一种机器人穿刺系统技术方案

本发明专利技术实施例提供一种机器人穿刺系统，包括手术床、C臂机、C臂机驱动装置、安装有穿刺针的机械臂、控制台以及图像显示器；所述手术床上布置有可被C臂机识别的网格；所述C臂机用于照射所述手术床以获取X光网格图像；所述C臂机驱动装置用于驱动所述C臂机转动以改变照射方向；所述控制台用于控制所述机械臂与所述C臂机驱动装置；所述图像显示器用于显示所述X光网格图像、C臂机采集的图像和机械臂所视图像；所述手术床、C臂机、C臂机驱动装置、机械臂设置在手术室内；所述控制台和图像显示器设置在手术室外。通过本发明专利技术实施例提供的方法与装置，在手术过程中医生无需暴露在X光线中，避免X光线对医生的身体产生辐射并且穿刺精度高。

【技术实现步骤摘要】
一种机器人穿刺系统
本专利技术涉及医疗手术
，尤其涉及一种机器人穿刺系统。
技术介绍
现有的穿刺手术，如经皮肾穿刺手术、经皮神经外科穿刺术、经皮骨科穿刺术等都是需要医生一边看着C臂机获取到的病患的X光图像，一边操作穿刺针来进行穿刺操作，整个手术过程基本都需要医生参与，医生的工作量很大，同时医生必须要暴露在X光线中，长期暴露在X光线中会对医生的身体产生辐射危害。
技术实现思路
本专利技术的目的是提出一种机器人穿刺控制系统，在手术过程中医生无需暴露在X光线中，避免X光线对医生的身体产生辐射。为了达到上述的目的，本专利技术实施例一方面提供了一种机器人穿刺系统，包括：手术床、C臂机、C臂机驱动装置、安装有穿刺针的机械臂、控制台以及图像显示器；所述手术床上布置有可被C臂机识别的网格；所述C臂机用于照射所述手术床以获取X光网格图像；所述C臂机驱动装置用于驱动所述C臂机转动以改变照射方向；所述控制台用于控制所述机械臂与所述C臂机驱动装置；所述图像显示器用于显示所述X光网格图像、所述C臂机采集的图像和所述机械臂上的穿刺针所视图像；所述手术床、C臂机、C臂机驱动装置、机械臂设置在手术室内；所述控制台和图像显示器设置在手术室外。优选地，所述机械臂包括机座、安装在所述机座上的机械臂本体、安装在所述机械臂本体的活动端部上的持针器、安装在所述持针器上的摄像头与穿刺针。优选地，所述控制台配置有机器人穿刺控制装置，所述机器人穿刺控制装置包括：X光图像获取模块，用于通过转动所述C臂机控制所述C臂机以不同的照射方向照射所述手术床，获取不同的照射方向所对应的X光网格图像；所述手术床上布置有可被C臂机识别的网格；结石坐标获取模块，用于根据结石在不同的X光网格图像上的位置，获取所述结石在XYZ坐标系上的坐标；其中，在所述XYZ坐标系中，以C臂机的转动中为坐标原点，以垂直于手术床且通过坐标原点的直线为Z轴，以平行于C臂机的转轴且通过坐标原点的直线为Y轴，以同时垂直于Z轴和Y轴且通过坐标原点的直线为X轴；器官图形获取模块，用于获取每张X光网格图像中的器官边界图形；所述器官边界图像是指所述结石所在的器官的边界图像；三维图像构建模块，用于根据每张X光网格图像中的器官边界图形以及预先配置的影像学图片，在所述XYZ坐标系中构建所述结石所在的器官的三维图像；刺入路径确定模块，用于根据所述器官的三维图像以及所述结石在所述XYZ坐标系上的坐标，确定最佳刺入路径；穿刺控制模块，用于控制机械臂根据所述最佳刺入路径对所述结石进行穿刺操作；其中所述机械臂上安装有穿刺针。优选地，所述结石坐标获取模块包括：第一坐标获取单元，用于获取结石在第一照射方向所对应的X光网格图像上的坐标(x1，y1)；所述第一照射方向为Z轴的正向；第二坐标获取单元，用于获取结石在第二照射方向所对应的X光网格图像上的坐标(x2，y2)；第三坐标获取单元，用于根据计算出所述结石所述结石在所述XYZ坐标系上的坐标(x1,y1,z1)；其中，β是所述第一照射方向与所述第二照射方向之间的夹角，且β不为0。优选地，所述刺入路径确定模块，包括：刺入路径推荐单元，用于根据所述器官的三维图像以及所述结石在所述XYZ坐标系上的坐标，推荐N种刺入路径；动作模拟单元，用于模拟每种刺入路径的进针和退针的动作，并通过三维图像分别显示模拟的动作预计效果；刺入路径确定单元，用于根据医生的选择指令，从所述N种刺入路径中选择一种作为最佳刺入路径。优选地，所述穿刺控制模块，包括：刺入参数确定单元，用于根据所述最佳刺入路径确定刺入点位置在所述XYZ坐标系上的坐标以及刺入方向；移动控制单元，用于根据预先获取的所述机械臂上的穿刺针在所述XYZ坐标系上的坐标以及所述刺入点位置在所述XYZ坐标系上的坐标，控制所述机械臂移动使得所述穿刺针到达所述刺入点位置；刺入控制单元，用于根据所述刺入方向调整所述穿刺针的朝向，并控制所述机械臂带动所述穿刺针从所述刺入点位置刺入至所述结石所在的位置。相比于现有技术，本专利技术实施例的有益效果在于：本专利技术实施例提供一种机器人穿刺系统，包括手术床、C臂机、C臂机驱动装置、安装有穿刺针的机械臂、控制台以及图像显示器；所述手术床上布置有可被C臂机识别的网格；所述C臂机用于照射所述手术床以获取X光网格图像；所述C臂机驱动装置用于驱动所述C臂机转动以改变照射方向；所述控制台用于控制所述机械臂与所述C臂机驱动装置；所述图像显示器用于显示所述X光网格图像、所述C臂机采集的图像和所述机械臂上的穿刺针所视图像；所述手术床、C臂机、C臂机驱动装置、机械臂设置在手术室内；所述控制台和图像显示器设置在手术室外。通过本专利技术实施例提供的方法与装置，在手术过程中医生无需暴露在X光线中，避免X光线对医生的身体产生辐射并且穿刺精度高。附图说明图1是本专利技术实施例中的机器人穿刺系统的结构示意图；图2是图1中的机械臂4的结构示意图；图3是本专利技术实施例提供的一种机器人穿刺系统控制方法的流程示意图；图4是以C臂机2的转动中心为坐标原点建立的XYZ坐标系的示意图；图5a是以第一照射方向照射手术床产生X光网格图像的原理图；图5b是以第二照射方向照射手术床产生X光网格图像的原理图；图6a是图5a所产生的X光网格图像的示意图；图6b是图5b所产生的X光网格图像的示意图；图7是通过步骤S53获取到的一个器官边界图形的示意图；图8是本专利技术实施例提供的一种机器人穿刺系统的结构框图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。如图1所示，其是本专利技术实施例中的机器人穿刺系统的结构示意图。所述机器人穿刺系统包括手术床1、C臂机2、C臂机驱动装置3、安装有穿刺针的机械臂4、控制台5以及图像显示器6。所述手术床1上布置有可被C臂机2识别的网格；所述C臂机2用于照射所述手术床1以获取X光网格图像；所述C臂机驱动装置3用于驱动所述C臂机2转动以改变照射方向；所述控制台55用于控制所述机械臂4与所述C臂机驱动装置3；所述图像显示器用于显示所述X光网格图像、所述C臂机采集的图像和所述机械臂4上的穿刺针45所视图像。如图2所示，其是图1中的机械臂4的结构示意图。所述机械臂4包括机座41、安装在所述机座41上的机械臂本体42、安装在所述机械臂本体42的活动端部上的持针器43、安装在所述持针器43上的摄像头44与穿刺针45。所述摄像头44与图像显示器6无线连接，用以显示穿刺针45所视图像。所述机械臂本体42有六个关节，可以实现沿着XYZ三个轴的轴向直线运动，和绕XYZ三个轴的旋转运动，从而可以单独实现穿刺针向左向右(X轴)、向前向后(Y轴)、向上向下(Z轴)的直线移动，穿刺针向前向后翻转(绕X轴转动)、向左向右翻转(绕Y轴转动)，完成定位和定向工作，然后推针和退针。在实施时，所述手术床、C臂机2、C臂机驱动装置3、机械臂4设置在手术室内；所述控制台5和图像显示器6设置在手术室外。基于本专利技术的系统半自动远程穿刺手术过程如下：1)开机：预热、联机、自检；2)装针就位：在机械本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种机器人穿刺系统，其特征在于，包括手术床、C臂机、C臂机驱动装置、安装有穿刺针的机械臂、控制台以及图像显示器；所述手术床上布置有可被C臂机识别的网格；所述C臂机用于照射所述手术床以获取X光网格图像；所述C臂机驱动装置用于驱动所述C臂机转动以改变照射方向；所述控制台用于控制所述机械臂与所述C臂机驱动装置；所述图像显示器用于显示所述X光网格图像、所述C臂机采集的图像和所述机械臂上的穿刺针所视图像；所述手术床、C臂机、C臂机驱动装置、机械臂设置在手术室内；所述控制台和图像显示器设置在手术室外。

【技术特征摘要】
1.一种机器人穿刺系统，其特征在于，包括手术床、C臂机、C臂机驱动装置、安装有穿刺针的机械臂、控制台以及图像显示器；所述手术床上布置有可被C臂机识别的网格；所述C臂机用于照射所述手术床以获取X光网格图像；所述C臂机驱动装置用于驱动所述C臂机转动以改变照射方向；所述控制台用于控制所述机械臂与所述C臂机驱动装置；所述图像显示器用于显示所述X光网格图像、所述C臂机采集的图像和所述机械臂上的穿刺针所视图像；所述手术床、C臂机、C臂机驱动装置、机械臂设置在手术室内；所述控制台和图像显示器设置在手术室外。2.如权利要求1所述的机器人穿刺系统，其特征在于，所述机械臂包括机座、安装在所述机座上的机械臂本体、安装在所述机械臂本体的活动端部上的持针器、安装在所述持针器上的摄像头与穿刺针。3.如权利要求1所述的机器人穿刺系统，其特征在于，所述控制台配置有机器人穿刺控制装置，所述机器人穿刺控制装置包括：X光图像获取模块，用于通过转动所述C臂机控制所述C臂机以不同的照射方向照射所述手术床，获取不同的照射方向所对应的X光网格图像；所述手术床上布置有可被C臂机识别的网格；结石坐标获取模块，用于根据结石在不同的X光网格图像上的位置，获取所述结石在XYZ坐标系上的坐标；其中，在所述XYZ坐标系中，以C臂机的转动中为坐标原点，以垂直于手术床且通过坐标原点的直线为Z轴，以平行于C臂机的转轴且通过坐标原点的直线为Y轴，以同时垂直于Z轴和Y轴且通过坐标原点的直线为X轴；器官图形获取模块，用于获取每张X光网格图像中的器官边界图形；所述器官边界图像是指所述结石所在的器官的边界图像；三维图像构建模块，用于根据每张X光网格图像中的器官边界图形以及预先配置的影像学图片，在所述XYZ坐标系中构建所述结石所在的器官的三维图...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾国华，胡鹏，马建强，
申请(专利权)人：广州医科大学附属第一医院，广州市美太贸易有限公司，贵州泰诚科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44