一种计算机可读存储介质、电子设备及手术机器人系统技术方案

本发明专利技术涉及一种计算机可读存储介质、电子设备及手术机器人系统，该手术机器人系统通过获取患者的体征图像模型上的目标打孔位置，并根据目标打孔位置、病灶位置及机械臂的结构规划机械臂的目标打孔位姿，然后在碰撞模型外侧规划运动路径，以使机械臂从初始状态可沿所述运动路径运动至所述目标打孔位姿以得到患者体表的实际打孔位置，具有指引准确、安全、高效的优势。的优势。的优势。

【技术实现步骤摘要】
一种计算机可读存储介质、电子设备及手术机器人系统


[0001]本专利技术涉及医疗器械
，具体涉及一种计算机可读存储介质、电子设备及手术机器人系统。

技术介绍

[0002]手术机器人的设计理念是采用微创伤的方式精准地实施复杂的外科手术。在传统的手术操作面临种种局限的情况下发展出现了手术机器人，手术机器人突破了人眼的局限，其能够利用立体成像技术将人体内部的器官更加清晰地呈现给施术者。并且对于一些人的手部无法伸入的狭小区域，手术机器人仍可控制手术器械完成挪动、摆动、夹持及360
°
转动，并可避免抖动，提高手术精确度，进一步达到创口小、出血少、术后恢复快、极大地缩短患者术后住院时间的优势。因此，手术机器人深受广大医患的青睐，广泛应用于各自临床手术中。
[0003]与传统手术一样，在利用手术机器人进行手术之前，需要对病灶进行定位，并根据病灶位置确定打孔点，然后在打孔点进行打孔，进而开展手术操作。但是在上述操作过程中，打孔点的确认严重依赖医生的经验，并且针对不同的患者进行打孔位置规划后，往往由于各种原因(例如患者憋气、饱食、建立气腹等)造成实际手术时患者体位发生变化，导致无法快速精确地确定找到规划的打孔位置。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种计算机可读存储介质、电子设备及手术机器人系统，通过对机械臂的位姿及运动路径进行规划，使得机械臂可自动、准确、安全地指引患者体表的打孔位置，提高打孔位置指引准确性，并降低术前准备时间。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有程序，当所述程序被执行时，执行如下步骤：
[0006]根据患者的体征图像模型获取目标打孔位置信息；
[0007]根据患者的病灶位置、所述目标打孔位置及机械臂的结构中的至少一者规划所述机械臂的目标打孔位姿，以使所述机械臂处于所述目标打孔位姿时，患者的指定组织的表面到所述机械臂的器械轴之轴线的延长线的距离的总和最小；
[0008]建立碰撞模型，所述碰撞模型覆盖患者的体表；
[0009]在所述碰撞模型的外侧规划运动路径，以使所述机械臂能够从初始位姿沿所述运动路径运动至所述目标打孔位姿；以及，
[0010]驱使所述机械臂沿所述运动路径运动至所述目标打孔位姿。
[0011]可选地，所述程序还执行如下步骤：
[0012]规划运动轨迹，以得到所述机械臂沿所述运动路径运动时的位姿与时间的变化关系，并计算得到所述机械臂的关节随时间变化的位置信息、速度信息及加速度信息，进而根据所得到的信息控制所述机械臂的运动。
[0013]可选地，所述程序还执行如下步骤：
[0014]通过三角形速度曲线生成所述机械臂的关节的速度信息；或者，通过梯形速度曲线生成所述机械臂的关节的速度信息。
[0015]可选地，所述程序执行如下步骤以规划所述机械臂的所述目标打孔位姿：
[0016]以病灶位置和所述目标打孔位置的连线为中心轴线，并以所述目标打孔位置为锥顶构建圆锥空间，以使病灶位于所述圆锥空间的底面上；
[0017]以所述圆锥空间的所述底面上的任意一点与所述目标打孔位置的连线为参考线，获取所述参考线到所述指定组织的表面的距离的总和，并得到所述距离的总和最小的所述参考线作为目标参考线，以使处于所述目标打孔位姿的所述机械臂的器械轴的轴线与所述目标参考线重合。
[0018]可选地，所述运动路径包括第一子运动路径和第二子运动路径；所述程序执行如下步骤以规划所述运动路径：
[0019]在所述目标参考线上选定一位于体外的前置打孔位置；
[0020]规划所述第一子运动路径，具体包括：判断所述机械臂的末端点的初始位置与所述前置打孔位置的连线是否与所述碰撞模型相交，若是，则在所述碰撞模型的外侧选定至少一个过渡点，至少一个所述过渡点到所述碰撞模型的距离大于所述机械臂的末端点的初始位置到所述碰撞模型的距离，以及大于所述前置打孔位置到所述碰撞模型的距离；以及，规划一始于所述机械臂的末端点的初始位置，并经过所有所述过渡点，且终止于所述前置打孔位置的圆弧路径，以作为所述第一子运动路径；若否，则规划一始于所述机械臂的末端点的初始位置，并终止于所述前置打孔位置的直线路径，以作为所述第一子运动路径；
[0021]规划所述第二子运动路径，所述第二子运动路径定义为始于所述前置打孔位置，并终止于所述目标打孔位置的直线路径。
[0022]可选地，所述程序还执行如下步骤：
[0023]根据所述运动路径得到所述机械臂沿所述运动路径运动过程中所述机械臂的关节随时间变化的位置信息、速度信息及加速度信息；其中，所述机械臂的关节的最大运动速度为V
max
，加速时间为t
s
；
[0024]当所述前置打孔位置与所述目标打孔位置之间的距离s满足s＜V
max
×
t
s
时，通过三角形速度曲线生成所述机械臂的关节的速度信息；或者，当所述前置打孔位置与所述目标打孔位置之间的距离s满足s≥V
max
×
t
s
时，通过梯形速度曲线生成所述机械臂的关节的速度信息。
[0025]可选地，所述体征图像模型包括第一体征图像模型和第二体征图像模型，所述第一体征图像模型根据处于第一状态的患者的第一体表数据和病灶数据建立，所述第二体征图像模型根据处于第二状态的患者的第二体表数据建立；所述程序执行如下步骤以得到所述目标打孔位置：
[0026]得到所述第一体征图像模型，以在所述第一体征图像模型上规划预打孔位置；
[0027]得到所述第二体征图像模型；
[0028]对所述第二体征图像模型和所述第一体征图像模型进行配准，以将所述第一体征图像模型上的所述预打孔位置转换为所述第二体征图像模型上的目标打孔位置。
[0029]可选地，所述程序还执行如下步骤：
[0030]生成提示信息，所述提示信息用于提示所述机械臂已抵达所述目标打孔位姿。
[0031]为实现上述目的，本专利技术还提供了一种电子设备，包括处理器和如前任一项所述的计算机可读存储介质，所述处理器用于执行所述计算机可读存储介质上存储的程序。
[0032]为实现上述目的，本专利技术还提供了一种手术机器人系统，包括机械臂和控制模块，所述控制模块与所述机械臂通信连接，且所述控制模块被配置用于执行如前任一项所述的计算机可读存储介质上所存储的程序。
[0033]可选地，所述手术机器人系统包括如前所述的电子设备，所述控制模块包括所述处理器。
[0034]可选地，所述机械臂包括机械臂本体和设置在所述机械臂本体上的辅助装置；
[0035]当所述机械臂运动至所述目标打孔位姿时，所述辅助装置所指示的患者体表的位置为实际打孔位置。
[0036]可选地，所述辅助装置包括戳卡，所述戳卡用于与所述机械臂本体的末端相连接，当所述机械臂运动至所述目标打孔位姿本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种计算机可读存储介质，其上存储有程序，其特征在于，当所述程序被执行时，执行如下步骤：根据患者的体征图像模型获取目标打孔位置信息；根据患者的病灶位置、所述目标打孔位置信息及机械臂的结构中的至少一者规划所述机械臂的目标打孔位姿，以使所述机械臂处于所述目标打孔位姿时，患者的指定组织的表面到所述机械臂的器械轴之轴线的延长线的距离的总和最小；建立碰撞模型，所述碰撞模型覆盖患者的体表；在所述碰撞模型的外侧规划运动路径，以使所述机械臂能够从初始位姿沿所述运动路径运动至所述目标打孔位姿；以及，驱使所述机械臂沿所述运动路径运动至所述目标打孔位姿。2.根据权利要求1所述的计算机可读存储介质，其特征在于，所述程序还执行如下步骤：规划运动轨迹，以得到所述机械臂沿所述运动路径运动时的位姿与时间的变化关系，并计算得到所述机械臂的关节随时间变化的位置信息、速度信息及加速度信息，进而根据所得到的信息控制所述机械臂的运动。3.根据权利要求2所述的计算机可读存储介质，其特征在于，所述程序还执行如下步骤：通过三角形速度曲线生成所述机械臂的关节的速度信息；或者，通过梯形速度曲线生成所述机械臂的关节的速度信息。4.根据权利要求1所述的计算机可读存储介质，其特征在于，所述程序执行如下步骤以规划所述机械臂的所述目标打孔位姿：以病灶位置和所述目标打孔位置的连线为中心轴线，并以所述目标打孔位置为锥顶构建圆锥空间，以使病灶位于所述圆锥空间的底面上；以所述圆锥空间的所述底面上的任意一点与所述目标打孔位置的连线为参考线，获取所述参考线到所述指定组织的表面的距离的总和，并得到所述距离的总和最小的所述参考线作为目标参考线，以使处于所述目标打孔位姿的所述机械臂的器械轴的轴线与所述目标参考线重合。5.根据权利要求4所述的计算机可读存储介质，其特征在于，所述运动路径包括第一子运动路径和第二子运动路径；所述程序执行如下步骤以规划所述运动路径：在所述目标参考线上选定一位于体外的前置打孔位置；规划所述第一子运动路径，具体包括：判断所述机械臂的末端点的初始位置与所述前置打孔位置的连线是否与所述碰撞模型相交，若是，则在所述碰撞模型的外侧选定至少一个过渡点，至少一个所述过渡点到所述碰撞模型的距离大于所述机械臂的末端点的初始位置到所述碰撞模型的距离，以及大于所述前置打孔位置到所述碰撞模型的距离；以及规划一始于所述机械臂的末端点的初始位置，并经过所有所述过渡点，且终止于所述前置打孔位置的圆弧路径，以作为所述第一子运动路径；若否，则规划一始于所述机械臂的末端点的初始位置，并终止于所述前置打孔位置的直线路径，以作为所述第一子运动路径；规划所述第二子运动路径，所述第二子运动路径定义为始于所述前置打孔位置，并终
止于所述目标打孔位置的直线路径。6.根据权利要求5所述的计算机可读存储介质，其特征在于，所述程序还执行如下步骤：根据所述运动路径得到所述机械臂沿所述运动路径运动过程中所述机械臂的关节随时间变化的位置信息、速度信息及加速度信息；其中，所述机械臂的关节的最大运动速度为V
max
，加速时间为t
s
；当所述前置打孔位置与所述目标打孔位置之间的距离s满足s＜V
max

【专利技术属性】
技术研发人员：李自汉，袁帅，何超，陈功，廖志祥，王家寅，
申请(专利权)人：上海微创医疗机器人集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：