CN115227409A - 一种能融合dsa影像的介入手术机器人系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种能融合DSA影像的介入手术机器人系统，包括介入手术机器人设备和DSA设备；介入手术机器人设备包括机器人主端装置和机器人从端装置，机器人主端装置包括机器人控制机柜、触摸屏、机器人显示器和控制盒；DSA设备包括导管床、DSA和DSA控制机柜；DSA主机输出端的视频线和分配器的输入端连接，分配器有两个输出端，把一个视频信号分为了两路相同的视频信号，其中，一个输出端通过视频线和DSA显示器连接，用于显示原始视频；另一个输出端通过视频线和视频采集卡的连接输入端连接；视频采集卡安装在机器人主机上。本发明能够记录整个手术过程中的血管影像以及实时对应的机器人操作的录像，便于医生进行复盘分析和教学使用。
Description
技术领域
本发明属于微创血管介入手术领域，涉及对于介入手术中机器人对DSA的实时影像融合的相关技术，更具体地说，涉及一种能融合DSA影像的介入手术机器人系统。
背景技术
全球每年有近3000万人死于心脑血管疾病，占所有疾病死亡率的30％左右，其中，我国患有心脑血管疾病人数近3亿。心脑血管疾病已经成为人类疾病死亡的三大原因之一，严重影响着国民健康和人们的正常生活。
心脑血管微创介入疗法是针对心脑血管疾病的主要治疗手段。和传统外科手术相比，有着切口小、术后恢复时间短等明显优势。心脑血管介入手术是由医生手动将导管、导丝以及支架等器械送入病患体内来完成治疗的过程。
目前的介入手术存在以下两点问题，第一，在手术过程中，由于DSA(血管造影X射线机)会发出X射线，医生体力下降较快，注意力及稳定性也会下降，将导致操作精度下降，易发生因推送力不当引起的血管内膜损伤、血管穿孔破裂等事故，导致病人生命危险；第二，长期电离辐射的积累伤害会大幅地增加医生患白血病、癌症以及急性白内障的几率。医生因为做介入手术而不断积累射线的现象，已经成为损害医生职业生命、制约介入手术发展不可忽视的问题。而通过使用机器人技术，可以更加精准的完成手术操作，有效的解决上述的问题。
机器人和DSA是两套系统，二者显示的信息不在一个屏幕上，机器人的操作是依赖DSA提供的影像，但目前二者并没有被统一融合在一起。而如果能把图像融合在机器人上，将会对医生操作机器人和术后复盘教学有着重要作用。
目前国内对于介入手术机器人融合DSA影像存在如下几个方面的问题：(1)目前介入手术机器人不具有观看DSA影像功能，导致医生操作机器人过程中，无法同时观察到DSA影像和机器人的信息；(2)没有DSA影像和机器人操作动作的实时对应，无法对手术中使用机器人操作动作进行复盘分析，对于提高操作技术有影响；(3)缺少保存实时DSA影像和机器人操作动作等信息的同步录像，不便于对机器人操作手法的传播和教学。
因此如何提供出一种能融合DSA影像的介入手术机器人系统以克服上述诸多问题，是本领域技术人员的一个重要研究方向。
发明内容
本发明提供的一种能融合DSA影像的介入手术机器人系统，其目的在于解决现阶段没有可以融合实时DSA影像的介入手术机器人、在使用机器人操作时难以同时兼顾图像和操作数据的观看、无法进行术后对机器人操作的结合图像的有效分析、没有录像功能、不便于机器人操作技术的展示和教学等问题。
为此，本发明提出了一种能融合DSA影像的介入手术机器人系统，包括介入手术机器人设备和DSA设备；所述介入手术机器人设备包括机器人主端装置和机器人从端装置，所述机器人主端装置放置在控制室内，包括机器人控制机柜、触摸屏、机器人显示器和控制盒，所述机器人控制机柜用于数据处理，收发指令；所述触摸屏用于人机交互；所述机器人显示器用于显示系统信息，呈现DSA图像；所述控制盒用于医生操作控制机器人；所述机器人从端装置放置在导管室内导管床侧面的导轨上，包括用于夹持和控制导管导丝运动的导丝执行机构、导管执行机构；所述DSA设备包括导管床、DSA和DSA控制机柜，所述导管床用于支撑患者；所述DSA用于手术中发射X射线，呈现患者的血管影像；所述DSA控制机柜用于数据处理，集成控制和驱动所述DSA；所述导管床和所述DSA安装在导管室内，所述DSA控制机柜放置在控制室内；
所述介入手术机器人系统还包括设置于控制室内的分配器、DSA显示器，所述DSA控制机柜内设有DSA主机，所述机器人控制机柜内设有机器人主机，所述DSA主机输出端的视频线和所述分配器的输入端连接，所述分配器有两个输出端，把一个视频信号分为了两路相同的视频信号，其中，一个输出端通过视频线和所述DSA显示器连接，用于显示原始视频；另一个输出端通过视频线和视频采集卡的连接输入端连接；所述视频采集卡安装在所述机器人主机上，用于采集实时视频信号；所述视频采集卡把采集到的信号传递给所述机器人主机，所述机器人主机收集所述视频采集卡发送的数据，以及所述机器人从端装置和所述控制盒发送的数据，并将这些数据进行统一处理后，合成一个完整的视频信号；所述机器人主机的视频输出口通过视频线和所述机器人显示器进行连接，完整的视频信号最后传递到所述机器人显示器上，显示具有机器人信息和DSA图像的完整实时影像。
本发明用于介入手术中，使用机器人进行手术操作，医生能在机器人显示器上直接观看到DSA影像，同时还能看到机器人的操作信息等数据。能够记录整个手术过程中的血管影像以及实时对应的机器人操作的录像，便于医生进行复盘分析和教学使用。
优选地，所述控制盒内安装有三组控制摇杆和两组控制滚轮，分别为用于推送导引导管的导引导管摇杆、用于推送导丝的导丝摇杆、用于推送支架导管的支架摇杆以及用于旋转导管的导管滚轮、用于旋转导丝的导丝滚轮；所述控制盒上还安装有用于人工紧急制动的急停开关。
优选地，所述机器人主机中对应系统对影像的处理流程为：
S1.所述机器人主机在收到所述视频采集卡发送的视频数据后，对图像进行识别，保留血管图像区域，裁剪其他区域；
S2.裁剪完成后，识别血管图像区域的分辨率，移动并放置血管图像区域到显示屏左上方；
S3.添加机器人移动距离、角度、受力曲线、控制盒动作等信息，并调整这些信息的显示大小和位置；
S4.叠加DSA影像和机器人信息到一个视频信号上，完成整个图像信息处理，传递到所述机器人显示器上进行呈现。
优选地，视频信号处理完后，在正常使用中，系统会按照每台手术，自动对手术过程进行录屏，并把录像自动保存至所述机器人主机；同时，用户能够自行编辑这些录像信息。
优选地，系统同时提供针对录像的画线、添加备注的小工具，用于进行分析和记录手术过程。
相较于现有技术，本发明一种能融合DSA影像的介入手术机器人系统，具有以下有益效果：
1.本发明能够把实时DSA影像和机器人的相关操作信息和数据同时显示在一个屏幕上，方便医生在使用中进行观看，能有效提供医生使用机器人进行手术的效率。
2.本发明能够把DSA影像和机器人的相关操作信息和数据进行记录保存，可以在录像中进行批注和编辑，有效支持医生复盘分析手术中使用机器人操作的问题和心得，有助于医生提高操作技术，增进操作水平。
3.本发明能够把DSA影像和机器人的相关操作信息和数据进行记录保存，便于与同行之间进行技术交流，同时也提供了宝贵的给年轻医生的教学资料。
4.本发明整体结构简单，稳定性好，采用模块化的方式，便于组装和调试。
5.本发明因为通过视频采集而得到影像，因此不受限于DSA设备通讯接口不开通的问题，具有广泛的通用性，能适用所有品牌的DSA设备。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为介入手术机器人设备和DSA设备的整体示意图；
图2为控制盒的整体示意图；
图3为机器人系统中DSA相关显示设备示意图；
图4为机器人融合DSA影像流程图；
图5为机器人主机对DSA影像的处理流程图；
附图的标号分别表示为：
1-机器人从端装置，2-机器人控制机柜，3-触摸屏，4-机器人显示器，5-控制盒，6-导管床，7-DSA，8-DSA控制机柜，9-分配器，10-DSA主机，11-机器人主机，12-视频采集卡，13-导引导管摇杆，14-导丝摇杆，15-支架摇杆，16-导管滚轮，17-导丝滚轮，18-急停开关。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
实施例：
本发明一种能融合DSA影像的介入手术机器人系统，工作环境为介入手术导管室，其主要分为两部分：介入手术机器人设备和DSA设备。
如图1、2所示，介入手术机器人设备包括机器人主端装置和机器人从端装置1。机器人主端装置放置在控制室内，包括机器人控制机柜2、触摸屏3、机器人显示器4和控制盒5，机器人控制机柜2用于数据处理，收发指令等；触摸屏3用于人机交互；机器人显示器4用于显示系统信息，呈现DSA图像；控制盒5用于医生操作控制机器人。机器人从端装置1放置在导管室内导管床6侧面的导轨上，包括用于夹持和控制导管导丝运动的导丝执行机构、导管执行机构。
进一步的，控制盒5内安装有三组控制摇杆和两组控制滚轮，分别为用于推送导引导管的导引导管摇杆13、用于推送导丝的导丝摇杆14、用于推送支架导管的支架摇杆15以及用于旋转导管的导管滚轮16、用于旋转导丝的导丝滚轮17；控制盒5上同时还安装有用于人工紧急制动的急停开关18。
介入手术机器人设备采用了远程遥控技术，医生可以通过控制盒5和触摸屏3进行对机器人从端装置1进行控制，完成手术中的操作动作。
DSA设备包括导管床6、DSA 7和DSA控制机柜8，导管床6用于支撑患者；DSA 7用于手术中发射X射线，呈现患者的血管影像；DSA控制机柜8用于数据处理，集成控制和驱动DSA7；导管床6和DSA 7安装在导管室内，DSA控制机柜8放置在控制室内。
如图3、4所示，介入手术机器人系统还包括设置于控制室内的分配器9、DSA显示器，DSA控制机柜8内设有DSA主机10，机器人控制机柜2内设有机器人主机11。
DSA 7将采集好的实时影像传递到DSA控制机柜8中，经DSA主机10进行数据处理后，把视频信号通过视频线传递出来。此时，把DSA主机输出端的视频线和分配器9的输入端连接，分配器9有两个输出端，通过分配器9把DSA主机10传递过来的一个视频信号分为两路相同的视频信号，其中，一个输出端通过视频线和DSA显示器连接，将一路信号传递给DSA显示器，用于显示原始视频；另一个输出端通过视频线和视频采集卡12的连接输入端连接；视频采集卡12安装在机器人主机11上，另一路信号传递到视频采集卡12上，用于采集实时视频信号后，把采集到的信号传递给机器人主机11；机器人主机11收集视频采集卡12发送的数据，以及机器人从端装置1和控制盒5发送的数据，并将这些数据进行统一处理后，合成一个完整的视频信号；机器人主机11的视频输出口通过视频线和机器人显示器4进行连接，完整的视频信号最后传递到机器人显示器4上，机器人显示器4显示具有机器人信息和DSA 7图像的完整实时影像给用户。
也就是说，用户在使用机器人操作过程中，只需要观看机器人显示器4即可掌握主要手术中的信息，完成手术过程。
如图5所示，机器人主机11中对应系统对影像的处理流程为：
机器人在收到视频采集卡12发送的视频数据后，首先对图像进行识别。因为DSA 7发送的图像中，除包含了DSA 7的实时影像外，还有DSA 7的相关参数，设备信息等。而我们只需要DSA 7的实时影像(即血管图像区域)，因此系统会自动判断哪些是有用的区域，对于无效区间进行裁剪。
在裁剪完成后，将剩下的血管图像区域移动到显示区域的左上角，然后系统要识别一下保留的图像分辨率为多少，判断要想填满机器人的显示器，可用的图像空间还有多少。然后把机器人其他部分反馈的信息，比如移动距离、角度、受力曲线、控制盒动作等信息，逐个排布这剩余空间上。调整这些信息的显示比例、排布方式和位置，使之完全可见。然后叠加DSA 7影像和机器人信息到一个视频信号上，完成整个图像信息处理，传递到机器人显示器4上进行呈现给用户。当然用户也可以自行调整和设置机器人信息的排布和大小。
视频信号处理完后，在正常使用中，系统会按照每台手术，自动对手术过程进行录屏，并把录像自动保存至机器人主机11，医生可以根据需要进行回看录像，通过录像准确的看到各个时间血管的形态，以及操作者是如何操作机器人的过程。
用户还可以自行编辑这些录像信息。系统同时还提供了对录像的画线、添加备注等一些人性化的实用功能，用于进行分析和记录手术过程，这些可以一起保存到录像中，有助于医生提高机器人操作技术。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (5)
1.一种能融合DSA影像的介入手术机器人系统，其特征在于，包括介入手术机器人设备和DSA设备；所述介入手术机器人设备包括机器人主端装置和机器人从端装置，所述机器人主端装置放置在控制室内，包括机器人控制机柜、触摸屏、机器人显示器和控制盒，所述机器人控制机柜用于数据处理，收发指令；所述触摸屏用于人机交互；所述机器人显示器用于显示系统信息，呈现DSA图像；所述控制盒用于医生操作控制机器人；所述机器人从端装置放置在导管室内导管床侧面的导轨上，包括用于夹持和控制导管导丝运动的导丝执行机构、导管执行机构；所述DSA设备包括导管床、DSA和DSA控制机柜，所述导管床用于支撑患者；所述DSA用于手术中发射X射线，呈现患者的血管影像；所述DSA控制机柜用于数据处理，集成控制和驱动所述DSA；所述导管床和所述DSA安装在导管室内，所述DSA控制机柜放置在控制室内；
所述介入手术机器人系统还包括设置于控制室内的分配器、DSA显示器，所述DSA控制机柜内设有DSA主机，所述机器人控制机柜内设有机器人主机，所述DSA主机输出端的视频线和所述分配器的输入端连接，所述分配器有两个输出端，把一个视频信号分为了两路相同的视频信号，其中，一个输出端通过视频线和所述DSA显示器连接，用于显示原始视频；另一个输出端通过视频线和视频采集卡的连接输入端连接；所述视频采集卡安装在所述机器人主机上，用于采集实时视频信号；所述视频采集卡把采集到的信号传递给所述机器人主机，所述机器人主机收集所述视频采集卡发送的数据，以及所述机器人从端装置和所述控制盒发送的数据，并将这些数据进行统一处理后，合成一个完整的视频信号；所述机器人主机的视频输出口通过视频线和所述机器人显示器进行连接，完整的视频信号最后传递到所述机器人显示器上，显示具有机器人信息和DSA图像的完整实时影像。
2.根据权利要求1所述的一种能融合DSA影像的介入手术机器人系统，其特征在于，所述控制盒内安装有三组控制摇杆和两组控制滚轮，分别为用于推送导引导管的导引导管摇杆、用于推送导丝的导丝摇杆、用于推送支架导管的支架摇杆以及用于旋转导管的导管滚轮、用于旋转导丝的导丝滚轮；所述控制盒上还安装有用于人工紧急制动的急停开关。
3.根据权利要求1所述的一种能融合DSA影像的介入手术机器人系统，其特征在于，所述机器人主机中对应系统对影像的处理流程为：
S1.所述机器人主机在收到所述视频采集卡发送的视频数据后，对图像进行识别，保留血管图像区域，裁剪其他区域；
S2.裁剪完成后，识别血管图像区域的分辨率，移动并放置血管图像区域到显示屏左上方；
S3.添加机器人移动距离、角度、受力曲线、控制盒动作信息，并调整这些信息的显示大小和位置；
S4.叠加DSA影像和机器人信息到一个视频信号上，完成整个图像信息处理，传递到所述机器人显示器上进行呈现。
4.根据权利要求3所述的一种能融合DSA影像的介入手术机器人系统，其特征在于，视频信号处理完后，在正常使用中，系统会按照每台手术，自动对手术过程进行录屏，并把录像自动保存至所述机器人主机；同时，用户能够自行编辑这些录像信息。
5.根据权利要求4所述的一种能融合DSA影像的介入手术机器人系统，其特征在于，系统同时提供针对录像的画线、添加备注的小工具，用于进行分析和记录手术过程。
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