手术导航方法、装置、电子设备及存储介质制造方法及图纸

本发明专利技术是关于手术导航方法、装置、电子设备及存储介质。该方法包括；确定关节空间中机械臂的手术导航路径的起点和终点；分别以所述起点和所述终点为根节点建立第一搜索树和第二搜索树，并在所述关节空间中对所述第一搜索树和所述第二搜索树进行随机树生长处理；在所述随机树生长处理的过程中，根据自碰撞模型进行所述机械臂的自碰撞检测，所述自碰撞模型根据所述机械臂的包络数据建立；根据检测结果确定所述机械臂的手术导航路径。可以有效避免机械臂因自碰撞导致的损坏以及暂停导航。

【技术实现步骤摘要】
手术导航方法、装置、电子设备及存储介质
本专利技术医学器械
，特别涉及手术导航方法、装置、电子设备及存储介质。
技术介绍
手术导航系统可以帮助医疗人员定位病变部位，降低手术难度和风险，越来越多的用于外科手术。为了避免手术导航过程中，机械臂与其他手术器械发生碰撞，在进行机械臂的手术路径规划时，一般会考虑避障问题，但是很少考虑机械臂的自碰撞问题，也即机械臂的各连杆之间发生的碰撞问题，而机械臂的自碰撞会对自身造成损坏，且会因此暂停导航，影响手术进度。
技术实现思路
本专利技术提供手术导航方法、装置、电子设备及存储介质，以解决相关技术中的问题。具体地，本专利技术是通过如下技术方案实现的：第一方面，提供一种手术导航方法，所述方法包括；确定关节空间中机械臂的手术导航路径的起点和终点；分别以所述起点和所述终点为根节点建立第一搜索树和第二搜索树，并在所述关节空间中对所述第一搜索树和所述第二搜索树进行随机树生长处理；在所述随机树生长处理的过程中，根据自碰撞模型进行所述机械臂的自碰撞检测，所述自碰撞模型根据所述机械臂的包络数据建立；根据检测结果确定所述机械臂的手术导航路径。可选地，还包括：确定所述机械臂的安全运动范围，并根据所述安全运动范围确定所述关节空间中的目标采用空间；在所述关节空间中对所述第一搜索树和所述第二搜索树进行随机树生长处理，包括：在所述目标采用空间中对所述第一搜索树和所述第二搜索树进行随机树生长处理。可选地，所述安全运动范围根据接收到的指定运动参数值确定；或者，所述安全运动范围根据所述机械臂上的障碍物检测传感器获取的检测数据而确定。可选地，在所述目标采用空间中对所述第一搜索树进行随机树生长处理，包括：随机选取一个第一扩展点，并在确定所述第一扩展点在所述目标采用空间内的情况下，将所述第一扩展点确定为所述第一搜索树的初始树节点；在所述目标采用空间中对所述第二搜索树进行随机树生长处理，包括：随机选取一个第二扩展点，并在确定所述第二扩展点在所述目标采用空间内的情况下，将所述第二扩展点确定为所述第二搜索树的初始树节点。可选地，所述机械臂包括多根连杆；根据自碰撞模型进行所述机械臂的自碰撞检测，包括：模拟所述机械臂位于所述初始树节点时各根连杆的圆柱包络；判断所述各根连杆的圆柱包络的轴线之间的距离是否在预设范围内；若存在两个圆柱包络的轴线之间的距离在预设范围内，所述检测结果为发生自碰撞；若任意两个圆柱包络的轴线之间的距离均未在预设范围内，所述检测结果为未发生自碰撞。可选地，根据检测结果确定所述机械臂的手术导航路径，包括：在所述检测结果为未发生自碰撞的情况下，将所述初始树节点确定为搜索树的树节点；在所述检测结果为发生自碰撞的情况下，舍弃所述初始树节点。可选地，根据检测结果确定所述手术导航路径，包括：在检测结果为未发生自碰撞的情况下，根据当前生长的树节点确定所述第一搜索树和第二搜索树是否相连；在确定所述第一搜索树和第二搜索树相连的情况下，根据所述第一搜索树和所述第二搜索树的所有树节点确定所述手术导航路径。可选地，根据检测结果确定所述手术导航路径包括：在确定所述第一搜索树和第二搜索树未相连的情况下，判断随机树生长处理的生长次数是否达到次数阈值；在确定所述生长次数达到所述次数阈值的情况下，发出导航失败提示；或者重新确定安全运动范围，并在重新确定的安全运动范围对应的目标采样空间内对所述第一搜索树和所述第二搜索树进行随机树生长处理。可选地，根据所述第一搜索树和所述第二搜索树的所有树节点确定所述手术导航路径，包括：将所述起点或者终点作为第一优化点，依次将所述所有树节点中除了所述第一优化点之外的其他树节点作为第二优化点；确定所述机械臂由所述第二优化点径直移动至所述第一优化点是否满足移动规则；其中，所述移动规则包括以下至少之一：未发生自碰撞、未与障碍物碰撞、未发生关节突变；在确定满足所述移动规则的情况下，舍弃所述第一优化点与所述第二优化点之间的所有树节点；根据剩余的树节点确定所述手术导航路径。第二方面，提供一种手术导航装置，所述装置包括；第一确定模块，用于确定关节空间中机械臂的手术导航路径的起点和终点；处理模块，用于分别以所述起点和所述终点为根节点建立第一搜索树和第二搜索树，并在所述关节空间中对所述第一搜索树和所述第二搜索树进行随机树生长处理；检测模块，用于在所述随机树生长处理的过程中，根据自碰撞模型进行所述机械臂的自碰撞检测，所述自碰撞模型根据所述机械臂的包络数据建立；第二确定模块，用于根据检测结果确定所述机械臂的手术导航路径。可选地，还包括：第三确定模块，用于确定所述机械臂的安全运动范围，并根据所述安全运动范围确定所述关节空间中的目标采用空间；所述处理模块，具体用于在所述目标采用空间中对所述第一搜索树和所述第二搜索树进行随机树生长处理。可选地，在所述目标采用空间中对所述第一搜索树进行随机树生长处理时，所述处理模块用于：随机选取一个第一扩展点，并在确定所述第一扩展点在所述目标采用空间内的情况下，将所述第一扩展点确定为所述第一搜索树的初始树节点；在所述目标采用空间中对所述第二搜索树进行随机树生长处理时，所述处理模块用于：随机选取一个第二扩展点，并在确定所述第二扩展点在所述目标采用空间内的情况下，将所述第二扩展点确定为所述第二搜索树的初始树节点。可选地，所述机械臂包括多根连杆；所述检测模块用于：模拟所述机械臂位于所述初始树节点时各根连杆的圆柱包络；判断所述各根连杆的圆柱包络的轴线之间的距离是否在预设范围内；若存在两个圆柱包络的轴线之间的距离在预设范围内，所述检测结果为发生自碰撞；若任意两个圆柱包络的轴线之间的距离均未在预设范围内，所述检测结果为未发生自碰撞。可选地，所述第二确定模块用于：在检测结果为未发生自碰撞的情况下，根据当前生长的树节点确定所述第一搜索树和第二搜索树是否相连；在确定所述第一搜索树和第二搜索树相连的情况下，根据所述第一搜索树和所述第二搜索树的所有树节点确定所述手术导航路径。可选地，所述第二确定模块用于：在确定所述第一搜索树和第二搜索树未相连的情况下，判断随机树生长处理的生长次数是否达到次数阈值；在确定所述生长次数达到所述次数阈值的情况下，发出导航失败提示，或者重新确定安全运动范围，并在重新确定的安全运动范围对应的目标采样空间内对所述第一搜索树和所述第二搜索树进行随机树生长处理。可选地，所述第二确定模块还用于：将所述起点或者终点作为第一优化点，依次将所述所有树节点中除了所述第一优化点之外的其他树节点作为第二优化点；确定所述机械臂由所述第二优化点径直移动至所述第一优本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种手术导航方法，其特征在于，所述方法包括；/n确定关节空间中机械臂的手术导航路径的起点和终点；/n分别以所述起点和所述终点为根节点建立第一搜索树和第二搜索树，并在所述关节空间中对所述第一搜索树和所述第二搜索树进行随机树生长处理；/n在所述随机树生长处理的过程中，根据自碰撞模型进行所述机械臂的自碰撞检测，所述自碰撞模型根据所述机械臂的包络数据建立；/n根据检测结果确定所述机械臂的手术导航路径。/n

【技术特征摘要】
1.一种手术导航方法，其特征在于，所述方法包括；
确定关节空间中机械臂的手术导航路径的起点和终点；
分别以所述起点和所述终点为根节点建立第一搜索树和第二搜索树，并在所述关节空间中对所述第一搜索树和所述第二搜索树进行随机树生长处理；
在所述随机树生长处理的过程中，根据自碰撞模型进行所述机械臂的自碰撞检测，所述自碰撞模型根据所述机械臂的包络数据建立；
根据检测结果确定所述机械臂的手术导航路径。


2.根据权利要求1所述的手术导航方法，其特征在于，还包括：
确定所述机械臂的安全运动范围，并根据所述安全运动范围确定所述关节空间中的目标采用空间；
在所述关节空间中对所述第一搜索树和所述第二搜索树进行随机树生长处理，包括：
在所述目标采用空间中对所述第一搜索树和所述第二搜索树进行随机树生长处理。


3.根据权利要求2所述的手术导航方法，其特征在于，所述安全运动范围根据接收到的指定运动参数值确定；
或者，所述安全运动范围根据所述机械臂上的障碍物检测传感器获取的检测数据而确定。


4.根据权利要求2所述的手术导航方法，其特征在于，在所述目标采用空间中对所述第一搜索树进行随机树生长处理，包括：
随机选取一个第一扩展点，并在确定所述第一扩展点在所述目标采用空间内的情况下，将所述第一扩展点确定为所述第一搜索树的初始树节点；
在所述目标采用空间中对所述第二搜索树进行随机树生长处理，包括：
随机选取一个第二扩展点，并在确定所述第二扩展点在所述目标采用空间内的情况下，将所述第二扩展点确定为所述第二搜索树的初始树节点。


5.根据权利要求4所述的手术导航方法，其特征在于，所述机械臂包括多根连杆；
根据自碰撞模型进行所述机械臂的自碰撞检测，包括：
模拟所述机械臂位于所述初始树节点时各根连杆的圆柱包络；
判断所述各根连杆的圆柱包络的轴线之间的距离是否在预设范围内；
若存在两个圆柱包络的轴线之间的距离在预设范围内，所述检测结果为发生自碰撞；
若任意两个圆柱包络的轴线之间的距离均未在预设范围内，所述检测结果为未发生自碰撞。


6.根据权利要求5所述的手术导航方法，其特征在于，根据检测结果确定所述机械臂的手术导航路径，包括：
在所述检测结果为未发生自碰撞的情况下，将所述初始树节点确定为搜索树的树节点；
在所述检测结果为发生自碰撞的情况下，舍弃所述初始树节点。


7.根据权利要求1所述的手术导航方法，其特征在于，根据检测结果确定所述手术导航路径，包括：
在检测结果为未发生自碰撞的情况下，根据当前生长的树节点确定所述第一搜索树和第二搜索树是否相连；
在确定所述第一搜索树和第二搜索树相连的情况下，根据所述第一搜索树和所述第二搜索树的所有树节点确定所述手术导航路径。


8.根据权利要求7所述的手术导航方法，其特征在于，根据检测结果确定所述手术导航路径包括：
在确定所述第一搜索树和第二搜索树未相连的情况下，判断随机树生长处理的生长次数是否达到次数阈值；
在确定所述生长次数达到所述次数阈值的情况下，发出导航失败提示；或者重新确定安全运动范围，并在重新确定的安全运动范围对应的目标采样空间内对所述第一搜索树和所述第二搜索树进行随机树生长处理。


9.根据权利要求7所述的手术导航方法，其特征在于，根据所述第一搜索树和所述第二搜索树的所有树节点确定所述手术导航路径，包括：
将所述起点或者终点作为第一优化点，依次将所述所有树节点中除了所述第一优化点之外的其他树节点作为第二优化点；
确定所述机械臂由所述第二优化点径直移动至所述第一优化点是否满足移动规则；其中，所述移动规则包括以下至少之一：未发生自碰撞、未与障碍物碰撞、未发生关节突变；
在确定满足所述移动规则的情况下，舍弃所述第一优化点与所述第二优化点...

【专利技术属性】
技术研发人员：何滨，孟险峰，武林，童睿，徐琦，
申请(专利权)人：杭州三坛医疗科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33