The invention relates to the field of use methods of medical devices, in particular to the human-computer safety interaction system and method of the clinical stone cutting target particle implantation robot, including: robot initialization work module, safe needle feeding control module, target particle implantation path planning module, and decision-making execution module. The specific use steps are as follows: S1; robot initialization; S2; displacement; S3; needle feeding control System; S4; operation; S5; Determination of target position; S6; injection; S7; reading of patient target data; S8; optimal path; S9; automatic implantation; S10; obtaining optimal path loading unit; S11; plane movement; S12; detection; S13; confirmation of target; S14: execution unit, initialization of work module, safety injection control module, and target particle implantation path planning module through robot Block and decision-making execution module can be used together to realize the safe interaction, safety and stability, and high accuracy in the process of particle implantation.
【技术实现步骤摘要】
临床截石位靶向粒子植入机器人人机安全交互系统及方法
本专利技术涉及医疗
,具体是临床截石位靶向粒子植入机器人人机安全交互系统及方法。
技术介绍
据2018年癌症报告统计,中国每年新发癌症病例429万,占全球20%,死亡281万例。近距离放射性治疗适用于治疗泌尿生殖系统肿瘤、腹部肿瘤、消化系统肿瘤以及颅内肿瘤。临床该类手术通过腺体腔道作为手术入路,医生手持粒子植入器械经过导向模板到表皮,以表皮作为入口,刺破腺体硬膜,最后抵达肿瘤腺体靶区进行局部精准放射。通过大量临床手术评估,证实了该类手术靶向性强、创伤小、疗效快、副作用少等优势。当前国内外的粒子植入多为手动进行,操作中医生需要反复调整穿刺入口到靶点的路径,刺入过程必须保持手眼完全一致以及持续力控制,才能确保粒子放入放置位置。临床“图像导航人眼观察+器械人手操作”的方式,一方面受到人类肉眼观察精度和手工操作精度瓶颈的限制,另一方面长时间手术操作导致的手眼疲劳,难以实现恶性肿瘤的精准治疗,缺乏具备一定自主安全交互的治疗手段。考虑临床动态、核辐射物理环境,对手术操作精准性、安全性和伦理性严苛性要求,靶向粒子植入机器人应该具备一定安全交互能力。目前,国内对该领域的研究工作还较少,主要的研究是针-软组织交互时的进针策略,日本早稻田大学Tsumura提出针体双向旋转联合轴向振动进针方法,减少针尖偏转、组织缠绕以及穿刺力,又通过动态针插入角度,来补偿插入方向与靶点距离误差。波士顿大学Mahvash提出高速进针能减少针尖撕裂软组织裂纹传播及变形,减少针体偏转和软组织损伤。宾夕法 ...
【技术保护点】
1.临床截石位靶向粒子植入机器人人机安全交互系统,其特征在于:包括:/n机器人初始化工作模块,对机器人本体进行初定位机构以提高机器人本体的定位精度;/n安全进针控制模块,与机器人初始化工作模块配合对机器人本体进行精确定位;/n靶向粒子植入路径规划模块,与安全进针控制模块及机器人初始化工作模块配合对靶向粒子获得最优路径的规划;/n决策执行模块,与安全进针控制模块配合实现机器人本体和进针的安全控制。/n
【技术特征摘要】
1.临床截石位靶向粒子植入机器人人机安全交互系统,其特征在于:包括:
机器人初始化工作模块,对机器人本体进行初定位机构以提高机器人本体的定位精度;
安全进针控制模块,与机器人初始化工作模块配合对机器人本体进行精确定位;
靶向粒子植入路径规划模块,与安全进针控制模块及机器人初始化工作模块配合对靶向粒子获得最优路径的规划;
决策执行模块,与安全进针控制模块配合实现机器人本体和进针的安全控制。
2.根据权利要求1所述的临床截石位靶向粒子植入机器人人机安全交互系统,其特征在于:所述的机器人初始化工作模块包括通过机器人本体的移动变量,找到该变量中的零位点的机器人本体回零位单元、通过机器人本体末端移动变量的最大值,将所述的末端点作为定位基点,确定该定位基点为虚拟安全平面的标定虚拟安全平面单元以及根据机器人本体末端针尖移动变量的值,确定出导向平板位置的标定导向平板相对零位单元。
3.根据权利要求1所述的临床截石位靶向粒子植入机器人人机安全交互系统,其特征在于:所述的安全进针控制模块包括针对机器人本体末端确定的虚拟安全平面,确定安全进针控制策略的机器人定位部分安全交互单元、针对机器人本体末端针尖确定的导向平板相对零位,确定针尖的控制策略的机器人末端部分安全交互单元。
4.根据权利要求1所述的临床截石位靶向粒子植入机器人人机安全交互系统,其特征在于:所述的靶向粒子植入路径规划模块包括通过预设的进针目标位置确定靶点数据的患者靶点数据读取单元、确定靶向粒子移动路径的粒子植入路径规划单元以及最优路径载入单元。
5.根据权利要求1所述的临床截石位靶向粒子植入机器人人机安全交互系统,其特征在于:所述的决策执行模块包括机器人控制末端执行器到达表皮入射点的安全交互控制作用的机器人定位部分安全交互单元、执行针与软组进针过程的安全交互作用的机器人末端部分安全交互单元、辅导机器人执行末端的植入器安全的进入软组织的机器人粒子植入自动执行单元。
6.利用权利要求1至5中任一项所述的临床截石位靶向粒子植入机器人人机安全交互系统的方法,其特征在于:其具体步骤如下:
S1:机器人初始化:将机器人本体归位,各项数据及平面坐标初始化;
S2:位移:使用机器人定位部分控制机器人的大、小臂的位移;
S3:进针控制:根据导向平板的位置进行安全进针控制;
S4:操作:针对所述的导向平板,在虚拟安全平面以内确定机器人末端在安全平面以内进行操作;
S5:确定目标位置:针对所述的导向平板,在虚拟安全平面以外确定机器人末端的目标位置;
S6:进针:根据预设的进针目标位置确定对应的进针位置,即针尖相对于相对零点的三维坐标(xi,yi,zi);
S7:读取患者靶点数据:通过靶点坐标用运...
【专利技术属性】
技术研发人员:梁艺,汪步云,许德章,汪维波,苏学满,黄胜洲,黄少奇,
申请(专利权)人:安徽工程大学,芜湖安普机器人产业技术研究院有限公司,
类型:发明
国别省市:安徽;34
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