超声定位穿刺系统和存储介质技术方案

本申请涉及一种超声定位穿刺系统和存储介质。该超声定位穿刺系统包括计算机设备、第一串联机械臂和搭载在第一串联机械臂末端的超声探测装置，计算机设备分别与第一串联机械臂和超声探测装置电性连接，计算机设备包括存储器和处理器，存储器中存储有计算机程序，处理器在运行计算机程序时执行下列步骤：在超声探测装置投射的超声探测平面内定位靶点的第一位置信息；获取超声探测平面的第一姿态信息以及第一串联机械臂的第二姿态信息；根据第一姿态信息和第二姿态信息，确定超声定位穿刺系统的参考坐标系与超声探测平面所在坐标系的位置转换关系；根据位置转换关系和第一位置信息，确定靶点在参考坐标系内的第二位置信息。通过本申请，提高了穿刺手术的精度。

【技术实现步骤摘要】
超声定位穿刺系统和存储介质
本申请涉及机械臂控制领域，特别是涉及超声定位穿刺系统和存储介质。
技术介绍
传统的穿刺手术是医生在超声、CT、MRI等图像扫描设备的引导下，由医生手动将小型手术器械(如活检穿刺针等)送入患者体内，对病变部位进行检测或治疗，医生通过病灶附近的二维或三维扫描图像判断合适的入针点和入针方向，然后凭借经验手动完成穿刺操作。计算机辅助导航技术和机器人技术被引入到穿刺手术中。具有手术导航系统的穿刺机器人工作原理如下：首先由计算机将扫描的二维图像进行三维合成形成病灶附近的三维图像，然后由医生通过三维图像判断靶点位置和合适的入针路径并输入导航系统，再由导航系统计算出机器人操作臂的当前状态和目标点并规划出一条轨迹，最后操作臂按照规划的轨迹完成穿刺定位，再通过进针机构或医生手动完成进针，避免了纯手动操作带来的误差。然而，现有的导航技术通常通过光学定位对穿刺针和医学影像设备进行定位和配准，在医学影像的辅助下进行穿刺，但光学定位和配准的过程中存在较大的误差，并且在操作的过程中不能使光学小球被遮挡，限制了手术的实施。
技术实现思路
本申请实施例提供了一种超声定位穿刺系统和存储介质，直接在超声影像中获取病灶坐标，而不需要通过光学定位等配准基准间接配准，以解决现有的医学影像导航下穿刺手术的定位和配准技术也存在误差的问题。第一方面，本申请实施例提供了一种超声定位穿刺系统，所述超声定位穿刺系统包括计算机设备、第一串联机械臂和搭载在所述第一串联机械臂末端的超声探测装置，所述计算机设备分别与所述第一串联机械臂和所述超声探测装置电性连接，所述计算机设备包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器在运行所述计算机程序时执行下列步骤：在所述超声探测装置投射的超声探测平面内定位靶点的第一位置信息；获取所述超声探测平面的第一姿态信息以及所述第一串联机械臂的第二姿态信息；根据所述第一姿态信息和所述第二姿态信息，确定所述超声定位穿刺系统的参考坐标系与所述超声探测平面所在坐标系的位置转换关系；根据所述位置转换关系和所述第一位置信息，确定所述靶点在所述参考坐标系内的第二位置信息。在其中的一些实施例中，在所述超声探测装置投射的超声探测平面内定位靶点的第一位置信息包括：获取由所述超声探测装置采集的超声图像，在所述超声图像中定位所述靶点的位置信息；根据所述靶点在所述超声图像中的位置信息以及所述超声探测装置的标定参数，确定所述靶点在所述超声探测装置投射的超声探测平面内的所述第一位置信息。在其中的一些实施例中，所述超声探测装置与所述第一串联机械臂的末端可转动地连接，所述超声探测平面形成于所述超声探测装置的末端端点并自所述超声探测装置的末端端点沿扇面延伸；所述超声探测平面跟随所述超声探测装置旋转，所述超声探测平面的旋转轴经过所述末端端点；所述第一姿态信息包括所述超声探测平面的旋转角度。在其中的一些实施例中，所述第一位置信息包括所述靶点相对于所述末端端点的距离，以及所述靶点和所述末端端点的连接线与所述旋转轴的夹角。在其中的一些实施例中，所述第一串联机械臂包括多个关节，多个所述关节包括：旋转关节和/或移动关节，所述第二姿态信息包括每个所述关节的运动量信息。在其中的一些实施例中，根据所述第一姿态信息和所述第二姿态信息，确定所述超声定位穿刺系统的参考坐标系与所述超声探测平面所在坐标系的位置转换关系包括：在所述第一串联机械臂处于初始状态时，建立所述第一串联机械臂的参考坐标系和所述第一串联机械臂的各关节的关节坐标系，以及在所述超声探测装置处于初始状态时，以所述超声探测装置的末端端点为坐标原点建立探头坐标系；获取所述第一串联机械臂的参考坐标系和所述第一串联机械臂的各关节的关节坐标系的DH参数，并根据所述DH参数，确定所述第一串联机械臂的参考坐标系到所述第一串联机械臂的末端关节的关节坐标系之间的第一位置转换关系；获取所述探头坐标系的坐标原点在所述末端关节的关节坐标系内的位置信息，以及所述探头坐标系相对于所述末端关节的关节坐标系的姿态角，并根据该位置信息、姿态角以及所述第一位置转换关系，确定所述参考坐标系与所述探头坐标系之间的第二位置转换关系；获取所述超声探测平面的旋转角度，并根据所述旋转角度确定所述超声探测平面所在坐标系与所述探头坐标系之间的第三位置转换关系；根据所述第二位置转换关系和所述第三位置转换关系，确定所述超声定位穿刺系统的参考坐标系与所述超声探测平面所在坐标系的位置转换关系。在其中的一些实施例中，所述第一串联机械臂包括旋转关节和移动关节，旋转关节的关节坐标系的Z轴沿旋转轴设置，移动关节的关节坐标系的Z轴沿移动方向设置，参考坐标系与各关节的关节坐标系同为左手系或右手系，且当旋转关节与在前的移动关节连接时，旋转关节的关节坐标系的原点与该在前的移动关节的关节坐标系的原点重合。在其中的一些实施例中，所述探头坐标系的X、Y、Z轴的方向与所述末端关节的关节坐标系的X、Y、Z轴的方向相同，且所述探头坐标系的Z轴和所述末端关节的关节坐标系的Z轴共线。在其中的一些实施例中，所述第一串联机械臂的末端关节为并联运动平台，所述并联运动平台包括静平台、动平台和多个设置在所述静平台与所述动平台之间的伸缩组件，所述超声探测装置设于所述动平台。在其中的一些实施例中，所述超声定位穿刺系统还包括第二串联机械臂和搭载在所述第二串联机械臂末端的穿刺器械；所述计算机设备还分别与所述第二串联机械臂电性连接，所述处理器在运行所述计算机程序时还执行下列步骤：将所述靶点在所述参考坐标系内的第二位置信息作为目标穿刺点，控制所述第二串联机械臂的穿刺器械对所述目标穿刺点进行穿刺。第二方面，本申请实施例提供了一种存储介质，所述存储介质中存储有计算机程序，所述计算机程序被设置为运行时执行下列步骤：在所述超声探测装置投射的超声探测平面内定位靶点的第一位置信息；获取所述超声探测平面的第一姿态信息以及所述第一串联机械臂的第二姿态信息；根据所述第一姿态信息和所述第二姿态信息，确定所述超声定位穿刺系统的参考坐标系与所述超声探测平面所在坐标系的位置转换关系；根据所述位置转换关系和所述第一位置信息，确定所述靶点在所述参考坐标系内的第二位置信息。相比于相关技术，本申请实施例提供的超声定位穿刺系统和存储介质，解决了，现有的医学影像导航下穿刺手术的定位和配准技术也存在误差的问题，提高了穿刺手术的精度。本申请的一个或多个实施例的细节在以下附图和描述中提出，以使本申请的其他特征、目的和优点更加简明易懂。附图说明此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：图1是本申请实施例提供的超声定位穿刺系统的结构框图。图2是本申请实施例提供的超声定位穿刺系统的工作方法的流程图。图3是本申请实施例的多关节机械臂的坐标转换方法的流程图。图4是本申请优选实施例提本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超声定位穿刺系统，其特征在于，所述超声定位穿刺系统包括计算机设备、第一串联机械臂和搭载在所述第一串联机械臂末端的超声探测装置，所述计算机设备分别与所述第一串联机械臂和所述超声探测装置电性连接，所述计算机设备包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器在运行所述计算机程序时执行下列步骤：/n在所述超声探测装置投射的超声探测平面内定位靶点的第一位置信息；/n获取所述超声探测平面的第一姿态信息以及所述第一串联机械臂的第二姿态信息；/n根据所述第一姿态信息和所述第二姿态信息，确定所述超声定位穿刺系统的参考坐标系与所述超声探测平面所在坐标系的位置转换关系；/n根据所述位置转换关系和所述第一位置信息，确定所述靶点在所述参考坐标系内的第二位置信息。/n

【技术特征摘要】
1.一种超声定位穿刺系统，其特征在于，所述超声定位穿刺系统包括计算机设备、第一串联机械臂和搭载在所述第一串联机械臂末端的超声探测装置，所述计算机设备分别与所述第一串联机械臂和所述超声探测装置电性连接，所述计算机设备包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器在运行所述计算机程序时执行下列步骤：
在所述超声探测装置投射的超声探测平面内定位靶点的第一位置信息；
获取所述超声探测平面的第一姿态信息以及所述第一串联机械臂的第二姿态信息；
根据所述第一姿态信息和所述第二姿态信息，确定所述超声定位穿刺系统的参考坐标系与所述超声探测平面所在坐标系的位置转换关系；
根据所述位置转换关系和所述第一位置信息，确定所述靶点在所述参考坐标系内的第二位置信息。


2.根据权利要求1所述的超声定位穿刺系统，其特征在于，在所述超声探测装置投射的超声探测平面内定位靶点的第一位置信息包括：
获取由所述超声探测装置采集的超声图像，在所述超声图像中定位所述靶点的位置信息；
根据所述靶点在所述超声图像中的位置信息以及所述超声探测装置的标定参数，确定所述靶点在所述超声探测装置投射的超声探测平面内的所述第一位置信息。


3.根据权利要求1所述的超声定位穿刺系统，其特征在于，所述超声探测装置与所述第一串联机械臂的末端可转动地连接，所述超声探测平面形成于所述超声探测装置的末端端点并自所述超声探测装置的末端端点沿扇面延伸；所述超声探测平面跟随所述超声探测装置旋转，所述超声探测平面的旋转轴经过所述末端端点；所述第一姿态信息包括所述超声探测平面的旋转角度。


4.根据权利要求3所述的超声定位穿刺系统，其特征在于，所述第一位置信息包括所述靶点相对于所述末端端点的距离，以及所述靶点和所述末端端点的连接线与所述旋转轴的夹角。


5.根据权利要求1所述的超声定位穿刺系统，其特征在于，所述第一串联机械臂包括多个关节，多个所述关节包括：旋转关节和/或移动关节，所述第二姿态信息包括每个所述关节的运动量信息。


6.根据权利要求3所述的超声定位穿刺系统，其特征在于，根据所述第一姿态信息和所述第二姿态信息，确定所述超声定位穿刺系统的参考坐标系与所述超声探测平面所在坐标系的位置转换关系包括：
在所述第一串联机械臂处于初始状态时，建立所述第一串联机械臂的参考坐标系和所述第一串联机械臂的各关节的关节坐标系，以及在所述超声探测装置处于初始状态时，以所述超声探测装置的末端端点为坐标原点建立探头坐标系；
获取所述第一串联机械臂的参考坐标系和所述第一串联机械臂的各关节的关节坐标系的DH参数，并根...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄善灯，柏龙，陈晓红，潘鲁锋，柳建飞，
申请(专利权)人：诺创智能医疗科技杭州有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33