WO2021012142A1 - 手术机器人系统及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
Description
Claims (19)
- 一种手术机器人系统,其中,包括:成像器件,用于对待手术的目标部位进行扫描,得到目标部位的成像数据;机械手臂,所述机械手臂前端携带有手术器件;定位器件,用于对所述目标部位进行定位;坐标系处理器,用于生成并存储将坐标从所述成像数据的第一坐标系变换成所述机械手臂的第二坐标系的第一坐标变换关系,生成并存储将坐标从所述机械手臂的第二坐标系变换成所述定位器件的第三坐标系的第二坐标变换关系;控制器,用于根据所述成像数据生成所述目标部位在所述第一坐标系的三维图像,通过用户界面展示所述三维图像,接收用户输入的手术路径,根据所述手术路径、所述第一坐标变换关系和所述第二坐标变换关系控制所述机械手臂对所述目标部位进行手术。
- 根据权利要求1所述的手术机器人系统,其中,所述控制器具体用于将用户通过所述用户界面输入的所述手术路径根据所述第一坐标变换关系变换成所述第二坐标系上的第一坐标轨迹,根据所述第二坐标变换关系将所述第一坐标轨迹变换成所述第三坐标系上的第二坐标轨迹,并根据所述第二坐标轨迹控制所述机械手臂对所述目标部位进行手术。
- 根据权利要求1所述的手术机器人系统,其中,所述成像数据包括多张所述目标部位的二维剖面图像,所述控制器具体用于获取其中一张二维剖面图像中的感兴趣区域,确定所述感兴趣区域的边界;重复上述步骤,直至获取所有二维剖面图像的感兴趣区域的边界;根据所有二维剖面图像的感兴趣区域的边界进行几何构型,得到所述目标部位的三维图像。
- 根据权利要求3所述的手术机器人系统,其中,所述控制器具体用于将所有二维剖面图像的感兴趣区域的边界信息变换为所述第一坐标系中的点群,根据所述点群生成所述目标部位的三维图像。
- 根据权利要求1所述的手术机器人系统,其中,所述坐标系处理器具体用于从所述第一坐标系中选择至少四个第一参考点,确定所述至少四个第一参考点在所述第一坐标系中的第一坐标值和在所述第二坐标系中的第二坐标值,根据所述第一坐标值和所述第二坐标值计算得到表征所述第一坐标变换关系的第一转换函数;从所述第二坐标系中选择至少四个第二参考点,确定所述至少四个第二参考点在所述第二坐标系中的第三坐标值和在所述第三坐标系中的第四坐标值,根据所述第三坐标值和所述第四坐标值计算得到表征所述第二坐标变换关系的第二转换函数。
- 根据权利要求1所述的手术机器人系统,其中,所述成像器件包括:基座;C形臂,设置于所述基座上,且所述C形臂的两端分别设置有射线发射部和射线接收部,在对所述目标部位进行扫描时,所述目标部位位于所述射线发射部和所述射线接收部之间。
- 根据权利要求1所述的手术机器人系统,其中,所述定位器件包括:附着或接近于所述目标部位进行配置的定位标记;处于不同位置的至少两个光学发射器件,用于发射特定光线;定位部,用于接收所述定位标记反射的特定光线,并根据接收到的特定光线确定所述定位标记在所述第三坐标系中的空间位置。
- 根据权利要求1所述的手术机器人系统,其中,所述机械手臂包括:旋转部,携带有手术器件,以两个旋转轴中的至少一个旋转轴为中心,使所述手术器件旋转;移动部,其使所述旋转部向三个轴中至少一个轴方向移动。
- 根据权利要求8所述的手术机器人系统,其中,所述移动部包括:第一方向驱动部,沿着第一轴方向进行移动;第二方向驱动部,连接于所述第一方向驱动部,沿着第二轴方向进行移动;第三方向驱动部,连接于所述第二方向驱动部,沿着第三轴方向进行移动;所述旋转部包括:第一旋转驱动部,包括连接于所述第三方向驱动部的一端,以第一旋转轴为中心旋转;及第二旋转驱动部,包括连接于所述第一旋转驱动部的一端,以第二旋转轴为中心旋转,所述手术器件附着于所述第二旋转驱动部。
- 一种手术机器人系统的控制方法,其中,包括:成像器件对待手术的目标部位进行扫描,得到目标部位的成像数据;定位器件对所述目标部位进行定位;坐标系处理器生成并存储将坐标从所述成像数据的第一坐标系变换成机械手臂的第二坐标系的第一坐标变换关系,生成并存储将坐标从所述机械手臂的第二坐标系变换成所述定位器件的第三坐标系的第二坐标变换关系;控制器根据所述成像数据生成所述目标部位在所述第一坐标系的三维图像,通过用户界面展示所述三维图像,接收用户输入的手术路径,根据所述手术路径、所述第一坐标变换关系和所述第二坐标变换关系控制所述机械手臂对所述目标部位进行手术。
- 根据权利要求10所述的手术机器人系统的控制方法,其中,所述控制所述机械手臂对所述目标部位进行手术包括:所述控制器将用户通过所述用户界面输入的所述手术路径根据所述第一坐标变换关系变换成所述第二坐标系上的第一坐标轨迹,根据所述第二坐标变换关系将所述第一坐标轨迹变换成所述第三坐标系上的第二坐标轨迹,并根据所述第二坐标轨迹控制所述机械手臂对所述目标部位进行手术。
- 根据权利要求10所述的手术机器人系统的控制方法,其中,所述成像数据包括多张所述目标部位的二维剖面图像,生成所述三维图像包括:所述控制器获取其中一张二维剖面图像中的感兴趣区域,确定所述感兴趣区域的边界;重复上述步骤,直至获取所有二维剖面图像的感兴趣区域的边界;根据所有二维剖面图像的感兴趣区域的边界进行几何构型,得到所述目标部位的三维图像。
- 根据权利要求12所述的手术机器人系统的控制方法,其中,生成所 述目标部位在所述第二坐标系的三维图像包括:所述控制器将所有二维剖面图像的感兴趣区域的边界信息变换为所述第一坐标系中的点群,根据所述点群生成所述目标部位的三维图像。
- 根据权利要求10所述的手术机器人系统的控制方法,其中,生成所述第一坐标变换关系和所述第二坐标变换关系包括:所述坐标系处理器从所述第一坐标系中选择至少四个第一参考点,确定所述至少四个第一参考点在所述第一坐标系中的第一坐标值和在所述第二坐标系中的第二坐标值,根据所述第一坐标值和所述第二坐标值计算得到表征所述第一坐标变换关系的第一转换函数;从所述第二坐标系中选择至少四个第二参考点,确定所述至少四个第二参考点在所述第二坐标系中的第三坐标值和在所述第三坐标系中的第四坐标值,根据所述第三坐标值和所述第四坐标值计算得到表征所述第二坐标变换关系的第二转换函数。
- 根据权利要求10所述的手术机器人系统的控制方法,其中,所述成像器件包括:基座;C形臂,设置于所述基座上,且所述C形臂的两端分别设置有射线发射部和射线接收部,在对所述目标部位进行扫描时,所述目标部位位于所述射线发射部和所述射线接收部之间;得到目标部位的成像数据包括:所述射线发射部发出射线;所述射线接收部接收穿过所述目标部位的射线,根据接收到的射线信息生成所述成像数据。
- 根据权利要求10所述的手术机器人系统的控制方法,其中,所述定位器件包括:附着或接近于所述目标部位进行配置的定位标记;处于不同位置的至少两个光学发射器件,用于发射特定光线;对所述目标部位进行定位包括:定位部接收所述定位标记反射的特定光线,并根据接收到的特定光线确定所述定位标记在所述第三坐标系中的空间位置。
- 根据权利要求10所述的手术机器人系统的控制方法,其中,所述机械手臂包括:旋转部,携带有手术器件,以两个旋转轴中的至少一个旋转轴 为中心,使所述手术器件旋转;移动部,其使所述旋转部向三个轴中至少一个轴方向移动;对所述目标部位进行手术包括:所述控制器通过所述移动部使所述旋转部向三个轴中至少一个轴方向移动;所述控制器通过所述旋转部使所述手术器件,以两个旋转轴中的至少一个旋转轴为中心旋转。
- 一种手术机器人系统的控制设备,其中,包括:存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序,所述计算机程序被所述处理器执行时实现如权利要求10至17中任一项所述的手术机器人系统的控制方法中的步骤。
- 一种计算机可读存储介质,其中,所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序,所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求10至17中任一项所述的手术机器人系统的控制方法中的步骤。
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