CN115252132B - 一种基于介入手术机器人的导航系统、主端遥控导航系统和程序产品 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种基于介入手术机器人的导航系统、主端遥控导航系统和程序产品。导航系统包括作为从端的介入机器人、DSA设备、控制器和显示器；DSA设备配置为：在用户操控介入机器人之前，对目标部位注入造影剂并照射以生成目标部位的第一图像；控制器配置为：基于目标部位的第一图像，生成第一血管引导路图；使得显示器呈现第一血管引导路图，供用户参考第一血管引导路图执行对介入机器人的操控操作，控制介入机器人操作介入器械执行运动；基于介入器械的实际运动信息，预测介入器械在第一血管引导路图上的当前位置；使得显示器将介入器械的当前位置标记显示在第一血管引导路图上。由此，可以减少X射线曝光次数和造影剂使用量，利于患者身体健康。

Description

一种基于介入手术机器人的导航系统、主端遥控导航系统和 程序产品

技术领域

本申请涉及微创血管介入手术机器人技术领域，更具体地，涉及一种基于介入手术机器人的导航系统、主端遥控导航系统和程序产品。

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。

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。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。

介入手术过程中，病人需要躺着导管床上，基本全程都暴露在DSA发出的X射线下才能完成手术。对于相对复杂的手术，手术时间长，DSA产生的X射线也会随之增加，所以现有的介入手术关于患者方面存在如下几个方面的问题：（1）病人必须暴露在X射线的环境下，手术过程中需全程在DSA工作的情况下操作，导致病人接受的X射线剂量较高，患有因辐射带来的疾病风险提高，对身体健康有潜在的危害（2）在临床手术中，当医生遇到分叉时，往往会注射少量造影剂，用于确认导丝是否在正确的道路上，而一般血管分叉较多，这会使得在病人体内累计的造影剂剂量较多，而造影剂本身对患者身体有一定损害，因此相当于手术给病人带来了额外的伤害，病人需要注入更多肝素等药物来防止血栓形成的危害，意味着病人内脏排毒的负担加重，不利于身体健康。

发明内容

提供了本申请以解决现有技术中存在的上述缺陷。需要一种基于介入手术机器人的导航系统、主端遥控导航系统和程序产品，其能够以较低的计算量完成准确高效的手术导航的作用的同时，还能够减少在手术中对病人的X射线的辐射剂量和注射的造影剂量，从而显著减少患者由于受到的X射线辐射较多带来的疾病风险，并减少由于术中注入较多的造影剂带来的身体损害。

根据本申请的第一方案，提供了一种基于介入手术机器人的导航系统，所述导航系统包括作为从端的介入机器人、DSA（数字减影血管造影）设备、控制器和显示器，所述介入机器人、DSA设备和显示器分别与所述控制器通信连接。所述DSA设备配置为：在用户操控所述介入机器人之前，对目标部位进行照射以生成所述目标部位的第一图像。所述控制器配置为基于所述目标部位的第一图像，生成第一血管引导路图，并识别出血管和关注区，在介入器械已经至少部分地位于所述目标部位中的情况下还识别出所述介入器械。所述控制器配置为使得所述显示器呈现所述第一血管引导路图，以供所述用户参考所述第一血管引导路图执行对所述介入机器人的操控操作，根据所述操控操作来控制所述介入机器人操作所述介入器械执行运动。所述控制器配置为接收所述介入机器人反馈的介入器械的实际运动信息，基于所述实际运动信息，预测所述介入器械在所述第一血管引导路图上的当前位置。所述控制器配置为使得所述显示器将所述介入器械的当前位置标记显示在所述第一血管引导路图上。

根据本申请的第二方案，提供了一种基于介入手术机器人的导航方法，适用于基于介入手术机器人的导航系统，所述方法为：利用所述DSA设备在用户操控所述介入机器人之前，对目标部位进行照射以生成所述目标部位的第一图像；基于所述目标部位的第一图像，生成第一血管引导路图，并识别出血管和关注区，在介入器械已经至少部分地位于所述目标部位中的情况下还识别出所述介入器械；使得所述显示器呈现所述第一血管引导路图；用户参考所述第一血管引导路图执行对所述介入机器人的操控操作，根据所述操控操作来控制所述介入机器人操作所述介入器械执行运动；接收所述介入机器人反馈的介入器械的实际运动信息，基于所述实际运动信息，预测所述介入器械在所述第一血管引导路图上的当前位置。

根据本申请的第三方案，提供了一种主端遥控导航系统，包括基于介入手术机器人的导航系统和作为主端的操纵装置。所述操纵装置配置为：将用户根据所述显示器的血管虚拟路图所做出的操作转换为控制信号，并将控制信号发送给控制器。所述控制器配置为：将所述控制信号转化为操作指令，并将操作指令发送给所述介入机器人。

根据本申请的第四方案，提供了用于导航系统的程序产品，其包括由处理器执行时实现如下步骤的程序指令：获取目标部位的第一图像，所述第一图像由DSA设备在用户操控介入机器人之前，对目标部位进行照射以生成所述目标部位的第一图像。基于所述目标部位的第一图像，生成第一血管引导路图，并识别出血管和关注区，在介入器械已经至少部分地位于所述目标部位中的情况下还识别出所述介入器械。使得显示器呈现所述第一血管引导路图，以供所述用户参考所述第一血管引导路图执行对所述介入机器人的操控操作，根据所述操控操作来控制所述介入机器人操作所述介入器械执行运动。接收所述介入机器人反馈的介入器械的实际运动信息，基于所述实际运动信息，预测所述介入器械在所述第一血管引导路图上的当前位置。使得所述显示器将所述介入器械的当前位置标记显示在所述第一血管引导路图上。

本申请各个实施例提供的基于介入手术机器人的导航系统、主端遥控导航系统和程序产品，DSA设备获取第一图像，然后控制器在第一图像的基础上生成第一血管引导路图（“虚”），用户在第一血管引导路图的导航下做出操控操作，介入机器人执行操控操作后返回给控制器实际的运动信息，然后在第一血管引导路图上标注和显示介入器械的当前位置（“实”），这样就给显示器呈现了新的导航图像，采用虚实结合的呈现方式，能够以显著降低的图像计算量，迅速且准确地提供手术导航。这样用户在手术中可以不必在每一步操作前都需要利用DSA设备设备通过X射线照射获取新的图像来进行导航。减少患者接受的X射线辐射量，降低辐射带来的疾病风险；同时也减少注射的造影剂量，有效降低造影剂对患者身体的损害，可以减少防止血栓形成的危害而注入肝素等的药物量，降低对患者的身体负担。

附图说明

图1示出根据本申请实施例的基于介入手术机器人的导航系统的通信结构的示意图；

图2示出根据本申请实施例的控制器工作过程的示意图；

图3示出根据本申请实施例的第一血管引导路图的示意图；

图4示出根据本申请实施例的控制器的在关注区进行位置校准过程的示意图；

图5示出根据本申请实施例的基于介入手术机器人的导航方法整体流程的示意图；以及

图6示出根据本申请实施例的主端遥控导航系统组成的示意图。

具体实施方式

为使本领域技术人员更好的理解本申请的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本申请作详细说明。下面结合附图和具体实施例对本申请的实施例作进一步详细描述，但不作为对本申请的限定。

本申请中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指在该词前的要素涵盖在该词后列举的要素，并不排除也涵盖其他要素的可能。

图1示出根据本申请实施例的基于介入手术机器人的导航系统的通信结构的示意图。所述导航系统包括作为从端的介入机器人101、DSA设备102、控制器103和显示器104，所述介入机器人101、DSA设备102和显示器104分别与所述控制器103通信连接。比如，控制器103可以通过线缆分别与介入机器人101、DSA设备102和显示器104连接，或者还可以通过无线网络连接，介入机器人101、DSA设备102、控制器103和显示器104可以分别与路由器连接，通过有线或无线通信连接实现数据的传输。另外，介入机器人101和DSA设备102可以在一个医疗区内，而显示器104可以在另一个独立的医疗区内，两个医疗区可以相互独立，彼此分开，方便医生在导航的指引下可以进行远端操作，可以减少对医生的辐射。

在一些实施例中，控制器103可以包括处理器。处理器可以用于信号的转换过程和信息的处理过程等。处理器例如可以包括一个以上通用处理设备的处理设备，诸如微处理器、中央处理单元（CPU）、图形处理单元（GPU）等。更具体地，该处理器可以是复杂指令集计算（CISC）微处理器、精简指令集计算（RISC）微处理器、超长指令字（VLIW）微处理器、运行其他指令集的处理器或运行指令集的组合的处理器。该处理器还可以是一个以上专用处理设备，诸如专用集成电路（ASIC）、现场可编程门阵列（FPGA）、数字信号处理器（DSP）、片上系统（SoC）等。所述控制器103可以进一步包括存储器，处理器可以通信地耦合到存储器并且被配置为执行存储在其上的计算机可执行指令。在一些实施例中，所述控制器103可以包括信号收发组件或者与信号收发组件可通信连接，所述信号收发组件可用于接收和发送控制信号等。

所述DSA设备102配置为在用户操控所述介入机器人101之前，对目标部位进行照射以生成所述目标部位的第一图像。例如，在手术其他工作都准备好且患者已经在手术床上就位的情况下，可以对目标部位利用DSA设备102照射以拍摄造影图像。如此，该第一图像与术中患者的实际图像是在同样的体态同样的身体状况下拍摄的，相对偏差较小，可以作为术中血管引导路图的虚拟基准地图（“虚”），在上面标注基于介入机器人101反馈的介入器械的实际运动信息预测的介入器械的动态的当前位置（“实”）。通过采用这样的虚拟基准地图而避免在术中不必要地引入DSA设备102的照射，可以显著减少手术的照射量，并减少手术的持续时间（因为节省了照射成像时间）。进一步，利用DSA设备进行照射前，患者已经就位后进行注射造影剂或患者在检测的准备阶段就已经注射了造影剂，造影剂的注射方式可以是人工注射或DSA设备自动注射等。

DSA设备102通过对目标部位进行X射线照射的方法，获得目标部位的第一图像，第一图像包括目标部位的血管和组织的信息，DSA设备获得的图像具有清晰度高和分辨率高的优点，有利于观察血管病变或狭窄等。其中目标部位可以是患者的病变部位或者是需要检测的非病变部位。在得到第一图像之后，或者在记录或得到第一图像之后，可以关闭DSA设备102使得患者不再接受到X射线的照射。

控制器103可以配置为执行如图2所示的工作过程。具体说来，所述控制器103可以配置为：首先，在步骤201，基于所述目标部位的第一图像，生成第一血管引导路图，并识别出血管和关注区，在介入器械已经至少部分地位于所述目标部位中的情况下还识别出所述介入器械。在一些实施例中，通过将第一图像剪影处理或分割处理，可以获得包含血管信息的第一血管引导路图。通过分割处理可以区分血管和其它组织。分割处理方法可以是神经网络方法还可以是水平集（level set）方法等，进一步可以是分割网络U-Net、生成对抗网络GAN等。在一些实施例中，识别出的关注区可以包括血管的分叉点和/或血管的狭窄处等。如果遇到血管分叉点，在分叉点处血管有不同的走向，可能会导致介入器械前进的方向发生错误。如果是遇到血管的狭窄处，血管的直径较小，可能会导致介入器械穿破血管，造成血管的伤害。所以识别出血管的关注区可以方便医生进行操作时更加注意这些位置，提高准确性。

图3示出根据本申请实施例的第一血管引导路图的示意图。第一图像经过剪影处理，得到背景303为灰黑色和白色的血管路径301、黑色的导丝302的图3，通过识别还可以确定分叉点304的位置。图3可以清晰区分背景和血管部分，可以清晰看到血管的路径和形态等，可以看到导丝所在的位置，有利于医生通过导航进行下一步的操作。

在一些实施例中，识别分叉点的方法可以为：基于所述目标部位的第一图像提取出血管中心线上的像素点，计算中心线上的每个像素点的相邻像素点个数；如果相邻像素点个数大于2则此像素点对应的位置是分叉点。另外还可以通过深度全卷积神经网络等方法进行检测分叉点的位置。

在步骤202，控制器103可以使得所述显示器104呈现所述第一血管引导路图，以供所述用户参考所述第一血管引导路图执行对所述介入机器人101的操控操作，根据所述操控操作来控制所述介入机器人操作所述介入器械执行运动。这里用户可以是医生或检测操作人员等。用户端利用显示器104可以直观的看到第一血管引导路图，可以清晰的看到血管的路径等信息，如果有介入器械，还可以清晰的看到介入器械目前已经到达的位置，所以医生就可以判断下一步的操作，当医生输出操控操作后，介入机器人按照医生的操控操作来进行执行。这样就实现了给医生提供导航的作用。其中介入器械可以是导丝或导管等。

在步骤203，控制器103可以接收所述介入机器人101反馈的介入器械的实际运动信息，基于所述实际运动信息，预测所述介入器械在所述第一血管引导路图上的当前位置。在一些实施例中，所述介入器械的实际运动信息可以包括移动距离、旋转角度和推送速度中的至少一种。移动距离可以是沿着前进方向的位移，旋转角度可以是30°、60°、-20°等，正负代表旋转的方向，以完成导丝或导管的转向等，推送速度可以是导丝或导管的位移速度，这些都可以通过介入机器人101实时检测得到。介入机器人101在执行用户输出的操控操作时，实际的运动信息可能和用户输出的操作不一致，可能由于血管的阻力或者由于器械本身的阻力等，比如用户的输出操作信息是移动3mm，但是实际的移动距离可能是2.5mm等。介入机器人101可以通过传感器进行检测或者通过编码器结合齿轮或伺服电机等进行检测手臂的移动距离和/或旋转角度等，传感器可以为拉绳传感器，容栅传感器等，可以直接采集到介入机器人101的抓手移动距离。然后将实际运动信息通过通信连接反馈给控制器。控制器103收到实际运动信息结合第一血管引导路图的位置信息，可以预测介入器械在所述第一血管引导路图上的当前位置，这样就可以获得介入器械每次执行操作后介入器械更新的位置，就不必每次介入器械更新位置都需要通过DSA设备102重新照射成像，减少DSA设备102的使用次数和照射剂量。

在步骤204，控制器103可以使得所述显示器104将所述介入器械的当前位置标记显示在所述第一血管引导路图上。比如可以将介入器械当前的位置坐标信息和第一血管引导路图上的血管的坐标信息进行比对，得到介入器械的位置，然后标记相应的坐标位置，以完成介入器械的当前位置的标记，然后将标记后的第一血管引导路图显示在显示器上。医生可以通过显示器获得最新的第一血管引导路图，得到当前介入器械到达的位置，方便进行下一步操作。这样就可以为医生进行持续的导航，不必持续利用DSA设备102提供更新的图像进行导航。所以可以在获取第一图像之后，可以在一段时间内不必使用DSA设备102获取新的图像来刷新虚拟基准地图，通过在作为虚拟基准地图（“虚”）的第一图像的图像处理所生成的第一血管引导路图上，动态地标注呈现基于介入机器人101反馈的介入器械的实际运动信息预测的介入器械的当前位置（“实”），这种虚实结合的呈现方式，能够以显著降低的图像计算量（如非必要则仅对介入器械的当前位置进行刷新而不刷新虚拟基准地图），迅速且准确地提供手术导航，可以减少患者造影剂的使用量，减少X射线对患者的辐射，降低辐射带来的疾病风险。通过第一血管引导路图进行导航，使得医生操作更加直观，控制精准，缩短手术时间。如此，有利于提高手术效率，还可以减少由于多次注射造影剂而需要给患者注入的肝素等药物的剂量，降低内脏排毒的负担，降低对身体健康有潜在的危害，保护患者身体健康。

在一些实施例中，所述控制器103配置为：接收所述介入机器人101反馈的介入器械的实际运动信息，基于所述实际运动信息，预测所述介入器械在所述第一血管引导路图上的当前位置，具体包括：根据所述第一血管引导路图的血管信息，获取血管的形态走势信息，所述血管的形态走势信息包括血管的弯曲程度和弯曲方向；利用所述血管的形态走势信息结合所述介入器械反馈的实际运动信息，预测所述介入器械在所述第一血管引导路图上的当前位置。通过图3可以看到，血管的路径上很多地方并不是直线的，而是具有一定的弯曲程度的，而且弯曲方向也是多变的。所以在预测介入器械在所述第一血管引导路图上的当前位置时，结合血管的形态走势信息，得到的介入器械位置会更加准确。比如，当医生操作导丝向前移动1cm旋转30°动作时，控制器103实时的根据血管信息获得在某一段上的血管的弯曲程度，把导丝以曲线的形式向前移动方向，曲线的路径长度最终为1cm，计算出最终的导丝头端的点的位置，并根据旋转信息在图像上对导丝的头端进行30°旋转，呈现出准确的转动角度。血管信息可以是控制器通过在第一图像的识别过程中进行了保存，所以在计算的时候可以直接调用。

在一些实施例中，使得所述显示器将所述介入器械的当前位置标记显示在所述第一血管引导路图上，具体包括：基于所述介入器械的当前位置信息，在所述第一血管引导路图上标注所述介入器械的沿着前进方向的端点位置。介入器械的沿着前进方向的端点位置可以是导丝上距离终点最近的点。根据介入器械的端点的位置，可以获得介入器械到达的位置，就可以给医生提供导航。标记的方式可以根据端点的坐标信息直接在第一血管引导路图上对应的位置处进行标记，可以很快得到标记后的第一血管引导路图，有利于缩短手术时间，提高手术效率。

在一些实施例中，控制器101可以进一步配置为如图4所示执行在关注区的位置校准过程。所述控制器101还配置为：首先，进行判断步骤401，判定所述介入器械在所述第一血管引导路图上的预测的当前位置是否达到所述关注区之前的预定距离或位于预定距离内。如果是，则得到结果402，指示所述DSA设备对所述关注区所在的局部区域进行照射以生成所述目标部位的第二图像。接下来，进行步骤403，从所述第二图像中识别出所述介入器械的实际的当前位置。接下来进行判断步骤404，对所述介入器械的实际的当前位置和预测的当前位置进行比较。如果偏差大于第一阈值，则进行步骤405，根据所述介入器械的实际的当前位置来校准所述第一血管引导路图上的标记位置。以关注区为血管分叉点为例进行说明，通过第一图像识别分叉点后，介入器械的当前位置达到关注区之前的预定距离或位于预定距离内，也就是说判断介入器械的当前位置和分叉点的位置之间的间距是否等于预定距离或小于预定距离。可能介入器械正好到达距离分叉点的预定距离位置上，或者到了比预定距离更近的地方。如果判断结果为是，则在步骤402中，需要DSA设备进行照射获取关注区所在的局部区域的第二图像，这样可以通过重新照射，获得分叉点附近的真实情况（“特写”）。接下来在步骤403，识别处理第二图像，得到介入器械在分叉点附近的实际位置，识别第二图像的方法可以是图像分割处理的方法等。接下来，进行判断步骤404，将介入器械的通过“特写”确定的实际位置和第一血管引导路图上的预测的当前位置进行比较，比如可以比较两个位置之间的坐标值等。如果偏差大于第一阈值，说明当前位置和实际位置相差较大，则进行步骤405，依据实际位置修改标记位置。这样标记后的第一图像作为医生的导航图像，可以给医生提供更准确的信息，使医生的后续操作更加准确。进一步，预定距离可以是1mm、2mm等。进一步，在关注区利用DSA设备进行照射获取第二图像前可以不用注射造影剂。如果有需要注射少量造影剂可以通过医护人员注射或通过DSA设备自动注射；如果通过医护人员注射，可以在注射好造影剂且医护人员离开手术室后再启动DSA设备，避免医护人员的辐射，如果是通过DSA设备自动注射，就不需要这个等待医护人员离开的时间了，可以缩短手术过程。通过第二图像获取关注区的情况与第一虚拟路图进行比较即可。造影剂只是在一开始获取第一图像时注射。能够减少造影剂的使用量。

在获取第一图像之后，只在分叉点的位置使用DSA设备进行照射，而且甚至只需在分叉点采集一帧图像即可，在采集到单帧的图像后，控制器可以快速处理，不会影响医生的正常操作。这样不会影响手术时间，而且相当于总体上可以大大的减少了DSA设备的照射次数，可以减少X射线的辐射，减少造影剂的使用量，降低对患者的潜在风险，减少对患者体内注入肝素等药物剂量，从而可以降低药物对患者的身体损害。并且通过分叉点可以及时的给第一血管引导路图进行纠正，防止发生偏差。可以降低因为医生手部控制导丝不够精细而带来的对患者血管的损害，通过介入机器人结合血管路图方式可以提高在血管分叉处的通过成功率，提高手术效率，使导航更加精准。

在一些实施例中，对所述第一图像上的血管信息和所述第二图像上的血管信息进行比较，如果偏差大于第二阈值，则利用所述第二图像上的血管信息并结合介入器械的位置信息，生成第二血管引导路图以供所述显示器显示。由于第二图像上呈现血管信息和介入器械信息，在可以更新标记介入器械的位置之外，还可以对血管进行检查。因为如果第一图像得到的血管有误差或者可能有某些位置模糊而导致不清晰，所以第一图像的血管信息可能是错误的。所以通过第二图像信息进行比较，如果偏差大于第二阈值，说明偏差的位置存在问题。此时，有必要将虚拟基准地图更新为第二图像，可以利用第二图像上的血管信息并结合介入器械的位置信息，生成第二血管引导路图，并利用第二血管引导路图继续进行导航，这样可以提高导航的精准度。

在一些实施例中，所述控制器配置为：判定所述介入器械在所述第一血管引导路图上的预测的当前位置是否达到所述关注区之前的预定距离或位于预定距离内，具体包括：计算所述介入器械沿着前进方向的端点位置和所述关注区之间的沿着所述血管路径上的路径间距；判断所述路径间距是否等于所述预定距离或小于所述预定距离。比如计算导丝的端部和交叉点之间的间距，如果导丝的端部和交叉点的间距时2mm，预定距离是1mm，那么说明还没有达到预定距离；如果导丝的端部和交叉点的间距时0.5mm，预定距离是1mm，那么说明此时位于预定距离之内，此时可以进行指示DSA设备获取第二图像。并且沿着血管路径上的路径间距，是考虑到血管的弯曲程度和弯曲方向，这样才能正确的判断导丝的端部和交叉点之间的间距，如果不考虑弯曲程度，按照直线进行计算的话，那么计算的间距可能会小于实际的间距，有利于提高准确性。

图5示出根据本申请实施例的基于介入手术机器人的导航方法的整体流程的示意图。基于介入手术机器人的导航方法，适用于基于介入手术机器人的导航系统，所述方法为：首先步骤501，利用所述DSA设备在用户操控所述介入机器人之前，对目标部位进行照射以生成所述目标部位的第一图像。在用户操控之前进行照射目标部位获得第一图像，可以提供最初的导航图像。并且最初的导航图像中可能包含介入器械或不包含介入器械。接下来在步骤502，基于所述目标部位的第一图像，生成第一血管引导路图，并识别出血管和关注区，在介入器械已经至少部分地位于所述目标部位中的情况下还识别出所述介入器械。识别出血管和关注区，另外如果包含介入器械需要识别出介入器械，方便了解当前介入器械的位置。接下来在步骤503，使得所述显示器呈现所述第一血管引导路图。呈现到显示器之后方便给用户提供导航服务。接下来在步骤504，用户参考所述第一血管引导路图执行对所述介入机器人的操控操作，根据所述操控操作来控制所述介入机器人操作所述介入器械执行运动。用户在导航的指引下，进行操控，以便介入机器人进行执行。接下来在步骤505，接收所述介入机器人反馈的介入器械的实际运动信息，基于所述实际运动信息，预测所述介入器械在所述第一血管引导路图上的当前位置。介入机器人在执行操控操作时，可以实际检测输出的运动信息，反馈给控制器，这样才能反映出实际的介入器械位置，因为介入机器人的实际运动和操控信息可能具有一定的偏差。

进一步，在步骤505之后，还可以进行判断步骤506，判定介入器械在第一血管引导路图上的预测的当前位置是否达到关注区之前的预定距离或位于预定距离内。如果步骤506的判断结果为是，则进行步骤508，指示所述DSA设备对所述关注区所在的局部区域进行照射以生成所述目标部位的第二图像。步骤508之后进行步骤509，从所述第二图像中识别出所述介入器械的实际的当前位置。步骤509之后，进行判断步骤510，对所述介入器械的实际的当前位置和预测的当前位置进行比较。如果判断步骤510的判断结果是偏差大于第一阈值，则进行步骤511，根据所述介入器械的实际的当前位置来校准所述第一血管引导路图上的标记位置。步骤511之后进行步骤503，使显示器呈现标记后的第一血管引导路图。如果判断步骤510的判断结果是偏差小于或等于第一阈值，则不更新第一血管引导路图，接着进行步骤504，用户参考所述第一血管引导路图执行对所述介入机器人的操控操作，根据所述操控操作来控制所述介入机器人操作所述介入器械执行运动。继续执行步骤504，这时说明医生开始以当前的第一血管引导路图继续下一操作。

在标记后的第一血管引导路图的基础上，进行判断介入器械与关注区的距离，这样可以方便对介入器械的位置进行定时的检查，有利于以后的导航的准确性。同时可以提高在分叉点等关注区所在位置的操作精准性。

进一步，如果步骤506判定结果为否，则进入判定步骤507，判定手术是否结束。如果手术结束，则进行结束步骤512，结束。步骤512后导航过程结束，如果手术未结束，则继续步骤504，用户参考所述第一血管引导路图执行对所述介入机器人的操控操作，根据所述操控操作来控制所述介入机器人操作所述介入器械执行运动。继续执行步骤504，这时说明医生开始以当前的第一血管引导路图继续下一操作。

在步骤506判定结果为否之后每次都需要判断手术是否结束，如果手术结束就停止导航，如果手术未结束，则继续以当前的第一血管引导路图进行导航。

图6示出根据本申请实施例的主端遥控导航系统组成的示意图。包括基于介入手术机器人的导航系统和作为主端的操纵装置。所述操纵装置配置为：接收用户根据所述显示器605显示的血管引导路图所做出的操作；将用户的操作转换为控制信号，并将控制信号发送给控制器604；所述控制器604配置为：将所述控制信号转化为操作指令，并将操作指令发送给所述介入机器人601。主端遥控导航系统包括介入机器人601、DSA设备603、控制器604、显示器605、操纵装置。进一步，操纵装置可以包括触摸屏606。进一步，基于介入手术机器人的导航系统还可以包括导管床602。导管床602和介入机器人601、DSA设备603可以在手术过程中进行配合。操纵装置还可以包括控制盒607，所述控制盒607可以包括摇杆和滚轮，通过摇杆和滚轮的操作输出对导管或导丝的操控操作。控制盒607中还可以设置编码器等结构使机械结构转换为信号而传输给控制器604。触摸屏606可以用于人机交互，如进行参数设置，命令确认等，同时也会呈现介入机器人检测导管导丝的实时阻力信息。显示器605用于呈现DSA图像和显示介入机器人601的运动信息以及介入机器人601的预期动作、血管引导路图、路径规划等信息。控制器604可以包括处理器和控制电路板。还可以包括用于供电的UPS，用于稳定电压的隔离变压器和开关电源等。

进一步，作为主端的操纵装置与导管床602、介入机器人601和DSA设备603可以分别位于分立的医疗区域内，比如操纵装置在观察室，导管床602、介入机器人601和DSA设备603位于另一个手术室中。这样医生可以远端进行操控。还可以通过铅玻璃观察手术的情况。在手术室内，介入机器人601执行导丝或导管的推送和旋转等动作。有利于减小对医生的辐射。进一步，介入机器人601可以包括导管执行机构和导丝执行机构。导丝执行机构用于控制导丝的推送和旋转动作，导管的旋转动作，导管执行机构用于控制导管的推送。

在一些实施例中，本申请还提供一种用于导航系统的程序产品，其包括由处理器执行时实现根据本申请各个实施例所描述的由控制器执行的各种处理步骤的程序指令。

例如，所述程序指令由处理器执行时可以如下步骤。获取目标部位的第一图像，所述第一图像由DSA设备在用户操控介入机器人之前，对目标部位进行照射以生成所述目标部位的第一图像；基于所述目标部位的第一图像，生成第一血管引导路图，并识别出血管和关注区，在介入器械已经至少部分地位于所述目标部位中的情况下还识别出所述介入器械；使得显示器呈现所述第一血管引导路图，以供所述用户参考所述第一血管引导路图执行对所述介入机器人的操控操作，根据所述操控操作来控制所述介入机器人操作所述介入器械执行运动；接收所述介入机器人反馈的介入器械的实际运动信息，基于所述实际运动信息，预测所述介入器械在所述第一血管引导路图上的当前位置；使得所述显示器将所述介入器械的当前位置标记显示在所述第一血管引导路图上。

此外，尽管已经在本文中描述了示例性实施例，其范围包括任何和所有基于本申请的具有等同元件、修改、省略、组合（例如，各种实施例交叉的方案）、改编或改变的实施例。权利要求书中的元件将被基于权利要求中采用的语言宽泛地解释，并不限于在本说明书中或本申请的实施期间所描述的示例，其示例将被解释为非排他性的。因此，本说明书和示例旨在仅被认为是示例，真正的范围和精神由以下权利要求以及其等同物的全部范围所指示。

以上描述旨在是说明性的而不是限制性的。例如，上述示例（或其一个或更多方案）可以彼此组合使用。例如本领域普通技术人员在阅读上述描述时可以使用其它实施例。另外，在上述具体实施方式中，各种特征可以被分组在一起以简单化本申请。这不应解释为一种不要求保护的申请的特征对于任一权利要求是必要的意图。相反，本申请的主题可以少于特定的申请的实施例的全部特征。从而，以下权利要求书作为示例或实施例在此并入具体实施方式中，其中每个权利要求独立地作为单独的实施例，并且考虑这些实施例可以以各种组合或排列彼此组合。本发明的范围应参照所附权利要求以及这些权利要求赋权的等同形式的全部范围来确定。

以上实施例仅为本申请的示例性实施例，不用于限制本发明，本发明的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本申请的实质和保护范围内，对本发明做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种基于介入手术机器人的导航系统，其特征在于，所述导航系统包括作为从端的介入机器人、DSA设备、控制器和显示器，所述介入机器人、DSA设备和显示器分别与所述控制器通信连接；

所述DSA设备配置为：在用户操控所述介入机器人之前，对目标部位进行照射以生成所述目标部位的第一图像；

所述控制器配置为：

基于所述目标部位的第一图像，生成第一血管引导路图，并识别出血管和关注区，在介入器械已经至少部分地位于所述目标部位中的情况下还识别出所述介入器械；

使得所述显示器呈现所述第一血管引导路图，以供所述用户参考所述第一血管引导路图执行对所述介入机器人的操控操作，根据所述操控操作来控制所述介入机器人操作所述介入器械执行运动；

接收所述介入机器人反馈的介入器械的实际运动信息，基于所述实际运动信息，预测所述介入器械在所述第一血管引导路图上的当前位置；

使得所述显示器将所述介入器械的当前位置标记显示在所述第一血管引导路图上；

判定所述介入器械在所述第一血管引导路图上的预测的当前位置是否达到所述关注区之前的预定距离或位于预定距离内，如果是，则指示所述DSA设备对所述关注区所在的局部区域进行照射以生成所述目标部位的第二图像；

从所述第二图像中识别出所述介入器械的实际的当前位置；

对所述介入器械的实际的当前位置和预测的当前位置进行比较，如果偏差大于第一阈值，则根据所述介入器械的实际的当前位置来校准所述第一血管引导路图上的标记位置；

对所述第一图像上的血管信息和所述第二图像上的血管信息进行比较，如果偏差大于第二阈值，则利用所述第二图像上的血管信息并结合介入器械的位置信息，生成第二血管引导路图以供所述显示器显示。

2.根据权利要求1所述的导航系统，其特征在于，所述控制器配置为：基于所述目标部位的第一图像，识别出的关注区包括血管的分叉点和/或血管的狭窄处。

3.根据权利要求1所述的导航系统，其特征在于，所述介入器械的实际运动信息包括移动距离、旋转角度和推送速度中的至少一种。

4.根据权利要求3所述的导航系统，其特征在于，所述控制器配置为：接收所述介入机器人反馈的介入器械的实际运动信息，基于所述实际运动信息，预测所述介入器械在所述第一血管引导路图上的当前位置，具体包括：

根据所述第一血管引导路图的血管信息，获取血管的形态走势信息，所述血管的形态走势信息包括血管的弯曲程度和弯曲方向；

利用所述血管的形态走势信息结合所述介入器械反馈的实际运动信息，预测所述介入器械在所述第一血管引导路图上的当前位置。

5.根据权利要求1所述的导航系统，其特征在于，使得所述显示器将所述介入器械的当前位置标记显示在所述第一血管引导路图上，具体包括：

基于所述介入器械的当前位置信息，在所述第一血管引导路图上标注所述介入器械的沿着前进方向的端点位置。

6.根据权利要求1所述的导航系统，其特征在于，所述控制器配置为：判定所述介入器械在所述第一血管引导路图上的预测的当前位置是否达到所述关注区之前的预定距离或位于预定距离内，具体包括：

计算所述介入器械沿着前进方向的端点位置和所述关注区之间的沿着所述血管路径上的路径间距；

判断所述路径间距是否等于所述预定距离或小于所述预定距离。

7.一种主端遥控导航系统，其特征在于，包括权利要求1-6任一所述的基于介入手术机器人的导航系统和作为主端的操纵装置；

所述操纵装置配置为：接收用户根据所述显示器显示的血管引导路图所做出的操作；将用户的操作转换为控制信号，并将控制信号发送给控制器；

所述控制器配置为：将所述控制信号转化为操作指令，并将操作指令发送给所述介入机器人。

8.一种计算机可读存储介质，其上存储有用于术中导航系统的计算机可执行指令，所述计算机可执行指令由处理器执行时实现如下步骤：

获取目标部位的第一图像，所述第一图像由DSA设备在用户操控介入机器人之前对目标部位进行照射而生成；

基于所述目标部位的第一图像，生成第一血管引导路图，并识别出血管和关注区，在介入器械已经至少部分地位于所述目标部位中的情况下还识别出所述介入器械；

使得显示器呈现所述第一血管引导路图，以供所述用户参考所述第一血管引导路图执行对所述介入机器人的操控操作，根据所述操控操作来控制所述介入机器人操作所述介入器械执行运动；

接收所述介入机器人反馈的介入器械的实际运动信息，基于所述实际运动信息，预测所述介入器械在所述第一血管引导路图上的当前位置；

使得所述显示器将所述介入器械的当前位置标记显示在所述第一血管引导路图上；

判定所述介入器械在所述第一血管引导路图上的预测的当前位置是否达到所述关注区之前的预定距离或位于预定距离内，如果是，则指示所述DSA设备对所述关注区所在的局部区域进行照射以生成所述目标部位的第二图像；

从所述第二图像中识别出所述介入器械的实际的当前位置；

对所述介入器械的实际的当前位置和预测的当前位置进行比较，如果偏差大于第一阈值，则根据所述介入器械的实际的当前位置来校准所述第一血管引导路图上的标记位置；

对所述第一图像上的血管信息和所述第二图像上的血管信息进行比较，如果偏差大于第二阈值，则利用所述第二图像上的血管信息并结合介入器械的位置信息，生成第二血管引导路图以供所述显示器显示。

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