跟踪手术床运动的方法、系统及介质技术方案

本发明专利技术提供了一种跟踪手术床运动的方法、系统及介质，包括采用：手术床、医疗机器人、计算机、光学传感器、手术床标记物、机器人标记物以及数据线；所述手术床标记物附着于所述手术床上；所述机器人标记物附着于所述医疗机器人上；所述数据线连接所述光学传感器和计算机，连接所述计算机和医疗机器人；所述方法包括：步骤1：光学传感器捕获手术床标记物和机器人标记物的位姿并进行标定；步骤2：将机器人和机器人标记物的相对位姿进行标定；步骤3：手术床移动时，得到手术床标记物的位移信息，机器人根据手术床标记物的位移信息进行跟踪。本发明专利技术成本较低，精度高并且延时小，实现了远程无线跟踪目标物体。

The method, system and medium of tracking the movement of operating table

【技术实现步骤摘要】
跟踪手术床运动的方法、系统及介质
本专利技术涉及医疗器械领域，具体地，涉及一种跟踪手术床运动的方法、系统及介质。尤其地，涉及一种血管介入手术机器人与手术床同步运动的方法。
技术介绍
心血管疾病严重地影响着人体健康，血管腔内介入手术属于微创手术的一种，具有准确、快速、创伤小的优点。于此同时，血管介入手术为了获得手术过程中的实时影像，使用X射线减影技术，引导医生推送导丝导管。由此医生暴露在大量的x射线辐射之下，对医生的身体造成很大伤害。近年来随着机器人技术的不断发展，使用机器人将导管导丝送到血管病变处，就可以避免医生遭受X射线辐射带来的问题。医生通过手柄远程控制机器人，完成手术，从而避免辐射的伤害。在机器人手术中，医生会调整手术床的位置，移动手术床，获得更加清晰的X射线显影角度。在机器人使用机械手加持导丝导管的情况下，床发生位移，机器人如果不跟踪手术床的位移，则会导致导丝导管从病人的伤口处脱落或移位，给病人造成很大的伤害，甚至会出现血管破裂的风险。所以机器人需要实时地跟踪手术床，保持机器人和手术床的相对位置不变，提高手术的安全性。专利CN109938837A提供一种跟踪标记的位置及姿势的光学跟踪系统，使用照相机作为成像装置。标记能够附着于对象体，在内部形成的图案面及为了图案面借助于具有无限大焦距的第一成像部而成像而在开口形成的光学系。包括处理器，处理器以由通过开口而看到的图案面一部分借助于第一成像部而成像的第一图像为基础，决定标记的姿势，基于由在互不相同方向通过开口而释放的出射光，借助于具有比无限大焦距近的焦距的第二及第三成像部而成像的第二图像及第三图像，决定标记的位置。这篇专使用了追踪附着于对象体的标记的方法来测量对象体的位姿，并没有提到机器人跟踪对象体的方法。使用了照相机等成像装置来拍摄对象不同方位的图形来测量对象的位姿，位姿测量的准确度取决于相机的精度，增加了成本。专利CN107817471公开了一种光学跟踪方法、装置及系统。当发射器中的激光器与接收器中的传感器之间建立有预设的关联关系时，根据激光器的个数、状态和激光器发射光波的波长大小对发射器进行编码；对扫描信号进行解析，计算出发射器的编码。使用多波段光束对发射器进行编码区分，在不降低数据刷新率的情况下，支持同时使用多发射器对跟踪空间进行扫描，扩展了发射器的使用数量，扩大了跟踪系统的跟踪范围。这篇专利介绍了使用带有发射器和接收器的光学传感器发射不同波长光波，并通过分析反射光波的方法对对象体的位姿进行测量。并没有涉及确定机器人和对象体相对位姿变化的方法，也没有涉及机器人对对象体位置的追踪。专利CN108430373A介绍了一种在内窥镜手术期间在患者体内跟踪内窥镜的位置的方法及系统。通过在内窥镜上放置标记物，通过光学系统将内窥镜的位置信息从内窥镜坐标系转换至光学跟踪系统的坐标系。在患者器官的模型上投射内窥镜的虚像，以及投射或显示组合的图像，内窥镜在患者体内的位置作为图像与患者的内部器官的图像一起显示在监视器上，将内窥镜的位姿信息转换到患者坐标来描述，提供清楚地突出显示了内窥镜相对于患者的内部器官的位置的增强现实环境的方法，有助于医生很容易地操作内窥镜。这篇专利使用了光学跟踪器来追踪附着于对象体标记的方法来测量对象体的位姿，通过图像处理和坐标转换的方法确定内窥镜在人体内的位置，但是并没有提供测量机器人和对象体的相对位姿关系的方法，也没有提供机器人实时跟踪对象体的方案。现阶段的跟踪目标物体技术方案和解决手段可以通过光学传感器，照相机等成像设备，和对不同波长反射光进行分析，对对象体的位姿进行测量，满足此种功能的手段和方案已经成熟。但仍旧缺少如下内容：1、一种在捕获对象体位姿后确定机器人和对象体相对位姿的算法还没有被提及；2、缺乏一套当对象体产生位移时，如何让机器人实时跟踪对象体运动的方案；3、在手术室环境下手术床产生位移时，缺少机器人如何根据手术床的移动特征进行跟踪的方法；4、还需要探索一种全新的方法将机器人在光学传感器下的位移转化为在自身坐标系下的位移解决方案。本专利技术将光学跟踪纳入手术床位移跟踪系统，使用光学传感器捕获附着于手术床和机器人标记物的位姿。通过矩阵转换算法求解机器人和手术床的相对位姿关系，并标定机器人和机器人标记物之间的姿态转换矩阵。在手术室环境下，手术床产生位移时，根据矩阵转换关系求解机器人在光学传感器下的位移，然后转化为机器人在自身坐标系下的位移，保持机器人和手术床相对位置不变，以此完成医疗机器人对病床的跟踪。截止目前，无论是国内还是国外，在医疗器械领域还没有在手术室环境下让机器人实时地跟踪手术床运动的成熟方法，现有的方案既成本巨大又缺乏精确度。专利文献CN100464720C(申请号：200510122586.X)公开了一种基于光学跟踪闭环控制脑外科机器人系统，是进行接收医学影像信息、测定并确定病灶位置、辅助进行手术规划、进行手术导引的脑外科机器人；由计算机、五自由度机器人、光学跟踪设备和被动标识器构成一个闭环的机器人位姿测量与实时反馈控制系统，被动标识器安装在五自由度机器人末端；五自由度机器人包括机械臂和机械臂控制器；辅助手术规划与导引软件包括数字影像输入与预处理模块、病灶提取与三维重构模块、手术规划模块、以及手术实施模块。
技术实现思路
针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种跟踪手术床运动的方法、系统及介质。根据本专利技术提供的跟踪手术床运动的方法，包括采用：手术床、医疗机器人、计算机、光学传感器、手术床标记物、机器人标记物以及数据线；所述手术床标记物附着于所述手术床上；所述机器人标记物附着于所述医疗机器人上；所述数据线连接所述光学传感器和计算机，连接所述计算机和医疗机器人；所述方法包括：步骤1：光学传感器捕获手术床标记物和机器人标记物的位姿并进行标定；步骤2：将机器人和机器人标记物的相对位姿进行标定；步骤3：手术床移动时，得到手术床标记物的位移信息，机器人根据手术床标记物的位移信息进行跟踪。优选地，所述光学传感器捕获手术床标记物的位姿，并通过数据线将手术床标记物的位姿传输给计算机。优选地，所述光学传感器捕获机器人标记物的位姿，并通过数据线将机器人标记物的位姿传输给计算机。优选地，当手术床产生位移时，光学传感器对手术床标记物的位姿进行标定，将第一位移信息传输至计算机。优选地，所述计算机根据第一位移信息，对机器人发送位移指令；根据光学传感器测量机器人标记物的第二位移信息，并根据机器人和机器人标记物在光学传感器坐标系下的位移差，使用矩阵变换求解机器人和机器人标记物之间的姿态关系矩阵。优选地，根据机器人标记物在光学传感器坐标系下的位姿，以及手术床标记物在光学传感器坐标系下的位姿，通过矩阵变换求解机器人标记物和手术床标记物的相对位姿关系。优选地，当手术床产生位移时，为了保持机器人相对于手术床的位姿不变，计算机器人标记物相对于自身坐标系的位移。优本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种跟踪手术床运动的方法，其特征在于，包括采用：手术床、医疗机器人、计算机、光学传感器、手术床标记物、机器人标记物以及数据线；/n所述手术床标记物附着于所述手术床上；/n所述机器人标记物附着于所述医疗机器人上；/n所述数据线连接所述光学传感器和计算机，连接所述计算机和医疗机器人；/n所述方法包括：/n步骤1：光学传感器捕获手术床标记物和机器人标记物的位姿并进行标定；/n步骤2：将机器人和机器人标记物的相对位姿进行标定；/n步骤3：手术床移动时，得到手术床标记物的位移信息，机器人根据手术床标记物的位移信息进行跟踪。/n

【技术特征摘要】
1.一种跟踪手术床运动的方法，其特征在于，包括采用：手术床、医疗机器人、计算机、光学传感器、手术床标记物、机器人标记物以及数据线；
所述手术床标记物附着于所述手术床上；
所述机器人标记物附着于所述医疗机器人上；
所述数据线连接所述光学传感器和计算机，连接所述计算机和医疗机器人；
所述方法包括：
步骤1：光学传感器捕获手术床标记物和机器人标记物的位姿并进行标定；
步骤2：将机器人和机器人标记物的相对位姿进行标定；
步骤3：手术床移动时，得到手术床标记物的位移信息，机器人根据手术床标记物的位移信息进行跟踪。


2.根据权利要求1所述的跟踪手术床运动的方法，其特征在于，所述光学传感器捕获手术床标记物的位姿，并通过数据线将手术床标记物的位姿传输给计算机。


3.根据权利要求1所述的跟踪手术床运动的方法，其特征在于，所述光学传感器捕获机器人标记物的位姿，并通过数据线将机器人标记物的位姿传输给计算机。


4.根据权利要求1所述的跟踪手术床运动的方法，其特征在于，当手术床产生位移时，光学传感器对手术床标记物的位姿进行标定，将第一位移信息传输至计算机。


5.根据权利要求4所述的跟踪手术床运动的方法，其特征在于，所述计算机根据第一位移信息，对机器人发送位移指令；
根据光学传感器测量机器人标记物的第二位移信息，并根据机器人和机器人标记物在光学传感器坐标系下的位移差，使用矩阵变换求解机器人和机器人标记物之间的...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘栋，王坤东，陆清声，张永安，卢倩红，刘道志，刘奕琨，虞忠伟，
申请(专利权)人：上海奥朋医疗科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31