本发明专利技术涉及一种手术机器人及其图形化控制装置、图形化显示方法，手术机器人包括：输入部；显示器；操作臂，具有由有序排列的特征点构成的特征点序列，特征点表征关节；及控制器，控制器与输入部、显示器及传感器耦接，被配置成：获得操作臂的特征点序列及其对应的运动学模型；获取传感器感应的关节变量，并获取输入部选择的虚拟相机；根据运动学模型及关节变量确定特征点序列中各特征点在虚拟相机的投影平面的投影点；有序的拟合连接各投影点生成操作臂的投影图像；在显示器中显示投影图像。本发明专利技术的手术机器人便于医生全方位的观察操作臂的运动状态。的运动状态。的运动状态。
【技术实现步骤摘要】
手术机器人及其图形化控制装置、图形化显示方法
[0001]本申请是申请日为2020年10月08日提交中国专利局、申请号为CN202011068091.4、申请名称为“手术机器人及其图形化控制装置、图形化显示方法”的分案申请，该案的全文以引用的方式并入本申请中。
[0002]本专利技术涉及医疗器械领域，特别是涉及一种手术机器人及其图形化控制装置、图形化显示方法。
技术介绍
[0003]微创手术是指利用腹腔镜、胸腔镜等现代医疗器械及相关设备在人体腔体内部施行手术的一种手术方式。相比传统手术方式微创手术具有创伤小、疼痛轻、恢复快等优势。
[0004]随着科技的进步，微创手术机器人技术逐渐成熟，并被广泛应用。手术机器人包括主操作台及从操作设备，从操作设备包括多个操作臂，这些操作臂包括具有图像末端器械的相机臂及具有操作末端器械的手术臂。主操作台包括显示器及手柄。医生在显示器显示的由相机臂提供的视野下操作手柄控制相机臂或手术臂运动。
[0005]然而，在大多数场景下，如图1所示，相机臂34A
’
提供的视野往往只能观察到手术臂34B
’
的局部区域，能够被观察到的区域为可视区域，可知还有大片不可视区域。医生无法在可视区域观察到相机臂34A
’
自身的状态，也无法在不可视区域观察到手术臂34B
’
之间或手术臂34B
’
与相机臂34A
’
之间存在已发生的碰撞或潜在会发生的碰撞，这种情况容易引发手术安全问题。<br/>
技术实现思路
[0006]基于此，有必要提供一种便于医生全方位的观察操作臂的运动状态的手术机器人及其图形化控制装置、图形化显示方法。
[0007]一方面，本专利技术提供了一种手术机器人，包括：输入部；显示器；操作臂，包括多个关节及感应所述关节的关节变量的传感器，所述操作臂具有由有序排列的、用于关联相应所述关节的多个特征点构成的特征点序列；及控制器，所述控制器与所述输入部、显示器及所述传感器耦接，被配置成：获得所述操作臂的特征点序列及其对应的运动学模型；获取所述传感器感应的关节变量，并获取所述输入部选择的虚拟相机；根据所述运动学模型及所述关节变量确定所述特征点序列中各特征点在所述虚拟相机的投影平面的投影点；有序的拟合连接各所述投影点生成所述操作臂的投影图像；在所述显示器中显示所述投影图像。
[0008]其中，所述控制器在根据所述运动学模型及所述关节变量确定所述特征点序列中各特征点在所述虚拟相机的投影平面的投影点的步骤中，被配置成：根据所述运动学模型及所述关节变量获得所述特征点序列中各特征点在参考坐标系下的第一位置；将各所述第一位置分别转换成在所述虚拟相机坐标系下的第二位置；获取所述虚拟相机的虚拟焦距并根据所述虚拟焦距确定所述虚拟相机的投影平面；根据所述虚拟焦距获得各所述第二位置
在所述投影平面的投影点。
[0009]其中，所述控制器在根据所述运动学模型及所述关节变量确定所述特征点序列中各特征点在所述虚拟相机的投影平面的投影点的步骤中，被配置成：根据所述运动学模型及所述关节变量获得所述特征点序列中各特征点在参考坐标系下的第一位置；将各所述第一位置分别转换成在所述虚拟相机坐标系下的第二位置；获取各所述特征点对应的所述关节的轮廓信息；结合所述虚拟焦距及所述轮廓信息获得各所述第二位置在所述投影平面的投影点。
[0010]其中，所述控制器在有序的拟合连接各所述投影点生成所述操作臂的投影图像的步骤中，被配置成：结合所述轮廓信息有序的拟合连接各所述投影点生成所述操作臂的投影图像。
[0011]其中，所述控制器在有序的拟合连接各所述投影点生成所述操作臂的投影图像的步骤中，被配置成：根据各所述投影点对应的特征点在所述特征点序列中的顺序有序的连接各所述投影点进而生成所述操作臂的投影图像。
[0012]其中，所述控制器在有序的拟合连接各所述投影点生成所述操作臂的投影图像的步骤中，被配置成：获取所述操作臂的末端器械的图标；根据所述关节变量及所述运动学模型确定所述末端器械在所述虚拟相机的投影平面的位姿；根据所述末端器械在所述虚拟相机的投影平面的位姿对所述图标进行旋转及/或缩放处理；将经处理后的所述图标拼接于远端的所述投影点进而生成所述投影图像。
[0013]其中，所述控制器在获取所述操作臂的末端器械的图标的步骤中，被配置成：获取所述操作臂的类型，并根据所述类型匹配出所述操作臂的末端器械的图标。
[0014]其中，所述虚拟相机具有可选择的虚拟焦距及/或虚拟光圈，所述控制器在根据所述运动学模型及所述关节变量确定所述特征点序列中各特征点在所述虚拟相机的投影平面的投影点的步骤中，被配置成：获取所述输入部选择的所述虚拟相机的虚拟焦距及/或虚拟光圈，结合所述虚拟焦距及/或虚拟光圈、所述运动学模型及所述关节变量确定所述特征点序列中各特征点在所述虚拟相机的投影平面的投影点。
[0015]其中，所述控制器被配置成在所述显示器中显示所述投影图像的步骤之前，执行：检测所述投影图像是否失真；在检测到所述投影图像失真时，增大所述虚拟相机的虚拟焦距并重新进入结合所述虚拟焦距及/或虚拟光圈、所述运动学模型及所述关节变量确定所述特征点序列中各特征点在所述虚拟相机的投影平面的投影点的步骤；在检测到所述投影图像未失真时，进入在所述显示器中显示所述投影图像的步骤。
[0016]其中，所述控制器被配置成：获取各所述投影点在参考坐标系的位置；获得所述投影点中落入所述投影平面的边缘区域或所述显示器中用于显示所述投影图像的显示窗口的边缘区域的第一投影点的数量；计算所述第一投影点的数量在所述投影点的总数量中的比值，并在所述比值达到阈值时，判断出所述投影图像失真。
[0017]其中，所述操作臂包括具有图像末端器械的相机臂；所述控制器还被配置成：获取所述相机臂的图像末端器械的相机参数，并根据所述相机参数计算所述图像末端器械的可见区域，所述相机参数包括焦距和光圈；根据所述相机臂的关节变量及运动学模型确定所述图像末端器械在参考坐标系下的位姿；根据在参考坐标系下所述图像末端器械的位姿及所述虚拟相机的位姿之间的转换关系将所述图像末端器械的可见区域换算为所述虚拟相
机的可见区域；计算所述虚拟相机的可见区域在所述投影平面上的边界线，并在所述显示器显示的所述投影图像中显示所述边界线。
[0018]其中，所述操作臂包括具有图像末端器械的相机臂及具有操作末端器械的手术臂；所述控制器还被配置成在有序的拟合连接各所述投影点生成所述操作臂的投影图像的步骤中，执行：获取由所述相机臂的图像末端器械采集的手术区域的操作图像；从所述操作图像中识别出所述手术臂的特征部位；根据识别出的所述特征部位从所述特征点序列中匹配出关联的第一特征点；有序的拟合连接各所述投影点并标记所述投影点中关联所述第一特征点的第一投影点及与所述第一投影点连接的线段以生成所述操作臂的投影图像。
[0019]其中，所述特征点序列还包括未匹配到的第二特征点本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种手术机器人，其特征在于，包括：操作臂，包括多个关节，所述操作臂具有由有序排列的、用于关联相应所述关节的多个特征点构成的特征点序列；及控制器，与所述操作臂耦接，被配置成：检测所述操作臂的投影图像是否失真；在检测到所述投影图像失真时，增大虚拟相机的虚拟焦距，结合增大的所述虚拟焦距、所述操作臂的运动学模型及所述操作臂的关节变量确定所述特征点序列中各特征点在所述虚拟相机的投影平面的投影点，并有序的拟合连接各所述投影点以重新生成所述操作臂的投影图像。2.根据权利要求1所述的手术机器人，其特征在于，所述检测生成的所述操作臂的投影图像是否失真，包括：获取生成所述投影图像的各所述投影点在参考坐标系的位置；获得所述投影点中落入所述投影图像所在投影平面的边缘区域或用于显示所述投影图像的显示器的显示窗口的边缘区域的第一投影点的数量；计算所述第一投影点的数量在所述投影点的总数量中的比值，并在所述比值达到阈值时，判断出所述投影图像失真。3.根据权利要求1所述的手术机器人，其特征在于，所述手术机器人包括显示器，所述控制器与所述显示器耦接，所述控制器还被配置成：在检测到所述投影图像未失真时，在所述显示器中显示所述投影图像。4.根据权利要求1所述的手术机器人，其特征在于，所述增大虚拟相机的虚拟焦距包括：按比例系数增大所述虚拟相机的虚拟焦距。5.根据权利要求1所述的手术机器人，其特征在于，所述控制器还被配置成：获取所述操作臂的类型，并根据所述类型匹配出所述操作臂的末端器械的图标；根据所述关节变量及所述运动学模型确定所述末端器械在所述虚拟相机的投影平面的位姿；根据所述末端器械在所述虚拟相机的投影平面的位姿对所述图标进行旋转及/或缩放处理；将经处理后的所述图标拼接于远端的所述投影点进而生成所述投影图像。6.根据权利要求1所述的手术机器人，其特征在于，所述操作臂包括具有图像末端器械的相机臂，所述控制器还被配置成：获取所述相机臂的图像末端器械的相机参数，并根据所述相机参数计算所述图像末端器械的可见区域，所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：高元倩，王建辰，
申请(专利权)人：深圳市精锋医疗科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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