证在手术执行机构的运动过程中，不会因为手术执行机构的运动而扩大人体切口的面积。

需要额外强调的是，在整台手术的进行中远心不动点的位置并非一定固定，远心不动点的位置在单次的手术操作中是选定的，而在不同次的手术操作中是可变化的。例如术者在不同处的切口进行手术操作，这两次创口所进行的手术操作就会使得控制设备根据实际的伸缩组件的长度等参数在不同时间段选定不同位置的远心不动点，只要保证在单次的手术操作下的运动形成相对远心不动点的规律性运动即可。

步骤S302，将操作点的位置转换到调节装置的控制坐标系内。

根据前述的坐标系转换矩阵，可以将操作点的位置转换到调节装置的控制坐标系内，其中，调节装置的控制坐标系为第二静平台坐标系。

步骤S303，在控制坐标系内控制调节装置带动手术床以操作点为远心不动点进行运动。

在其中一些实施例中，在术中，可以使用主操作手来控制手术床的运动。例如，当用户开始操作主操作手时，获取主操作手在用户坐标系内的初始姿态；在用户操作主操作手时，确定主操作手在用户坐标系内的当前姿态；根据初始姿态和当前姿态，确定主操作手的姿态变换；将主操作手的姿态变换映射到调节装置的控制坐标系内，确定手术床的期望姿态；在控制坐标系内控制调节装置带动手术床处于期望姿态，并以远心不动点为约束，使得手术床在处于期望姿态前后保持与远心不动点的相对静止。

通过上述的方式，一方面使用主操作手控制手术床的姿态，控制方便，操作简单，减少了人力劳动，另一方面，由于手术执行机构的操作点(远心不动点)、切口以及手术床的远心不动点重合，因此，即使在术中手术执行机构没有离开人体的情况下控制手术床的床板运动，不仅能够保证伤口不被撕裂，也能够通过改变手术床的位姿，借助人体器官受到的重力作用，暴露更大的手术空间，增大手术执行机构在人体内的工作空间。

在其中一些实施例中，在术前，术者也可以通过主操作手或者通过输入手术床的姿态数据，对手术床的姿态进行调整，从而将手术床旋转至利于手术进行的位置，并锁定手术床。

在手术过程中，术者对手术部位的某一处完成手术操作后，可能需要换到另一个相对较远的位置进行操作，由于机械臂并联平台的运动范围有限，若直接操控手术执行机构到达另一个位置，可能由于手术执行机构末端的工作空间有限而无法完成在新位置的手术操作，或无法抵达新的位置，因此，需要在术中对手术床的运动进行补偿。

为了实现在术中对手术床的运动进行补偿，在其中的一些实施例中，调节装置包括：第二多自由度并联平台、十字导轨和锁止结构，第二多自由度并联平台包括第二动平台、第二静平台及多个第二伸缩组件，多个第二伸缩组件设置在第二动平台与第二静平台之间，第二静平台与手术床的底座连接，第二动平台与十字导轨连接，锁止结构用于锁定第二动平台与十字导轨的相对运动。基于上述的结构，在控制坐标系内控制调节装置带动手术床以操作点为远心不动点进行运动之前，可以在锁止结构未锁定状态下，控制第二动平台沿十字导轨相对运动；在床板运动到预定位置后，则控制锁止结构锁定第二动平台与十字导轨的相对运动，以避免在术中床板移动导致伤口撕裂。

具体而言，上述方式可以包括如下步骤：

步骤1，首先借助机械臂和手术执行机构对切口进行定位，正解出切口在参考坐标系下的位置

步骤2，通过参考坐标系到第二动平台的转换矩阵，得到切口在第二动平台标系下的坐标

步骤3，将手术床板向第二静平台坐标系X轴方向移动的距离，Y轴方向移动/>的距离，使切口位置落在第二动平台的Z轴上。通过上述方式，使得手术执行机构的远心不动点与床板产生的相对运动后，远心不动点在床板上的投影与床板的中心重合，以方便后续计算。

步骤4，锁定手术床的床板在第二动平台上的位置，保证手术安全性。

步骤5，移动手术床后，重新定义切口在参考坐标系下的位置：

步骤6，将分别转换到手术执行机构的计算坐标系和第二静平台坐标系下，分别定义为这两个并联平台的远心不动点。

步骤7，在手术执行机构完成对某一处的手术操作后，术者通过输入相应的数据改变手术床的位置，从而使器械切换至另一个需要进行手术的位置。

需要说明的是，在上述流程中或者附图的流程图中示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

在本实施例中还提供了一种手术床控制系统，该手术床控制系统包括电子装置和手术床，手术床具有调节装置和床板，床板安装于调节装置，并能够在调节装置的带动下运动，电子装置包括存储器和处理器，存储器中存储有计算机程序，处理器被设置为运行计算机程序以执行上述任一项的手术床控制方法。

在本实施例中还提供了一种电子装置，包括存储器和处理器，该存储器中存储有计算机程序，该处理器被设置为运行计算机程序以执行上述任一项方法实施例中的步骤。

可选地，上述电子装置还可以包括传输设备以及输入输出设备，其中，该传输设备和上述处理器连接，该输入输出设备和上述处理器连接。

可选地，在本实施例中，上述处理器可以被设置为通过计算机程序执行以下步骤：

S1，在手术床的上方确定手术执行机构的操作点。

S2，将操作点的位置转换到调节装置的控制坐标系内。

S3，在控制坐标系内控制调节装置带动手术床以操作点为远心不动点进行运动。

需要说明的是，在本实施例中的具体示例可以参考上述实施例及可选实施方式中所描述的示例，在本实施例中不再赘述。

此外，结合上述实施例中提供的手术床控制方法，在本实施例中还可以提供一种存储介质来实现。该存储介质上存储有计算机程序；该计算机程序被处理器执行时实现上述实施例中的任意一种手术床控制方法。

应该明白的是，这里描述的具体实施例只是用来解释这个应用，而不是用来对它进行限定。根据本申请提供的实施例，本领域普通技术人员在不进行创造性劳动的情况下得到的所有其它实施例，均属本申请保护范围。

显然，附图只是本申请的一些例子或实施例，对本领域的普通技术人员来说，也可以根据这些附图将本申请适用于其他类似情况，但无需付出创造性劳动。另外，可以理解的是，尽管在此开发过程中所做的工作可能是复杂和漫长的，但是，对于本领域的普通技术人员来说，根据本申请披露的技术内容进行的某些设计、制造或生产等更改仅是常规的技术手段，不应被视为本申请公开的内容不足。

“实施例”一词在本申请中指的是结合实施例描述的具体特征、结构或特性可以包括在本申请的至少一个实施例中。该短语出现在说明书中的各个位置并不一定意味着相同的实施例，也不意味着与其它实施例相互排斥而具有独立性或可供选择。本领域的普通技术人员能够清楚或隐含地理解的是，本申请中描述的实施例在没有冲突的情况下，可以与其它实施例结合。

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

Claims (10)

1.一种手术床控制方法，应用于具有调节装置和床板的手术床，所述床板安装于所述调节装置，并能够在所述调节装置的带动下运动，其特征在于，所述手术床控制方法包括：

在所述手术床的上方确定手术执行机构的操作点；其中，所述操作点为所述手术执行机构的远心不动点或所述手术执行机构的末端端点，所述手术执行机构的远心不动点为手术中切口位置；

将所述操作点的位置转换到所述调节装置的控制坐标系内；

在手术中手术执行机构在切口内，在所述控制坐标系内控制所述调节装置带动所述手术床以所述操作点为远心不动点进行运动；其中，所述手术执行机构的操作点、切口以及所述手术床的远心不动点重合，

其中，所述手术床的运动通过主操作手来控制，其中，所述在所述控制坐标系内控制所述调节装置带动所述手术床以所述操作点为远心不动点进行运动的步骤包括：

获取所述主操作手在用户坐标系内的初始姿态，其中，所述用户坐标系为以操作所述主操作手的用户的视角作为参照的坐标系；

在用户操作所述主操作手时，确定所述主操作手在所述用户坐标系内的当前姿态；

根据所述初始姿态和所述当前姿态，确定所述主操作手的姿态变换；

将所述主操作手的姿态变换映射到所述控制坐标系内，确定所述手术床的期望姿态；

在所述控制坐标系内控制所述调节装置带动所述手术床处于所述期望姿态，并以所述手术床的远心不动点为约束，使得所述手术床在处于所述期望姿态前后保持与所述手术床的远心不动点的相对静止。

2.根据权利要求1所述的手术床控制方法，其特征在于，所述手术执行机构具有远心不动点；其中，在所述手术床的上方确定操作点包括：

获取所述手术执行机构的远心不动点的位置；

将所述手术执行机构的远心不动点作为所述操作点。

3.根据权利要求1所述的手术床控制方法，其特征在于，所述手术执行机构搭载于串联机械臂；其中，在所述手术床的上方确定操作点包括：

控制所述串联机械臂运动，以将所述手术执行机构的末端端点运动到所述手术床的上方；

获取所述手术执行机构的末端端点的位置，并将所述手术执行机构的末端端点作为所述操作点。

4.根据权利要求3所述的手术床控制方法，其特征在于，所述手术执行机构包括：第一多自由度并联平台和手术器械，所述第一多自由度并联平台包括第一动平台、第一静平台及多个第一伸缩组件，多个所述第一伸缩组件设置在所述第一动平台与所述第一静平台之间，所述第一静平台与所述串联机械臂连接，所述手术器械搭载于所述第一动平台；所述第一多自由度并联平台的远心不动点即为所述手术执行机构的远心不动点。

5.根据权利要求4所述的手术床控制方法，其特征在于，所述手术执行机构通过主操作手以主从映射方式进行运动控制；其中，获取所述手术执行机构的末端端点的位置包括：

获取所述主操作手的位移量，并将所述位移量按照预设比例映射到所述第一多自由度并联平台的静平台坐标系，得到所述手术执行机构的末端端点在所述静平台坐标系内的第一位置信息；

根据建立在所述串联机械臂的末端的所述静平台坐标系到参考坐标系的转换关系以及所述第一位置信息，确定所述手术执行机构的末端端点在所述参考坐标系内的第二位置信息；

根据所述参考坐标系到所述控制坐标系的转换关系以及所述第二位置信息，确定所述手术执行机构的末端端点在所述控制坐标系内的第三位置信息。

6.根据权利要求1所述的手术床控制方法，其特征在于，所述调节装置包括：第二多自由度并联平台、十字导轨和锁止结构，所述第二多自由度并联平台包括第二动平台、第二静平台及多个第二伸缩组件，多个所述第二伸缩组件设置在所述第二动平台与所述第二静平台之间，所述第二静平台与所述手术床的底座连接，所述第二动平台与所述十字导轨连接，所述锁止结构用于锁定所述第二动平台与所述十字导轨的相对运动；其中，在所述控制坐标系内控制所述调节装置带动所述手术床以所述操作点为远心不动点进行运动之前，所述方法还包括：

在所述锁止结构未锁定状态下，控制所述第二动平台沿所述十字导轨相对运动；

在所述床板运动到预定位置后，控制所述锁止结构锁定所述第二动平台与所述十字导轨的相对运动。

7.根据权利要求6所述的手术床控制方法，其特征在于，所述操作点在所述第二动平台上的投影与所述第二动平台的几何中心重合；其中，所述第二多自由度并联平台的控制坐标系的原点与所述第二静平台的几何中心重合，XY轴平面与所述第二静平台平行；所述第二多自由度并联平台的动平台坐标系的原点与所述第二动平台的几何中心重合，XY轴平面与所述第二动平台平行。

8.一种手术床控制系统，其特征在于，所述手术床控制系统包括：电子装置和手术床，所述手术床具有调节装置和床板，所述床板安装于所述调节装置，并能够在所述调节装置的带动下运动，所述电子装置包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器被设置为运行所述计算机程序以执行权利要求1至7中任一项所述的手术床控制方法。

9.一种电子装置，包括存储器和处理器，其特征在于，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器被设置为运行所述计算机程序以执行权利要求1至7中任一项所述的手术床控制方法。

10.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质中存储有计算机程序，其中，所述计算机程序被设置为运行时执行权利要求1至7中任一项所述的手术床控制方法。