【技术实现步骤摘要】
导管机器人及其配准方法、可读存储介质
[0001]
[0002]本申请涉及手术机器人
，具体而言，涉及一种导管机器人、导管机器人的配准方法、及可读存储介质。
[0003]
技术介绍
[0004]微创医疗技术意图减少在医疗程序期间损害的组织量，以减少患者恢复时间、不适感以及有害副作用。在微创医疗技术中经常需要通过患者解剖结构中的自然孔口或通过外科手术切口插入导管，在术中导航系统的配合下，穿过人体管道的复杂结构从而到达或邻近靶目标。
[0005]大部分情况下，导管是沿着人体管道（例如支气管、血管、输尿管等）运动，而不会以损伤管道的方式自由穿梭，因此可以认为导管/器械的移动路径受限于人体管道内，与人体管道的中心线具有相似性，特别是对于较小的管道，由于径向的可活动范围有限，移动路径与中心线的相似度更高。
[0006]根据这一原理，术中导航系统可以采用点云配准来实时检测和显示导管末端和/或导管搭载的器械末端的位置。具体的，可以通过传感器采集导管/器械移动的路径数据，并与患者的解剖模型中的管道中心线数据进行匹配，通过点云配准确定二者之间的坐标变换，从而得到导管/器械的实时位置。
[0007]相关技术中的点云配准采用的欧氏距离最短的准则来寻找对应点对，然后根据对应点对计算坐标转换。然而由于人体管道的复杂性以及患者运动的影响，采用欧式距离最短的准则往往可能出现错误的对应点对，例如，与导管的路径点对应的管道中心线上的点不在导管当前所在的管道内等，从而导致点云配准的精度不高，影响了导管术中导航的准确性。>[0008]
技术实现思路
[0009]本申请实施例提供了一种导管机器人的配准方法、装置及终端设备，可以解决相关技术中难以为路径数据进行准确配准的问题。
[0010]第一方面，本申请实施例提供了一种导管机器人，该导管机器人包括机械臂，与机械臂的动力部进行接合的导管器械，与机械臂通讯连接的处理器，导管器械包括被设置成与动力部接合的器械盒以及与器械盒连接的导管，导管和/或导管搭载的器械上设置有用于测量导管和/或器械的位置的传感器，处理器被配置成执行以下步骤：利用传感器获取导管和/或器械的实际路径点；根据第一变换矩阵获取导管和/或器械在解剖模型中与实际路径点对应的模拟路径点，解剖模型包括管道中心线；在管道中心线分成的多个管道中心线分段中确定与模拟路径点对应的目标管道中心线分段；计算目标管道中心线分段的形心；
若形心与目标管道中心线分段包括的多个骨架点均不相同，则确定形心与模拟路径点之间的连线，从多个骨架点中选择与连线之间的距离最短的一个作为实际路径点的匹配点。
[0011]其中，处理器被配置成在确定形心与模拟路径点之间的连线之后执行以下步骤：若形心是多个骨架点中的一个，则获取模拟路径点到投影线的第一垂足，并获取各骨架点到投影线的第二垂足，投影线为通过目标管道中心线分段两个端点的直线；选择与第一垂足之间的距离最短的第二垂足对应的骨架点作为实际路径点的匹配点。
[0012]其中，处理器被配置成执行以下步骤：利用实际路径点及其匹配点组成的第一点对更新点对集合；若点对集合满足第一条件，则使用点对集合更新第一变换矩阵，其中第一条件包括点对集合中的点对数量大于预设值。
[0013]其中，处理器被配置成在利用实际路径点及其匹配点组成的匹配点对更新点对集合中执行以下步骤：判断点对集合中是否存在包括匹配点的第二点对；若不存在，则将第一点对加入点对集合，若存在，则根据实际路径点与匹配点计算第一距离，根据第二点对中的路径点与匹配点计算第二距离，若第一距离小于第二距离，则将第二点对替换为第一点对。
[0014]其中，处理器被配置成在使用点对集合更新第一变换矩阵中执行以下步骤：将点对集合中的点对代入目标函数计算最新的第二变换矩阵；根据最新的第二变换矩阵更新第一变换矩阵。
[0015]其中，第一变换矩阵为最新的第二变换矩阵与至少部分历史第二变换矩阵的加权平均值，其中最新的第二变换矩阵的权重大于历史第二变换矩阵的权重。
[0016]其中，处理器被配置成在在管道中心线分成的多个管道中心线分段中确定与模拟路径点对应的目标管道中心线分段之前执行以下步骤：从管道中心线包括的多个骨架点中提取特征骨架点，其中骨架点的位置由编码表示，骨架点的编码s=x1+x2R1+x3R1R2，其中x1、x2、x3分别为骨架点在编码顺序第一、第二、第三的维度上的坐标，R1、R2分别为解剖模型在编码顺序第一、第二的维度上的尺寸；根据特征骨架点将管道中心线划分为多个管道中心线分段。
[0017]其中，处理器被配置成在从管道中心线包括的多个骨架点中提取特征骨架点中执行以下步骤：确定起始点；从起始点开始，用区域生长法搜索骨架点并统计骨架点的连通数，连通数为骨架点的邻域中所有子节点的数量；若骨架点的连通数大于1，且骨架点的父节点的连通数等于1，则骨架点为特征骨架点中的分叉点，若骨架点的连通数等于1，且骨架点的父节点的连通数等于0，则骨架点为特征骨架点中的末端点。
[0018]其中，处理器被配置成在选择起始点中执行以下步骤：随机选择一体层；统计体层在垂直于横断面的方向上两侧指定数量的层中骨架点的总数，以确定气道延伸的方向；根据体层中骨架点的总数以及气道延伸的方向寻找气管入口的骨架点作为起始点。
[0019]其中，处理器被配置成执行以下步骤：统计管道中心线分段中骨架点的数量；删除数量小于预设阈值的管道中心线分段。
[0020]第二方面，本申请实施例提供了一种导管机器人的配准方法，该方法包括：利用设置在导管和/或导管搭载的器械上的传感器获取导管和/或器械的实际路径点；根据第一变换矩阵获取导管和/或器械在解剖模型中与实际路径点对应的模拟路径点，解剖模型包括管道中心线；在管道中心线分成的多个管道中心线分段中确定与模拟路径点对应的目标管道中心线分段，目标管道中心线分段包括多个骨架点；计算目标管道中心线分段的形心；若
形心与目标管道中心线分段包括的多个骨架点均不相同，则确定形心与模拟路径点之间的连线，从多个骨架点中选择与连线之间的距离最短的一个作为实际路径点的匹配点。
[0021]第三方面，本申请实施例提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序指令，所述计算机程序指令被处理器执行实现本申请第二方面所述的方法。
[0022]本申请实施例与现有技术相比存在的有益效果是：通过本申请实施例，利用传感器获取导管和/或器械的实际路径点；根据第一变换矩阵获取导管和/或器械在解剖模型中与实际路径点对应的模拟路径点，解剖模型包括管道中心线；在管道中心线分成的多个管道中心线分段中确定与模拟路径点对应的目标管道中心线分段；计算目标管道中心线分段的形心；确定形心与模拟路径点之间的连线；若形心与目标管道中心线分段包括的多个骨架点均不相同，则从多个骨架点中选择与连线之间的距离最短的一个作为实际路径点的匹配点。为了适应复杂的人体环境，本申请先确定与模拟路径点对应的目标管道中心线分段，以减少匹配点不在导管当前所在的管道内的本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种导管机器人，其特征在于，所述导管机器人包括机械臂，与所述机械臂的动力部进行接合的导管器械，与所述机械臂通讯连接的处理器，所述导管器械包括被设置成与所述动力部接合的器械盒以及与所述器械盒连接的导管，所述导管和/或所述导管搭载的器械上设置有用于测量所述导管和/或所述器械的位置的传感器，所述处理器被配置成执行以下步骤：利用所述传感器获取所述导管和/或所述器械的实际路径点；根据第一变换矩阵获取所述导管和/或所述器械在解剖模型中与所述实际路径点对应的模拟路径点，所述解剖模型包括管道中心线；在所述管道中心线分成的多个管道中心线分段中确定与所述模拟路径点对应的目标管道中心线分段；计算所述目标管道中心线分段的形心；若所述形心与所述目标管道中心线分段包括的多个骨架点均不相同，则确定所述形心与所述模拟路径点之间的连线，从所述多个骨架点中选择与所述连线之间的距离最短的一个作为所述实际路径点的匹配点。2.根据权利要求1所述的导管机器人，其特征在于，所述处理器被配置成在所述计算所述目标管道中心线分段的形心之后执行以下步骤：若所述形心是所述多个骨架点中的一个，则获取所述模拟路径点到投影线的第一垂足，并获取各所述骨架点到所述投影线的第二垂足，所述投影线为通过所述目标管道中心线分段两个端点的直线；选择与所述第一垂足之间的距离最短的第二垂足对应的骨架点作为所述实际路径点的匹配点。3.根据权利要求2所述的导管机器人，其特征在于，所述处理器被配置成执行以下步骤：利用所述实际路径点及其匹配点组成的第一点对更新点对集合；若所述点对集合满足第一条件，则使用所述点对集合更新所述第一变换矩阵，其中所述第一条件包括所述点对集合中的点对数量大于预设值。4.根据权利要求3所述的导管机器人，其特征在于，所述处理器被配置成在所述利用所述实际路径点及其匹配点组成的匹配点对更新点对集合中执行以下步骤：判断所述点对集合中是否存在包括所述匹配点的第二点对；若不存在，则将所述第一点对加入所述点对集合，若存在，则根据所述实际路径点与所述匹配点计算第一距离，根据所述第二点对中的路径点与所述匹配点计算第二距离，若所述第一距离小于所述第二距离，则将所述第二点对替换为所述第一点对。5.根据权利要求3所述的导管机器人，其特征在于，所述处理器被配置成在所述使用所述点对集合更新所述第一变换矩阵中执行以下步骤：将所述点对集合中的点对代入目标函数计算最新的第二变换矩阵；根据所述最新的第二变换矩阵更新所述第一变换矩阵。6.根据权利要求5所述的导管机器人，其特征在于，所述第一变换矩阵为所述最新的第二变换矩阵与至少部分历史第二变换矩阵的加权平均值，其中所述最新的第二变换矩阵...
【专利技术属性】
技术研发人员：朱裕荣，刘小龙，高元倩，
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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