CN115998447A - 一种手术器械锐性分离安全控制方法及装置 - Google Patents

Abstract

本申请实施例提供一种手术器械锐性分离安全控制方法及装置。所述方法包括：在预先构建的内窥镜坐标系下，实时获取手术器械的三维位置坐标，如果三维位置坐标超出内窥镜的视野范围，则从端控制系统在接收到主端控制系统发送的锐性分离指令后，不控制手术器械执行锐性分离动作。如此，可以对手术器械的位置进行实时监控，一旦手术器械超出内窥镜的视野范围，此时认为医生是无法通过显示装置看到手术器械的状态的，进而通过禁止控制手术器械执行锐性分离，来确保手术器械不会在术野以外的其他位置执行锐性分离动作，极大地降低了安全风险，安全性较高。

Description

一种手术器械锐性分离安全控制方法及装置

技术领域

本申请涉及医疗器械技术领域，特别涉及一种手术器械锐性分离安全控制方法及装置。

背景技术

随着医疗技术的发展，微创手术以创伤小、康复时间短、患者痛苦少等优点得到了越来越广泛的应用，相应地，微创手术机器人，例如：腹腔镜手术机器人，也随着微创手术的推广而迅速发展。微创手术机器人是一种新型微创手术设备，具体可以包括医生控制平台、患者手术平台和图像平台等结构。

医生控制平台的上端设置有显示装置和便于医生用手进行操作的主控机械臂，下端设置有便于医生用脚进行操作的踏板。患者手术平台主要包括手术台车和安装在手术台车上的多个手术机械臂，多个手术机械臂的其中一个手术机械臂上安装有内窥镜，其它手术机械臂上安装有各种需要的手术器械，例如：手术刀、剪刀和高频电刀等。内窥镜用于实时获取术野图像，术野图像可以经过图像平台的处理后传输到医生控制平台的显示装置进行显示。在进行微创手术的过程中，医生可以坐在医生控制平台前，根据从显示装置中观察到的术野图像，通过操作主控机械臂和踏板(或按钮等)，远程控制患者手术平台上的手术机械臂在患者体内执行锐性分离(例如切割、剪切等)、缝合等诸多复杂的动作，从而完成手术。

在微创手术的过程中，手术机械臂可以根据主控机械臂的运动情况，实时跟随医生的动作，医生通常会先控制内窥镜充分观察术野后，再控制手术器械到达对应位置执行锐性分离动作。然而，如果医生在观察术野的过程中误触发了手术器械的动作，则手术器械可能会在术野以外的其他位置执行锐性分离动作，这会造成不可估计的严重后果，而且目前微创手术机器人上也缺乏相应的安全控制手段，存在较大的安全风险。

发明内容

本申请提供了一种手术器械锐性分离安全控制方法及装置，可用于解决现有微创手术机器人上缺乏相应的安全控制手段，当医生误触发手术器械的动作时，手术器械可能会在术野以外的其他位置执行锐性分离动作，存在较大的安全风险的技术问题。

第一方面，本申请实施例提供一种手术器械锐性分离安全控制方法，应用于微创手术机器人的从端控制系统，所述微创手术机器人还包括主端控制系统，所述主端控制系统用于响应于用户的操作，生成对应的操作指令，并向所述从端控制系统发送所述操作指令；所述方法包括：

在预先构建的内窥镜坐标系下，实时获取手术器械的三维位置坐标，所述内窥镜坐标系以内窥镜的末端为原点O，以所述内窥镜的中心轴线方向为Y轴方向，以垂直于所述Y轴方向的任一方向为X轴方向，以同时垂直于所述X轴方向和所述Y轴方向的方向为Z轴方向；

基于所述内窥镜的视场角，检测所述三维位置坐标是否位于所述内窥镜的视野范围；

如果所述三维位置坐标超出所述内窥镜的视野范围，则在接收到所述主端控制系统发送的锐性分离指令后，不控制所述手术器械执行锐性分离动作。

结合第一方面，在第一方面的一种可实现方式中，所述在预先构建的内窥镜坐标系下，实时获取手术器械的三维位置坐标，包括：

获取主控机械臂末端相对于显示装置的目镜的第一位姿信息，所述第一位姿信息是所述主端控制系统根据所述主控机械臂末端在空间笛卡尔坐标系下的位姿信息以及所述目镜在所述空间笛卡尔坐标系下的位姿信息所确定的，所述主控机械臂末端在空间笛卡尔坐标系下的位姿信息是所述主端控制系统根据实时采集到的所述主控机械臂各个关节的位置信息确定的，所述第一位姿信息包括第一姿态和第一位置增量；

根据所述第一位姿信息，控制从端机械臂的各个关节运动到目标位置；在所述从端机械臂的各个关节运动到目标位置之后，所述手术器械相对于内窥镜的姿态与所述第一姿态相同，所述手术器械运动的位置增量与所述第一位置增量成预设比例；

根据所述手术器械相对于所述内窥镜的位置和姿态，在预先构建的内窥镜坐标系下，获取所述手术器械的三维位置坐标。

结合第一方面，在第一方面的一种可实现方式中，所述基于所述内窥镜的视场角，检测所述三维位置坐标是否位于所述内窥镜的视野范围，包括：

根据所述三维位置坐标中的x坐标值和y坐标值，确定所述手术器械与所述内窥镜在所述内窥镜坐标系的XOY平面的第一夹角；

根据所述三维位置坐标中的z坐标值和所述y坐标值，确定所述手术器械与所述内窥镜在所述内窥镜坐标系的YOZ平面的第二夹角；

如果所述第一夹角大于所述内窥镜在所述XOY平面的第一视场角，或者所述第二夹角大于所述内窥镜在所述YOZ平面的第二视场角，则判定所述三维位置坐标超出所述内窥镜的视野范围。

结合第一方面，在第一方面的一种可实现方式中，所述方法还包括：

如果所述第一夹角小于或等于所述内窥镜在所述XOY平面的第一视场角，并且所述第二夹角小于或等于所述内窥镜在所述YOZ平面的第二视场角，则判定所述三维位置坐标位于所述内窥镜的视野范围。

结合第一方面，在第一方面的一种可实现方式中，所述根据所述三维位置坐标中的x坐标值和y坐标值，确定所述手术器械与所述内窥镜在所述内窥镜坐标系的XOY平面的第一夹角，包括：

通过以下公式确定所述手术器械与所述内窥镜在所述内窥镜坐标系的XOY平面的第一夹角：

其中，α为所述手术器械与所述内窥镜在所述内窥镜坐标系的XOY平面的第一夹角，x为所述三维位置坐标中的x坐标值，y为所述三维位置坐标中的y坐标值。

结合第一方面，在第一方面的一种可实现方式中，所述根据所述三维位置坐标中的z坐标值和所述y坐标值，确定所述手术器械与所述内窥镜在所述内窥镜坐标系的YOZ平面的第二夹角，包括：

通过以下公式确定所述手术器械与所述内窥镜在所述内窥镜坐标系的YOZ平面的第二夹角：

其中，β为所述手术器械与所述内窥镜在所述内窥镜坐标系的YOZ平面的第二夹角，z为所述三维位置坐标中的z坐标值，y为所述三维位置坐标中的y坐标值。

结合第一方面，在第一方面的一种可实现方式中，所述方法还包括：

如果所述三维位置坐标位于所述内窥镜的视野范围，则在接收到所述主端控制系统发送的锐性分离指令后，响应于所述锐性分离指令，控制所述手术器械执行锐性分离动作。

第二方面，本申请实施例提供一种手术器械锐性分离安全控制装置，应用于微创手术机器人的从端控制系统，所述微创手术机器人还包括主端控制系统，所述主端控制系统用于响应于用户的操作，生成对应的操作指令，并向所述从端控制系统发送所述操作指令；所述装置包括：

坐标获取模块，用于在预先构建的内窥镜坐标系下，实时获取手术器械的三维位置坐标，所述内窥镜坐标系以内窥镜的末端为原点O，以所述内窥镜的中心轴线方向为Y轴方向，以垂直于所述Y轴方向的任一方向为X轴方向，以同时垂直于所述X轴方向和所述Y轴方向的方向为Z轴方向；

位置检测模块，用于基于所述内窥镜的视场角，检测所述三维位置坐标是否位于所述内窥镜的视野范围；

安全控制模块，用于如果所述三维位置坐标超出所述内窥镜的视野范围，则在接收到所述主端控制系统发送的锐性分离指令后，不控制所述手术器械执行锐性分离动作。

结合第二方面，在第二方面的一种可实现方式中，所述坐标获取模块包括：

第一位姿信息获取单元，用于获取主控机械臂末端相对于显示装置的目镜的第一位姿信息，所述第一位姿信息是所述主端控制系统根据所述主控机械臂末端在空间笛卡尔坐标系下的位姿信息以及所述目镜在所述空间笛卡尔坐标系下的位姿信息所确定的，所述主控机械臂末端在空间笛卡尔坐标系下的位姿信息是所述主端控制系统根据实时采集到的所述主控机械臂各个关节的位置信息确定的，所述第一位姿信息包括第一姿态和第一位置增量；

运动控制单元，用于根据所述第一位姿信息，控制从端机械臂的各个关节运动到目标位置；在所述从端机械臂的各个关节运动到目标位置之后，所述手术器械相对于内窥镜的姿态与所述第一姿态相同，所述手术器械运动的位置增量与所述第一位置增量成预设比例；

坐标获取单元，用于根据所述手术器械相对于所述内窥镜的位置和姿态，在预先构建的内窥镜坐标系下，获取所述手术器械的三维位置坐标。

结合第二方面，在第二方面的一种可实现方式中，所述位置检测模块包括：

第一夹角确定单元，用于根据所述三维位置坐标中的x坐标值和y坐标值，确定所述手术器械与所述内窥镜在所述内窥镜坐标系的XOY平面的第一夹角；

第二夹角确定单元，用于根据所述三维位置坐标中的z坐标值和所述y坐标值，确定所述手术器械与所述内窥镜在所述内窥镜坐标系的YOZ平面的第二夹角；

判定单元，用于如果所述第一夹角大于所述内窥镜在所述XOY平面的第一视场角，或者所述第二夹角大于所述内窥镜在所述YOZ平面的第二视场角，则判定所述三维位置坐标超出所述内窥镜的视野范围。

结合第二方面，在第二方面的一种可实现方式中，所述判定单元还用于：

如果所述第一夹角小于或等于所述内窥镜在所述XOY平面的第一视场角，并且所述第二夹角小于或等于所述内窥镜在所述YOZ平面的第二视场角，则判定所述三维位置坐标位于所述内窥镜的视野范围。

结合第二方面，在第二方面的一种可实现方式中，所述第一夹角确定单元具体用于：

通过以下公式确定所述手术器械与所述内窥镜在所述内窥镜坐标系的XOY平面的第一夹角：

其中，α为所述手术器械与所述内窥镜在所述内窥镜坐标系的XOY平面的第一夹角，x为所述三维位置坐标中的x坐标值，y为所述三维位置坐标中的y坐标值。

结合第二方面，在第二方面的一种可实现方式中，所述第二夹角确定单元具体用于：

通过以下公式确定所述手术器械与所述内窥镜在所述内窥镜坐标系的YOZ平面的第二夹角：

其中，β为所述手术器械与所述内窥镜在所述内窥镜坐标系的YOZ平面的第二夹角，z为所述三维位置坐标中的z坐标值，y为所述三维位置坐标中的y坐标值。

结合第二方面，在第二方面的一种可实现方式中，所述安全控制模块还用于：

如果所述三维位置坐标位于所述内窥镜的视野范围，则在接收到所述主端控制系统发送的锐性分离指令后，响应于所述锐性分离指令，控制所述手术器械执行锐性分离动作。

本申请实施例提供一种手术器械锐性分离安全控制方法及装置，在安全控制方法中，在预先构建的内窥镜坐标系下，实时获取手术器械的三维位置坐标，如果三维位置坐标超出内窥镜的视野范围，则从端控制系统在接收到主端控制系统发送的锐性分离指令后，不控制手术器械执行锐性分离动作。整个方法对于手术器械的位置进行实时监控，一旦手术器械超出内窥镜的视野范围，此时认为医生是无法通过显示装置看到手术器械的状态的，进而通过禁止控制手术器械执行锐性分离，来确保手术器械不会在术野以外的其他位置执行锐性分离动作，极大地降低了安全风险，安全性较高。

附图说明

图1为本申请实施例提供的手术器械锐性分离安全控制方法的应用场景示意图；

图2为本申请实施例提供的一种手术器械锐性分离安全控制方法的工作流程示意图；

图3为本申请实施例提供的内窥镜坐标系的示意图；

图4为本申请实施例提供的内窥镜的成像范围的示意图；

图5为本申请实施例提供的一种手术器械锐性分离安全控制装置的结构示意图。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请实施方式作进一步地详细描述。

为了解决现有微创手术机器人上缺乏相应的安全控制手段，当医生误触发手术器械的动作时，手术器械可能会在术野以外的其他位置执行锐性分离动作，存在较大的安全风险的问题，本申请实施例提供一种手术器械锐性分离安全控制方法。该安全控制方法应用于微创手术机器人的从端控制系统。需要说明的是，本申请实施例中提及的锐性分离，可以包括手术刀的切割、剪刀的剪开等分离动作，也可以包括高频电刀触发分离，需要分离组织的动作都应纳入本申请实施例的锐性分离的保护范围。

图1为本申请实施例提供的手术器械锐性分离安全控制方法的应用场景示意图。如图1所示，微创手术机器人包括医生控制平台1、患者手术平台2和图像平台3。医生控制平台1上设置有显示装置11、主控机械臂12、踏板13和主端控制系统14。患者手术平台2上设置有多个手术机械臂21以及从端控制系统22，其中一个手术机械臂21上安装有内窥镜23，其它手术机械臂21上安装有各种需要的手术器械24。内窥镜23获取的术野图像可以经过图像平台3的处理后传输到显示装置11进行显示。在进行微创手术的过程中，医生可以坐在医生控制平台1前，根据从显示装置11中观察到的术野图像，通过操作主控机械臂12和踏板13，远程控制患者手术平台2上的手术机械臂21在患者体内执行锐性分离、缝合等诸多复杂的动作，从而完成手术。其中，主端控制系统14可以响应于用户的操作，生成对应的操作指令，并向从端控制系统22发送操作指令。手术机械臂21可以根据主控机械臂12的运动情况，在从端控制系统22的控制下实时跟随医生的动作。

基于图1所示的应用场景，本申请实施例提供一种手术器械锐性分离安全控制方法，参见图2所示的工作流程示意图，具体包括以下步骤：

201：在预先构建的内窥镜坐标系下，实时获取手术器械的三维位置坐标。

其中，内窥镜坐标系以内窥镜的末端为原点O，以内窥镜的中心轴线方向为Y轴方向，以垂直于Y轴方向的任一方向为X轴方向，以同时垂直于X轴方向和Y轴方向的方向为Z轴方向。

图3为本申请实施例提供的内窥镜坐标系的示意图。如图3所示，在一些实施例中，内窥镜坐标系可以以内窥镜23的中心轴线上的末端点为原点O，以沿着内窥镜23的中心轴线朝向内窥镜23以外的方向为Y轴正方向，以垂直于Y轴正方向的任一方向为X轴正方向，基于右手螺旋定则，根据Y轴正方向和X轴正方向确定Z轴正方向。此时在内窥镜23的视野范围内，有两个手术器械24进行活动。随着内窥镜23在空间中的位置的移动，内窥镜坐标系也会随之移动。手术器械在内窥镜坐标系下的三维位置坐标也实时变化。

在一些实施例中，在内窥镜坐标系下，可以通过以下步骤实时获取手术器械24的三维位置坐标：

步骤一，获取主控机械臂末端相对于显示装置的目镜的第一位姿信息。

其中，目镜是医生控制平台上的目镜，是医生眼睛贴近显示装置的地方，相当于医生观察内窥镜图像的观察窗。第一位姿信息是主端控制系统根据主控机械臂末端在空间笛卡尔坐标系下的位姿信息以及目镜在空间笛卡尔坐标系下的位姿信息所确定的。主控机械臂末端在空间笛卡尔坐标系下的位姿信息是主端控制系统根据实时采集到的主控机械臂各个关节的位置信息确定的。第一位姿信息包括第一姿态和第一位置增量。第一姿态可以用欧拉角进行表示。第一位置增量表示主控机械臂末端相对于目镜的当前位置与主控机械臂末端相对于目镜的初始位置的位置差异。示例性地，可以在目镜上建立局部的目镜坐标系，将主控机械臂末端的空间位置和姿态表示为在目镜坐标系中的坐标，在目镜坐标系下，主控机械臂末端的当前位置坐标与初始位置坐标的差值，即为第一位置增量。

当医生操控主控机械臂进行运动时，主端控制系统可以实时采集主控机械臂各个关节的位置信息，通过机器人运动学理论，确定主控机械臂末端在空间笛卡尔坐标系下的位姿信息。然后再结合目镜在空间笛卡尔坐标系下的位姿信息确定主控机械臂末端相对于目镜的第一位姿信息。

步骤二，根据第一位姿信息，控制从端机械臂的各个关节运动到目标位置。

其中，在从端机械臂的各个关节运动到目标位置之后，手术器械相对于内窥镜的姿态与第一姿态相同，手术器械运动的位置增量与第一位置增量成预设比例。

由于从端机械臂是跟随主控机械臂进行运动的，因此根据主控机械臂的运动，需要映射到从端机械臂的运动，从而从端控制系统会控制从端机械臂的各个关节运动到目标位置，最终从端机械臂末端的参考点也会从初始位置运动到指定位置，从而从端机械臂上搭载的手术器械也会运动到对应的指定位置。手术器械运动的位置增量是指手术器械在指定位置的位置坐标与手术器械在运动之前的初始位置的位置坐标的差值。

步骤三，根据手术器械相对于内窥镜的位置和姿态，在预先构建的内窥镜坐标系下，获取手术器械的三维位置坐标。

其中，手术器械相对于内窥镜的位置和姿态可以用手术器械末端的参考点相对于内窥镜的位置和姿态进行表示。

当从端机械臂的各个关节运动到目标位置后，手术器械也会运动到对应的指定位置。可以基于机器人运动学理论获取手术器械在空间笛卡尔坐标系下的位姿信息，以及内窥镜在空间笛卡尔坐标系下的位姿信息，然后将手术器械在空间笛卡尔坐标系下的位姿信息转换为内窥镜坐标系下的三维位置坐标。

202：基于内窥镜的视场角，检测三维位置坐标是否位于内窥镜的视野范围。

图4为本申请实施例提供的内窥镜的成像范围的示意图。如图4所示，在内窥镜坐标系下，内窥镜的成像是视场角固定的、无限放射的空间几何体。示例性地，平面ABDC为平行于XOZ平面的任一平面，内窥镜在XOY平面的第一视场角为θ1，也就是角AOB，内窥镜在YOZ平面的第二视场角为θ2，也就是角AOC，在平面ABDC上，线段AB＝OA×tanθ1，线段AC＝OA×tanθ2，ABDC四个点所围成的区域位于内窥镜的成像范围。

在一些实施例中，可以通过以下步骤检测三维位置坐标是否位于内窥镜的视野范围：

第一步，根据三维位置坐标中的x坐标值和y坐标值，确定手术器械与内窥镜在内窥镜坐标系的XOY平面的第一夹角。

具体地，可以通过以下公式(1)确定手术器械与内窥镜在内窥镜坐标系的XOY平面的第一夹角：

公式(1)中，α为手术器械与内窥镜在内窥镜坐标系的XOY平面的第一夹角，x为三维位置坐标中的x坐标值，y为三维位置坐标中的y坐标值。

第二步，根据三维位置坐标中的z坐标值和y坐标值，确定手术器械与内窥镜在内窥镜坐标系的YOZ平面的第二夹角。

具体地，可以通过以下公式(2)确定手术器械与内窥镜在内窥镜坐标系的YOZ平面的第二夹角：

其中，β为手术器械与内窥镜在内窥镜坐标系的YOZ平面的第二夹角，z为三维位置坐标中的z坐标值，y为三维位置坐标中的y坐标值。

第三步，检测第一夹角是否大于内窥镜在XOY平面的第一视场角，以及第二夹角是否大于内窥镜在YOZ平面的第二视场角。如果第一夹角大于内窥镜在XOY平面的第一视场角，或者第二夹角大于内窥镜在YOZ平面的第二视场角，则执行第四步。如果第一夹角小于或等于内窥镜在XOY平面的第一视场角，并且第二夹角小于或等于内窥镜在YOZ平面的第二视场角，则执行第五步。

第四步，判定三维位置坐标超出内窥镜的视野范围。

第五步，判定三维位置坐标位于内窥镜的视野范围。

示例性地，如图4所示，假设手术器械末端为空间点E，位于ABDC平面上，E的三维位置坐标为(x，y，z)，点E在XOY平面的投影点为点F，坐标为(x，y，0)，空间点E在YOZ平面的投影点为点G，坐标为(0，y，z)，通过公式(1)可得点E与内窥镜在内窥镜坐标系的XOY平面的第一夹角α＝∠AOF＝atan(|x|/|y|)，通过公式(2)可得点E与内窥镜在内窥镜坐标系的YOZ平面的第二夹角β＝∠AOG＝atan(|z|/|y|)，由于α<θ1，并且β<θ2，判定点E位于内窥镜的视野范围。

在其他实施例中，也可以根据内窥镜在XOY平面的第一视场角以及三维位置坐标中的y坐标值确定最大x坐标值，以及根据内窥镜在YOZ平面的第二视场角以及三维位置坐标中的y坐标值确定最大z坐标值，然后将三维位置坐标中的x坐标值与最大x坐标值进行比对，以及将三维位置坐标中的z坐标值与最大z坐标值进行比对，来判定手术器械是否位于内窥镜的视野范围，本申请实施例对检测三维位置坐标是否位于内窥镜视野范围的具体方式不作限定。

203：如果三维位置坐标超出内窥镜的视野范围，则在接收到主端控制系统发送的锐性分离指令后，不控制手术器械执行锐性分离动作。

具体地，从端控制系统如果检测到三维位置坐标超出内窥镜的视野范围，则对于此时主端控制系统发送的锐性分离指令不作响应。

204：如果三维位置坐标位于内窥镜的视野范围，则在接收到主端控制系统发送的锐性分离指令后，响应于锐性分离指令，控制手术器械执行锐性分离动作。

具体地，从端控制系统如果检测到三维位置坐标位于内窥镜的视野范围，则正常响应主端控制系统发送的锐性分离指令。

如此，本申请实施例提供的手术器械锐性分离安全控制方法中，在预先构建的内窥镜坐标系下，实时获取手术器械的三维位置坐标，如果三维位置坐标超出内窥镜的视野范围，则从端控制系统在接收到主端控制系统发送的锐性分离指令后，不控制手术器械执行锐性分离动作。整个方法对于手术器械的位置进行实时监控，一旦手术器械超出内窥镜的视野范围，此时认为医生是无法通过显示装置看到手术器械的状态的，进而通过禁止控制手术器械执行锐性分离，来确保手术器械不会在术野以外的其他位置执行锐性分离动作，极大地降低了安全风险，安全性较高。

下述为本申请的装置实施例，可以用于执行本申请的方法实施例。对于本申请装置实施例中未披露的细节，请参照本申请的方法实施例。

作为对上述各实施例的实现，本申请实施例提供一种手术器械锐性分离安全控制装置。该装置应用于微创手术机器人的从端控制系统。微创手术机器人还包括主端控制系统，主端控制系统用于响应于用户的操作，生成对应的操作指令，并向从端控制系统发送操作指令。参见图5所示的结构示意图，本申请实施例提供的手术器械锐性分离安全控制装置包括：坐标获取模块501、位置检测模块502和安全控制模块503。其中：

坐标获取模块501，用于在预先构建的内窥镜坐标系下，实时获取手术器械的三维位置坐标，内窥镜坐标系以内窥镜的末端为原点O，以内窥镜的中心轴线方向为Y轴方向，以垂直于Y轴方向的任一方向为X轴方向，以同时垂直于X轴方向和Y轴方向的方向为Z轴方向。

位置检测模块502，用于基于内窥镜的视场角，检测三维位置坐标是否位于内窥镜的视野范围。

安全控制模块503，用于如果三维位置坐标超出内窥镜的视野范围，则在接收到主端控制系统发送的锐性分离指令后，不控制手术器械执行锐性分离动作。

在一种可实现方式中，坐标获取模块501包括：

第一位姿信息获取单元，用于获取主控机械臂末端相对于显示装置的目镜的第一位姿信息，第一位姿信息是主端控制系统根据主控机械臂末端在空间笛卡尔坐标系下的位姿信息以及目镜在空间笛卡尔坐标系下的位姿信息所确定的，主控机械臂末端在空间笛卡尔坐标系下的位姿信息是主端控制系统根据实时采集到的主控机械臂各个关节的位置信息确定的，第一位姿信息包括第一姿态和第一位置增量。

运动控制单元，用于根据第一位姿信息，控制从端机械臂的各个关节运动到目标位置。在从端机械臂的各个关节运动到目标位置之后，手术器械相对于内窥镜的姿态与第一姿态相同，手术器械运动的位置增量与第一位置增量成预设比例。

坐标获取单元，用于根据手术器械相对于内窥镜的位置和姿态，在预先构建的内窥镜坐标系下，获取手术器械的三维位置坐标。

在一种可实现方式中，位置检测模块502包括：

第一夹角确定单元，用于根据三维位置坐标中的x坐标值和y坐标值，确定手术器械与内窥镜在内窥镜坐标系的XOY平面的第一夹角。

第二夹角确定单元，用于根据三维位置坐标中的z坐标值和y坐标值，确定手术器械与内窥镜在内窥镜坐标系的YOZ平面的第二夹角。

判定单元，用于如果第一夹角大于内窥镜在XOY平面的第一视场角，或者第二夹角大于内窥镜在YOZ平面的第二视场角，则判定三维位置坐标超出内窥镜的视野范围。

在一种可实现方式中，判定单元还用于：

如果第一夹角小于或等于内窥镜在XOY平面的第一视场角，并且第二夹角小于或等于内窥镜在YOZ平面的第二视场角，则判定三维位置坐标位于内窥镜的视野范围。

在一种可实现方式中，第一夹角确定单元具体用于：

通过以下公式确定手术器械与内窥镜在内窥镜坐标系的XOY平面的第一夹角：

其中，α为手术器械与内窥镜在内窥镜坐标系的XOY平面的第一夹角，x为三维位置坐标中的x坐标值，y为三维位置坐标中的y坐标值。

在一种可实现方式中，第二夹角确定单元具体用于：

通过以下公式确定手术器械与内窥镜在内窥镜坐标系的YOZ平面的第二夹角：

其中，β为手术器械与内窥镜在内窥镜坐标系的YOZ平面的第二夹角，z为三维位置坐标中的z坐标值，y为三维位置坐标中的y坐标值。

在一种可实现方式中，安全控制模块503还用于：

如果三维位置坐标位于内窥镜的视野范围，则在接收到主端控制系统发送的锐性分离指令后，响应于锐性分离指令，控制手术器械执行锐性分离动作。

如此，本申请实施例提供的手术器械锐性分离安全控制装置，可以对于手术器械的位置进行实时监控，一旦手术器械超出内窥镜的视野范围，此时认为医生是无法通过显示装置看到手术器械的状态的，进而通过禁止控制手术器械执行锐性分离，来确保手术器械不会在术野以外的其他位置执行锐性分离动作，极大地降低了安全风险，安全性较高。

本说明书的各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点介绍的都是与其他实施例不同之处。尤其，对于装置和系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例部分的说明即可。

本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明实施例中的技术可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本发明实施例中的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

以上所述的本申请实施方式并不构成对本申请保护范围的限定。

Claims (10)

1.一种手术器械锐性分离安全控制方法，其特征在于，应用于微创手术机器人的从端控制系统，所述微创手术机器人还包括主端控制系统，所述主端控制系统用于响应于用户的操作，生成对应的操作指令，并向所述从端控制系统发送所述操作指令；所述方法包括：

在预先构建的内窥镜坐标系下，实时获取手术器械的三维位置坐标，所述内窥镜坐标系以内窥镜的末端为原点O，以所述内窥镜的中心轴线方向为Y轴方向，以垂直于所述Y轴方向的任一方向为X轴方向，以同时垂直于所述X轴方向和所述Y轴方向的方向为Z轴方向；

基于所述内窥镜的视场角，检测所述三维位置坐标是否位于所述内窥镜的视野范围；

如果所述三维位置坐标超出所述内窥镜的视野范围，则在接收到所述主端控制系统发送的锐性分离指令后，不控制所述手术器械执行锐性分离动作。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在预先构建的内窥镜坐标系下，实时获取手术器械的三维位置坐标，包括：

获取主控机械臂末端相对于显示装置的目镜的第一位姿信息，所述第一位姿信息是所述主端控制系统根据所述主控机械臂末端在空间笛卡尔坐标系下的位姿信息以及所述目镜在所述空间笛卡尔坐标系下的位姿信息所确定的，所述主控机械臂末端在空间笛卡尔坐标系下的位姿信息是所述主端控制系统根据实时采集到的所述主控机械臂各个关节的位置信息确定的，所述第一位姿信息包括第一姿态和第一位置增量；

根据所述第一位姿信息，控制从端机械臂的各个关节运动到目标位置；在所述从端机械臂的各个关节运动到目标位置之后，所述手术器械相对于内窥镜的姿态与所述第一姿态相同，所述手术器械运动的位置增量与所述第一位置增量成预设比例；

根据所述手术器械相对于所述内窥镜的位置和姿态，在预先构建的内窥镜坐标系下，获取所述手术器械的三维位置坐标。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述内窥镜的视场角，检测所述三维位置坐标是否位于所述内窥镜的视野范围，包括：

根据所述三维位置坐标中的x坐标值和y坐标值，确定所述手术器械与所述内窥镜在所述内窥镜坐标系的XOY平面的第一夹角；

根据所述三维位置坐标中的z坐标值和所述y坐标值，确定所述手术器械与所述内窥镜在所述内窥镜坐标系的YOZ平面的第二夹角；

如果所述第一夹角大于所述内窥镜在所述XOY平面的第一视场角，或者所述第二夹角大于所述内窥镜在所述YOZ平面的第二视场角，则判定所述三维位置坐标超出所述内窥镜的视野范围。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

如果所述第一夹角小于或等于所述内窥镜在所述XOY平面的第一视场角，并且所述第二夹角小于或等于所述内窥镜在所述YOZ平面的第二视场角，则判定所述三维位置坐标位于所述内窥镜的视野范围。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据所述三维位置坐标中的x坐标值和y坐标值，确定所述手术器械与所述内窥镜在所述内窥镜坐标系的XOY平面的第一夹角，包括：

通过以下公式确定所述手术器械与所述内窥镜在所述内窥镜坐标系的XOY平面的第一夹角：

其中，α为所述手术器械与所述内窥镜在所述内窥镜坐标系的XOY平面的第一夹角，x为所述三维位置坐标中的x坐标值，y为所述三维位置坐标中的y坐标值。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述根据所述三维位置坐标中的z坐标值和所述y坐标值，确定所述手术器械与所述内窥镜在所述内窥镜坐标系的YOZ平面的第二夹角，包括：

通过以下公式确定所述手术器械与所述内窥镜在所述内窥镜坐标系的YOZ平面的第二夹角：

其中，β为所述手术器械与所述内窥镜在所述内窥镜坐标系的YOZ平面的第二夹角，z为所述三维位置坐标中的z坐标值，y为所述三维位置坐标中的y坐标值。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

如果所述三维位置坐标位于所述内窥镜的视野范围，则在接收到所述主端控制系统发送的锐性分离指令后，响应于所述锐性分离指令，控制所述手术器械执行锐性分离动作。

8.一种手术器械锐性分离安全控制装置，其特征在于，应用于微创手术机器人的从端控制系统，所述微创手术机器人还包括主端控制系统，所述主端控制系统用于响应于用户的操作，生成对应的操作指令，并向所述从端控制系统发送所述操作指令；所述装置包括：

坐标获取模块，用于在预先构建的内窥镜坐标系下，实时获取手术器械的三维位置坐标，所述内窥镜坐标系以内窥镜的末端为原点O，以所述内窥镜的中心轴线方向为Y轴方向，以垂直于所述Y轴方向的任一方向为X轴方向，以同时垂直于所述X轴方向和所述Y轴方向的方向为Z轴方向；

位置检测模块，用于基于所述内窥镜的视场角，检测所述三维位置坐标是否位于所述内窥镜的视野范围；

安全控制模块，用于如果所述三维位置坐标超出所述内窥镜的视野范围，则在接收到所述主端控制系统发送的锐性分离指令后，不控制所述手术器械执行锐性分离动作。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述位置检测模块包括：

第一夹角确定单元，用于根据所述三维位置坐标中的x坐标值和y坐标值，确定所述手术器械与所述内窥镜在所述内窥镜坐标系的XOY平面的第一夹角；

第二夹角确定单元，用于根据所述三维位置坐标中的z坐标值和所述y坐标值，确定所述手术器械与所述内窥镜在所述内窥镜坐标系的YOZ平面的第二夹角；

判定单元，用于如果所述第一夹角大于所述内窥镜在所述XOY平面的第一视场角，或者所述第二夹角大于所述内窥镜在所述YOZ平面的第二视场角，则判定所述三维位置坐标超出所述内窥镜的视野范围。

10.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述安全控制模块还用于：

如果所述三维位置坐标位于所述内窥镜的视野范围，则在接收到所述主端控制系统发送的锐性分离指令后，响应于所述锐性分离指令，控制所述手术器械执行锐性分离动作。

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