手术机器人系统及其控制方法技术方案

本发明专利技术提供一种手术机器人系统，包括图像融合处理设备、静态成像设备、动态成像设备、机械臂设备与视觉成像设备；静态成像设备将3D影像信息传输给图像融合处理设备；视觉成像设备将视觉空间信息传输给图像融合处理设备；图像融合处理设备对信息融合提取；动态成像设备将动态信息传输至图像融合处理设备，图像融合处理设备将动态信息融合入3D影像信息；机械控制设备带动手术器械运动执行穿刺介入手术，动态成像设备还能实时采集手术器械在患者体内的运动轨迹。这样待扫描对象的位置能够被准确的定位，使得手术器械一次穿刺即可到达靶区；同时，还能避免手术器械的轨迹发生偏离。本发明专利技术还提供一种手术机器人系统的控制方法。

Operation robot system and its control method

The invention provides an operating robot system, which includes image fusion processing equipment, static imaging equipment, dynamic imaging equipment, mechanical arm equipment and visual imaging equipment. The static imaging equipment transmits 3D image information to image fusion processing equipment, and visual imaging equipment transmits visual space information to image fusion processing set. The dynamic imaging equipment transfers the dynamic information to the image fusion processing equipment, the image fusion processing equipment integrates dynamic information into the 3D image information, the mechanical control equipment drives the surgical instrument movement to carry out the puncture operation, and the dynamic imaging equipment can also collect the operation in real time. The motion of the apparatus in the patient's body. In this way the position of the object to be scanned can be accurately positioned so that the surgical instruments can be punctured at a time to reach the target area; at the same time, the deviation of the track of the surgical instruments can be avoided. The invention also provides a control method for the surgical robot system.

【技术实现步骤摘要】
手术机器人系统及其控制方法
本专利技术涉及医用设备
，特别是涉及一种手术机器人系统及其控制方法。
技术介绍
介入放射学不断发展，影像引导经皮穿刺介入手术已经成为一种常用的微创治疗方法。临床通常采用CT、超声、C臂(DSA)以及MRI等影像设备采集人体影像数据，在工作站上进行手术穿刺路径规划，并引导医生操作，完成穿刺操作。对于作为介入导航的影像设备而言，每种设备都各有优点，也各有缺点，例如单用CT或CBCT引导时虽然可以获得高清人体3D影像数据，但往往无法继续动态采集3D数据，不能实时监控穿刺路径与穿刺针轨迹，而且多次定位重复扫描产生的辐射剂量较大；单用超声进行引导时，虽然可以灵活动态采集人体影像数据，但定位精度相对较低，且扫描范围较窄，难以评估靶区在较大人体范围中的精确状况。上述的影像设备都会存在医生在穿刺手术时定位不精确的问题，需要多次试探性穿刺，才能到达靶区，患者所受到的机械损伤较大，甚至可能会导致意外(如气胸、内出血、脏器破损等)，引起医疗事故。
技术实现思路
基于此，有必要针对目前穿刺手术定位不精确导致的多次穿刺才到达靶区的问题，提供一种能够准确定位且保证穿刺运动轨迹准确的手术机器人系统，同时还提供一种应用上述手术机器人系统的控制方法。上述目的通过下述技术方案实现：一种手术机器人系统，包括图像融合处理设备、静态成像设备、动态成像设备、机械臂设备与视觉成像设备；所述静态成像设备用于成像待扫描对象的3D影像信息，并将所述3D影像信息传输给所述图像融合处理设备；所述视觉成像设备用于获取病床设备上的患者及手术区的视觉空间信息，并将所述视觉空间信息传输给所述图像融合处理设备；所述图像融合处理设备将所述3D影像信息与所述视觉空间信息融合，并提取所述动态成像设备的规划扫描位置以及手术器械的穿刺规划路径；所述动态成像设备用于在所述规划扫描位置实时成像所述待扫描对象的动态信息并传输至所述图像融合处理设备，所述图像融合处理设备将所述动态信息融合入所述3D影像信息；所述机械控制设备用于承载所述手术器械，并根据所述手术器械的穿刺规划路径带动所述手术器械运动执行穿刺介入手术。在其中一个实施例中，所述静态成像设备包括具有扫描腔的静态成像装置及静态成像工作站，所述静态成像装置用于成像所述待扫描对象的3D影像信息，并反馈给所述静态成像工作站，所述静态成像工作站将所述3D影像信息传输给所述图像融合处理设备。在其中一个实施例中，所述动态成像设备包括超声成像装置及动态成像工作站，所述超声成像装置在所述规划扫描位置成像所述待扫描对象的动态信息，并反馈给所述动态成像工作站，所述动态成像工作站将所述动态信息传输给所述图像融合处理设备。在其中一个实施例中，所述机械臂设备包括第一机械臂及机械臂工作站，所述第一机械臂承载所述手术器械，所述机械臂工作站接收所述图像融合处理设备传输的所述穿刺规划路径，并根据所述穿刺规划路径控制所述第一机械臂运动并执行穿刺介入手术操作。在其中一个实施例中，所述机械臂设备还包括第二机械臂，所述第二机械臂承载所述超声成像装置的超声探头，所述机械臂工作站接收所述图像融合处理设备传输的所述规划扫描位置，并控制所述第二机械臂运动至所述规划扫描位置，以实时采集所述待扫描对象的动态信息。在其中一个实施例中，所述图像融合处理设备包括图像融合显示器及图像融合处理工作站，所述图像融合处理工作站分别接收所述3D影像信息、所述动态信息、所述视觉空间信息进行融合并通过所述图像融合显示器显示，所述图像融合处理工作站将所述规划扫描位置与所述穿刺规划路径传输给所述机械臂工作站。在其中一个实施例中，所述机械臂设备还包括穿刺位姿检测件及超声位姿检测件；所述穿刺位姿检测件用于检测所述手术器械的位置和/或倾角，并将所述位置和/或倾角信息传输给所述机械臂工作站，所述图像融合处理工作站将所述位置和/或倾角信息与所述视觉空间信息中的手术器械信息进行融合；所述超声位姿检测件用于检测所述超声探头的位置和/或倾角，并将所述位置和/或倾角信息传输给所述机械臂工作站，所述图像融合处理工作站将所述超声探头的位置和/或角度信息分别与所述3D影像信息及所述视觉空间信息中的超声探头信息进行融合。在其中一个实施例中，所述手术机器人系统还包括测距设备，所述测距设备采集的信息用于计算所述手术器械与所述超声探头的位置信息以及采集所述患者的体表信息；所述测距设备与所述视觉成像设备集成一体；或者，所述测距设备设置于所述第一机械臂上或所述第二机械臂上。在其中一个实施例中，所述机械臂控制设备还包括控制台，所述控制台与所述机械臂工作站传输连接，所述控制台能够通过所述机械臂工作站控制所述第一机械臂及所述第二机械臂运动；和/或，所述手术机器人系统还集成远程通信模块，所述远程通信模块用于接收远程控制信息，以控制所述第一机械臂及所述第二机械臂运动。一种手术机器人系统的控制方法，应用于如上述任一技术特征所述的手术机器人系统，所述控制方法包括如下步骤：获取患者及手术区的视觉空间信息；获取所述患者的待扫描对象的3D影像信息；将所述视觉空间信息与所述3D影像信息融合，并提取所述待扫描对象的位置信息；根据所述待扫描对象的位置信息规划手术路径，并提取规划扫描位置以及穿刺规划路径；在所述规划扫描位置实时成像所述待扫描对象的动态信息；将所述动态信息融合到所述3D影像信息中，并显示动态仿真融合图像；控制手术器械沿所述穿刺规划路径运动，并进行穿刺介入手术；实时采集所述手术器械在所述患者体内的运动轨迹，并与所述穿刺规划路径对比；完成穿刺手术后，控制所述手术器械按原路径返回。采用上述技术方案后，本专利技术的有益效果为：本专利技术的手术机器人系统及其控制方法，静态成像设备扫描患者的待扫描对象的3D影像信息并将3D影像信息传输给图像融合处理设备，视觉成像设备采集手术区中各个设备及患者的视觉空间信息，并将视觉空间信息传输给图像融合处理设备，图像融合处理设备将3D影像信息与视觉空间融合以提取待扫描对象的位置，并生成手术器械进行穿刺介入手术运动的穿刺规划路径以及动态成像设备的规划扫描位置，动态成像设备在规划扫描位置实时扫描患者待扫描对象的动态信息并将动态信息传输给图像融合处理设备，图像融合处理设备将动态信息融合到3D影像信息中，这样，机械臂设备根据穿刺规划路径控制手术器械运动，并采用动态成像设备实时监控手术器械在患者体内的运动轨迹；有效的解决目前穿刺手术定位不精确导致的多次穿刺才到达靶区的问题；这样待扫描对象的位置能够被准确的定位，使得手术器械一次穿刺即可到达靶区，避免手术器械的多次穿刺引起患者的机械损伤大；同时，由于动态成像设备能够实时对待扫描对象成像，当手术器械进入患者体内时，动态成像设备还能监控穿刺规划路径与手术器械的实际运动轨迹，避免手术器械的轨迹发生偏离，提高手术的准确性，降低风险。附图说明图1为本专利技术一实施例的手术机器人系统的主视结构示意图；图2为图1所示的手术机器人系统的俯视结构示意图；图3为图1所示的手术机器人系统中控制部分的结构图；图4为本专利技术另一实施例的手术机器人系统的主视结构示意图；其中：100-手术机器人系统；120-图像融合处理设备；121-图像融合处理工作站；122-图像融合显示器；130-静态成像设备；本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种手术机器人系统，其特征在于，包括图像融合处理设备、静态成像设备、动态成像设备、机械臂设备与视觉成像设备；所述静态成像设备用于成像待扫描对象的3D影像信息，并将所述3D影像信息传输给所述图像融合处理设备；所述视觉成像设备用于获取病床设备上的患者及手术区的视觉空间信息，并将所述视觉空间信息传输给所述图像融合处理设备；所述图像融合处理设备将所述3D影像信息与所述视觉空间信息融合，并提取所述动态成像设备的规划扫描位置以及手术器械的穿刺规划路径；所述动态成像设备用于在所述规划扫描位置实时成像所述待扫描对象的动态信息并传输至所述图像融合处理设备，所述图像融合处理设备将所述动态信息融合入所述3D影像信息；所述机械控制设备用于承载所述手术器械，并根据所述手术器械的穿刺规划路径带动所述手术器械运动执行穿刺介入手术。

【技术特征摘要】
1.一种手术机器人系统，其特征在于，包括图像融合处理设备、静态成像设备、动态成像设备、机械臂设备与视觉成像设备；所述静态成像设备用于成像待扫描对象的3D影像信息，并将所述3D影像信息传输给所述图像融合处理设备；所述视觉成像设备用于获取病床设备上的患者及手术区的视觉空间信息，并将所述视觉空间信息传输给所述图像融合处理设备；所述图像融合处理设备将所述3D影像信息与所述视觉空间信息融合，并提取所述动态成像设备的规划扫描位置以及手术器械的穿刺规划路径；所述动态成像设备用于在所述规划扫描位置实时成像所述待扫描对象的动态信息并传输至所述图像融合处理设备，所述图像融合处理设备将所述动态信息融合入所述3D影像信息；所述机械控制设备用于承载所述手术器械，并根据所述手术器械的穿刺规划路径带动所述手术器械运动执行穿刺介入手术。2.根据权利要求1所述的手术机器人系统，其特征在于，所述静态成像设备包括具有扫描腔的静态成像装置及静态成像工作站，所述静态成像装置用于成像所述待扫描对象的3D影像信息，并反馈给所述静态成像工作站，所述静态成像工作站将所述3D影像信息传输给所述图像融合处理设备。3.根据权利要求2所述的手术机器人系统，其特征在于，所述动态成像设备包括超声成像装置及动态成像工作站，所述超声成像装置在所述规划扫描位置成像所述待扫描对象的动态信息，并反馈给所述动态成像工作站，所述动态成像工作站将所述动态信息传输给所述图像融合处理设备。4.根据权利要求3所述的手术机器人系统，其特征在于，所述机械臂设备包括第一机械臂及机械臂工作站，所述第一机械臂承载所述手术器械，所述机械臂工作站接收所述图像融合处理设备传输的所述穿刺规划路径，并根据所述穿刺规划路径控制所述第一机械臂运动并执行穿刺介入手术操作。5.根据权利要求4所述的手术机器人系统，其特征在于，所述机械臂设备还包括第二机械臂，所述第二机械臂承载所述超声成像装置的超声探头，所述机械臂工作站接收所述图像融合处理设备传输的所述规划扫描位置，并控制所述第二机械臂运动至所述规划扫描位置，以实时采集所述待扫描对象的动态信息。6.根据权利要求5所述的手术机器人系统，其特征在于，所述图像融合处理设备包括图像融合显示器及图像融合处理工作站，所述图像融合处理工作站分别接收所述3D影像信息...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈刚，方啸，王芸，朱良凡，
申请(专利权)人：上海联影医疗科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31