CN116407290B - 一种术中防触碰系统、内窥镜及手术机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明属于控制或调节系统技术领域，提供了一种术中防触碰系统、内窥镜及手术机器人，本发明中依据手术器械端部上不同位置两个点到人体组织待测点的图像信息，计算出手术器械端部与人体组织待测点之间的距离，实现了感知纵向深度的目的；通过对计算距离进行阈值比较来实现手术器械距人体组织间距距离的报警，以及通过对判断距离和阈值间的关系来控制和判断手术器械的前进和停止动作，实现了对手术器械端部与人体组织间距离的准确判断，避免了距离预判失误而触碰人体组织造成意外伤害的问题。
Description
技术领域
本发明属于控制或调节系统技术领域，尤其涉及一种术中防触碰系统、内窥镜及手术机器人。
背景技术
内窥镜是集中了传统光学、人体工程学、精密机械、现代电子、数学和软件等于一体的检测仪器，具有图像传感器、光学镜头、光源照明和机械装置等，可以经口腔进入胃内或经其他天然孔道进入体内。利用内窥镜可以看到X射线不能显示的病变，因此它对医生非常有用。腹腔镜与电子胃镜类似，是一种带有微型摄像头的医疗器械，腹腔镜手术就是利用腹腔镜及其相关器械进行的手术。
发明人发现，利用内窥镜进行医学观察或手术，以及利用腹腔镜手术机器人进行腹腔镜手术时，在影像上只能观察到平面图像，无法感知纵向深度，在手动或者使用自动方式操纵腹腔镜杆进退的过程中，或者使用外部工具对目标组织进行切除或缝合时，有可能由于距离的预判失误而触碰人体组织造成意外伤害。
发明内容
本发明为了解决上述问题，提出了一种术中防触碰系统、内窥镜及手术机器人，解决了术中由于误判距离导致内窥镜等触碰人体组织造成伤害的问题。
为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：
第一方面，本发明提供了一种术中防触碰系统，包括：
数据采集模块，被配置为：以手术器械端部上的两个不同位置作为采集点，分别采集人体组织待测点的图像信息；
距离计算模块，被配置为：依据所述图像信息，计算手术器械端部与人体组织待测点之间的距离；
第一判断模块，被配置为：判断距离是否小于或等于第一预设距离，如果是，则发出第一警告，手术器械停止前进，否则，手术器械继续前进；
第二判断模块，被配置为：判断是否忽略第一警告，如果是，则手术器械继续前进，否则，手术结束；
第三判断模块，被配置为：判断距离是否小于或等于第二预设距离，如果是，则发出第二警告，手术器械停止前进，手术结束，否则，手术器械继续前进；所述第一预设距离大于所述第二预设距离。
进一步的，手术器械端部上不同位置的两个采集点位于手术器械端部的同一平面上。
进一步的，忽略第一警告，手术器械继续前进时，降低前进速度。
进一步的，手术器械端部与人体组织待测点之间的距离，等于两个点之间的距离与图像信息获取设备焦距的乘积，再与人体组织待测点在成像平面上两个点横坐标差值的比值。
第二方面，本发明还提供了一种术中防触碰系统，包括：
数据采集模块，被配置为：以第一手术器械端部上的两个不同位置作为采集点，分别采集人体组织待测点的图像信息；以第一手术器械端部上的两个不同位置作为采集点，分别采集第二手术器械的图像信息；
距离计算模块，被配置为：依据所述图像信息，计算第一手术器械端部与人体组织待测点之间的距离作为第一距离；依据所述图像信息，计算第一手术器械端部与第二手术器械之间的距离作为第二距离；通过所述第二距离与所述第一距离的差，得到第二手术器械与人体组织待测点之间的距离；
第一判断模块，被配置为：第二手术器械与人体组织待测点之间的距离是否小于或等于第一预设距离，如果是，则发出第一警告，第二手术器械停止前进，否则，第二手术器械继续前进；
第二判断模块，被配置为：判断是否忽略第一警告，如果是，则手术器械继续前进，否则，手术结束；
第三判断模块，被配置为：第二手术器械与人体组织待测点之间的距离是否小于或等于第二预设距离，如果是，则发出第二警告，第二手术器械停止前进，手术结束，否则，第二手术器械继续前进；所述第一预设距离大于所述第二预设距离。
进一步的，第一手术器械端部上不同位置的两个点位于第一手术器械端部的同一平面上。
进一步的，忽略第一警告，第二手术器械继续前进时，降低前进速度。
第三方面，本发明还提供了一种内窥镜，包括内窥镜本体，所述内窥镜本体的端部设置有两个摄像头，进行手术时，执行如第一方面中所述的术中防触碰系统中的内容。
第四方面，本发明还提供了一种手术机器人，包括本体、设置在本体上的机械臂以及设置在所述机械臂上的如第三方面中所述的内窥镜。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明中依据手术器械端部上不同位置两个点到人体组织待测点的图像信息，计算出手术器械端部与人体组织待测点之间的距离，实现了感知纵向深度的目的；通过对计算距离进行阈值比较来实现手术器械距人体组织间距距离的报警，以及通过对判断距离和阈值间的关系来控制和判断手术器械的前进和停止动作，实现了对手术器械端部与人体组织间距离的准确判断，避免了距离预判失误而触碰人体组织造成意外伤害的问题。
附图说明
构成本实施例的一部分的说明书附图用来提供对本实施例的进一步理解，本实施例的示意性实施例及其说明用于解释本实施例，并不构成对本实施例的不当限定。
图1为本发明实施例1的流程图；
图2为本发明实施例1的无外部工具介入时的原理图；
图3为本发明实施例2的有外部工具介入时的原理图；
图4为本发明实施例1或实施例3的内窥镜结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
实施例1：
本实施例提供了一种术中防触碰系统，包括：
数据采集模块，被配置为：以手术器械端部上的两个不同位置作为采集点，分别采集人体组织待测点的图像信息；
距离计算模块，被配置为：依据所述图像信息，计算手术器械端部与人体组织待测点之间的距离；
第一判断模块，被配置为：判断距离是否小于或等于第一预设距离D1，如果是，则发出第一警告，手术器械停止前进，否则，手术器械继续前进；
第二判断模块，被配置为：判断是否忽略第一警告，如果是，则手术器械继续前进，否则，手术结束；
第三判断模块，被配置为：判断距离是否小于或等于第二预设距离D2，如果是，则发出第二警告，手术器械停止前进，手术结束，否则，手术器械继续前进；所述第一预设距离D1大于所述第二预设距离D2。
本实施例中，依据手术器械端部上不同位置两个点到人体组织待测点的图像信息，计算出手术器械端部与人体组织待测点之间的距离，实现了感知纵向深度的目的；通过对计算距离进行阈值比较来实现手术器械距人体组织间距距离的报警，以及通过对判断距离和阈值间的关系来控制和判断手术器械的前进和停止动作，实现了对手术器械端部与人体组织间距离的准确判断，避免了距离预判失误而触碰人体组织造成意外伤害的问题。
可以理解的，本实施例中的手术器械可以是内窥镜、腹腔镜或电子胃镜等，也可以是其他任何可以进行微创手术的手术器械；可以在内窥镜、腹腔镜或电子胃镜等的端部安装两个摄像头，实现以手术器械端部上的两个不同位置作为采集点，分别采集人体组织待测点的图像信息的目的，采集点为摄像头所在位置；本实施例中手术器械端部是指手术时位于人体内部一端的端面处；人体组织待测点可以理解为测距对象，待测点并非是固定的点，随着手术器械在人体内的位置变化，其待测点的位置也会发生变化；手术器械的前进、停止等动作可以是工作人员手动操作，也可以是由手术机器人通过机械臂来驱动。
本实施例中，可以设置处理系统，将距离计算模块、第二判断模块和第三判断模块等集成在所述处理系统中，还可以设置与所述处理系统连接的显示模块和报警模块，所述显示模块可以实时显示摄像头的拍摄内容、计算的距离及判断结果；所述报警模块可以设置为语音报警装置、指示灯报警装置或文字提示报警装置等中的一种或多种，可以通过不同声音、不同颜色的指示灯或不同文字内容等来区分第一警告和第二警告；
本实施例中，手术器械端部上不同位置的两个采集点位于手术器械端部的同一平面上，具体的，手术器械端部安装的两个摄像头参数完全相同且位于同一平面内；通过对称性保证了距离计算时各参数的准确度。
本实施例中，当忽略第一警告，手术器械继续前进时，降低前进速度，避免手术器械前进速度过快不容易被控制，造成伤害人体组织的问题；需要说明的是，第一警告发生前手术器械前进速度比第一警告后手术器械前进速度的大，是因为端部与人体组织待测点之间的距离大于第一预设距离D1时，不易对人体组织造成伤害，选取较快的前进速度可以提高整体手术的效率。
手术器械端部与人体组织待测点之间的距离，等于两个点之间的距离与图像信息获取设备焦距的乘积，再与人体组织待测点在成像平面上两个点横坐标差值的比值；如图2和图3所示，手术器械端部与人体组织待测点之间的距离Z为：
Z＝d*f/(XL-XR)
其中，d为两个点之间的距离，就是两个摄像头之间的距离；f为图像信息获取设备焦距的乘积，可以理解为摄像头的焦距；XL和XR分别为人体组织待测点在成像平面上两个点横坐标差值的比值；图2中，PL和PR分别是两个摄像头各自的成像平面。
基于本实施例中的系统，在其他一些实施例中还提供了一种术中防触碰方法，包括：
以手术器械端部上的两个不同位置作为采集点，分别采集人体组织待测点的图像信息；
依据所述图像信息，计算手术器械端部与人体组织待测点之间的距离；
判断距离是否小于或等于第一预设距离D1，如果是，则发出第一警告，手术器械停止前进，否则，手术器械继续前进；
判断是否忽略第一警告，如果是，则手术器械继续前进，否则，手术结束；
判断距离是否小于或等于第二预设距离D2，如果是，则发出第二警告，手术器械停止前进，手术结束，否则，手术器械继续前进；所述第一预设距离D1大于所述第二预设距离D2。
实施例2：
本实施例提供了一种术中防触碰系统，与实施例1不同的是，本实施例中，手术过程中介入了外部工具，系统包括：
数据采集模块，被配置为：以第一手术器械端部上的两个不同位置作为采集点，分别采集人体组织待测点的图像信息；以第一手术器械端部上的两个不同位置作为采集点，分别采集第二手术器械的图像信息；
距离计算模块，被配置为：依据所述图像信息，计算第一手术器械端部与人体组织待测点之间的距离作为第一距离；依据所述图像信息，计算第一手术器械端部与第二手术器械之间的距离作为第二距离；通过所述第二距离与所述第一距离的差，得到第二手术器械与人体组织待测点之间的距离；
第一判断模块，被配置为：第二手术器械与人体组织待测点之间的距离是否小于或等于第一预设距离D1，如果是，则发出第一警告，第二手术器械停止前进，否则，第二手术器械继续前进；
第二判断模块，被配置为：判断是否忽略第一警告，如果是，则手术器械继续前进，否则，手术结束；
第三判断模块，被配置为：第二手术器械与人体组织待测点之间的距离是否小于或等于第二预设距离D2，如果是，则发出第二警告，第二手术器械停止前进，手术结束，否则，第二手术器械继续前进；所述第一预设距离D1大于所述第二预设距离D2。
本实施中的所述第一手术器械相当于实施例1中的手术器械端部，所述第二手术器械相当于手术过程中介入的外部工具，比如持夹工具和切除刀等。
第一手术器械端部上不同位置的两个点位于第一手术器械端部的同一平面上。
忽略第一警告，第二手术器械继续前进时，降低前进速度。
需要说明的是，本实施例中，计算第一手术器械端部与人体组织待测点之间的距离作为第一距离，以及计算第一手术器械端部与第二手术器械之间的距离作为第二距离时，采用的方法与实施例1中计算距离的方法相同；进行判断和告警时也具备实施例1中判断过程的特征。
实施例3：
本实施例提供了一种内窥镜，包括内窥镜本体，所述内窥镜本体的端部设置有两个摄像头，可以理解为双目内窥镜；进行手术时，执行如实施例1或实施例2中所述的术中防触碰系统中的内容，内窥镜的其他设置为常规设置，在此不再详述。
采用双目内窥镜的方式来计算内窥镜端部与人体组织间的距离，即使用具有两个摄像头的内窥镜，通过公式计算与人体组织待测点的距离，两个摄像头的参数完全相同且共平面。双目内窥镜在前端部分具有第一摄像头0L和第二摄像头OR，第一摄像头OL与第二摄像头OR之间距离为d，人体组织待测点可以理解为测距对象，测距对象在成像平面上的两个点的横坐标分别为XL和XR。
双目内窥镜的视轴为z轴，与z轴正交的轴为x轴和y轴，x轴和y轴构成xy平面，f为焦距。计算可知，视差为d-(XL-XR)。通过三角形相似的原理，利用公式计算从双目内窥镜到测距对象的距离Z，公式为：Z＝d*f/(XL-XR)。在手术过程中，设置使距离在显示模块上显示或者不显示，以便于手术操作者实时掌握手术情况。
实施例4：
本实施例提供了一种手术机器人，包括本体、设置在本体上的机械臂以及设置在所述机械臂上的如实施例3中所述的内窥镜；手术机器人的其他设置以及机械臂等功能的实现为常规设置，在此不再详述。
以上所述仅为本实施例的优选实施例而已，并不用于限制本实施例，对于本领域的技术人员来说，本实施例可以有各种更改和变化。凡在本实施例的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实施例的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种术中防触碰系统，其特征在于，包括：
数据采集模块，被配置为：以手术器械端部上的两个不同位置作为采集点，分别采集人体组织待测点的图像信息；
距离计算模块，被配置为：依据所述图像信息，计算手术器械端部与人体组织待测点之间的距离；所述手术器械端部是指手术时位于人体内部一端的端面处；
第一判断模块，被配置为：判断距离是否小于或等于第一预设距离，如果是，则发出第一警告，手术器械停止前进，否则，手术器械继续前进；
第二判断模块，被配置为：判断是否忽略第一警告，如果是，则手术器械继续前进，否则，手术结束；
第三判断模块，被配置为：判断距离是否小于或等于第二预设距离，如果是，则发出第二警告，手术器械停止前进，手术结束，否则，手术器械继续前进；所述第一预设距离大于所述第二预设距离；
所述手术器械端部与人体组织待测点之间的距离，等于两个点之间的距离与图像信息获取设备焦距的乘积，再与人体组织待测点在成像平面上两个点横坐标差值的比值。
2.如权利要求1所述的一种术中防触碰系统，其特征在于，手术器械端部上不同位置的两个采集点位于手术器械端部的同一平面上。
3.如权利要求1所述的术中防触碰系统，其特征在于，忽略第一警告，手术器械继续前进时，降低前进速度。
4.一种术中防触碰系统，其特征在于，包括：
数据采集模块，被配置为：以第一手术器械端部上的两个不同位置作为采集点，分别采集人体组织待测点的第一图像信息；以第一手术器械端部上的两个不同位置作为采集点，分别采集第二手术器械的第二图像信息；
距离计算模块，被配置为：依据所述第一图像信息，计算第一手术器械端部与人体组织待测点之间的距离作为第一距离；依据所述第二图像信息，计算第一手术器械端部与第二手术器械之间的距离作为第二距离；通过所述第二距离与所述第一距离的差，得到第二手术器械与人体组织待测点之间的距离；所述第一手术器械端部是指手术时位于人体内部一端的端面处；
第一判断模块，被配置为：判断第二手术器械与人体组织待测点之间的距离是否小于或等于第一预设距离，如果是，则发出第一警告，第二手术器械停止前进，否则，第二手术器械继续前进；
第二判断模块，被配置为：判断是否忽略第一警告，如果是，则手术器械继续前进，否则，手术结束；
第三判断模块，被配置为：判断第二手术器械与人体组织待测点之间的距离是否小于或等于第二预设距离，如果是，则发出第二警告，第二手术器械停止前进，手术结束，否则，第二手术器械继续前进；所述第一预设距离大于所述第二预设距离；
所述第一手术器械端部与人体组织待测点之间的距离作为第一距离，等于两个点之间的距离与图像信息获取设备焦距的乘积，再与人体组织待测点在成像平面上两个点横坐标差值的比值。
5.如权利要求4所述的一种术中防触碰系统，其特征在于，第一手术器械端部上不同位置的两个点位于第一手术器械端部的同一平面上。
6.如权利要求4所述的术中防触碰系统，其特征在于，忽略第一警告，第二手术器械继续前进时，降低前进速度。
7.一种内窥镜，其特征在于，包括内窥镜本体，所述内窥镜本体的端部设置有两个摄像头，进行手术时，执行如权利要求1-3任一项所述的术中防触碰系统中的内容。
8.一种手术机器人，其特征在于，包括本体、设置在本体上的机械臂以及设置在所述机械臂上的如权利要求7中所述的内窥镜。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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