手术机器人系统、安全控制方法、从端装置及可读介质制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种手术机器人系统、安全控制方法、从端装置及可读介质，手术机器人安全控制方法包括：获取术中实时采集的术野图像，将其与术前影像信息融合，生成虚拟安全边界；获取手术器械的当前位姿，并计算所述手术器械的当前位姿与所述虚拟安全边界的相对位置关系；若所述手术器械的当前位姿位于所述虚拟安全边界内或所述虚拟安全边界上，则限制所述手术器械在下一运动周期的预期位姿不超出所述虚拟安全边界。如此配置，基于具体手术场景的需求，根据术前影像信息与实时采集的术野图像，对手术器械的当前位姿与虚拟安全边界的相对关系进行控制，避免误伤周围正常组织、血管与神经，有效提高手术机器人手术操作的安全性。有效提高手术机器人手术操作的安全性。有效提高手术机器人手术操作的安全性。

【技术实现步骤摘要】
手术机器人系统、安全控制方法、从端装置及可读介质


[0001]本专利技术涉及医疗器械
，特别涉及一种手术机器人系统、安全控制方法、从端装置及可读介质。

技术介绍

[0002]手术机器人的出现符合精准外科的发展趋势。手术机器人成为帮助医生完成手术有力工具，如da Vinci手术机器人已经应用在全球各大医院，因其伤害小、出血少、恢复快，为患者带来福音。
[0003]手术机器人其设计理念是采用微创伤方式，精准地实施复杂的外科手术。在传统的手术面临种种局限的情况下，发展出了手术机器人来替代传统手术，手术机器人突破了人眼的局限，采用立体成像技术，将内部器官更加清晰的呈现给操作者。在原来手伸不进的区域，机械臂能完成360度的转动、挪动、摆动、夹持，并避免抖动。创口小，出血少，恢复快，大大缩短了患者术后住院时间，术后存活率和康复率也能明显提高，受到广大医患的青睐，现在作为一种高端医疗器械，已广泛运用于各种临床手术中。
[0004]手术机器人的手术操作中，为了保障手术操作安全，一般会给手术机器人设定一个安全操作边界，使得手术机器人在安全边界内运动。现有手术机器人安全边界检测方法保护的只是手术机器人系统本身，例如通过手术机器人各关节机械限位来设定手术机器人的运动范围边界，保障手术机器人在运动时不撞机械限位，或者避免手术机器人进入与周围设备发生碰撞的危险区间。但这些安全边界与具体手术临床场景无关，现有手术机器人在手术操作时，不能识别手术术野区域内的安全操作区间，容易超出安全操作区间，戳伤正常组织、神经与血管，导致手术风险。此外，现有手术机器人操作超出安全操作区间时，医生不能得到有效信息反馈。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种手术机器人系统、安全控制方法、从端装置及可读介质，以解决现有的手术机器人的操作安全性无法得到保障的问题。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术提供一种手术机器人安全控制方法，其包括：获取术中实时采集的术野图像，将其与术前影像信息融合，生成虚拟安全边界；
[0007]获取手术器械的当前位姿，并计算所述手术器械的当前位姿与所述虚拟安全边界的相对位置关系；
[0008]若所述手术器械的当前位姿位于所述虚拟安全边界内或所述虚拟安全边界上，则限制所述手术器械在下一运动周期的预期位姿不超出所述虚拟安全边界。
[0009]可选的，若所述手术器械的当前位姿位于所述虚拟安全边界内，限制所述手术器械在下一运动周期的预期位姿不超出所述虚拟安全边界的步骤包括：
[0010]获取所述手术器械下一运动周期的指令位姿；
[0011]若所述手术器械下一运动周期的指令位姿不超出所述虚拟安全边界，则将该指令
位姿确定为下一运动周期的预期位姿；
[0012]若所述手术器械下一运动周期的指令位姿超出所述虚拟安全边界，则选择执行以下选项之一：
[0013]选项一：限制所述手术器械的运动速度，以使所述手术器械下一运动周期的预期位姿不超出所述虚拟安全边界；
[0014]选项二：调整所述手术器械下一运动周期的指令位姿，以使所述手术器械下一运动周期的预期位姿不超出所述虚拟安全边界；
[0015]选项三：同时限制所述手术器械的运动速度及调整所述手术器械下一运动周期的指令位姿，以使所述手术器械下一运动周期的预期位姿不超出所述虚拟安全边界；
[0016]选项四：拒绝执行下一运动周期的运动指令，将所述手术器械的当前位姿确定为下一运动周期的预期位姿。
[0017]可选的，所述下一运动周期的指令位姿根据所述手术器械的笛卡尔位姿及笛卡尔速度进行计算判断，或者，所述下一运动周期的指令位姿根据所述手术器械的关节位置及关节速度进行计算判断。
[0018]可选的，若所述手术器械的当前位姿位于所述虚拟安全边界上，限制所述手术器械在下一运动周期的预期位姿不超出所述虚拟安全边界的步骤包括：
[0019]获取所述手术器械下一运动周期的指令位姿；
[0020]若所述手术器械下一运动周期的指令位姿不超出所述虚拟安全边界，则将该指令位姿确定为下一运动周期的预期位姿；
[0021]若所述手术器械下一运动周期的指令位姿超出所述虚拟安全边界，则拒绝执行下一运动周期的运动指令，将所述手术器械的当前位姿确定为下一运动周期的预期位姿。
[0022]可选的，若所述手术器械的当前位姿位于所述虚拟安全边界外，则选择执行以下选项之一：
[0023]选项五：限制进入主从控制，并提示所述手术器械的当前位姿位于所述虚拟安全边界外的警示信息；
[0024]选项六：规划自所述手术器械的当前位姿至所述虚拟安全边界内的回位轨迹，并驱动所述手术器械沿所述回位轨迹运动至所述虚拟安全边界内；
[0025]选项七：规划自所述手术器械的当前位姿至所述虚拟安全边界内的回位轨迹，并提示所述回位轨迹，以指引所述主端装置控制所述手术器械沿所述回位轨迹运动至所述虚拟安全边界内。
[0026]可选的，在所述手术器械由所述虚拟安全边界内运动至所述虚拟安全边界上时，或者所述手术器械在所述虚拟安全边界上运动时，将所述虚拟安全边界所对应的边界力信息反馈给主端装置。
[0027]可选的，将所述虚拟安全边界所对应的边界力信息反馈给主端装置的步骤包括：
[0028]将所述手术器械运动出虚拟安全边界的笛卡尔速度去除，同时在所述主端装置反馈与所述手术器械的运动方向相反，与虚拟边界力或虚拟边界力矩大小等比例映射的反馈力或反馈力矩。
[0029]可选的，所述手术器械由所述虚拟安全边界内运动至所述虚拟安全边界上时，或者所述手术器械在所述虚拟安全边界上运动时，通过视觉图像和/或声光的方式提示警示
信息。
[0030]可选的，获取术中实时采集的术野图像，与术前影像信息融合，生成虚拟安全边界的步骤包括：
[0031]获取所述术前影像信息，并基于所述术前影像信息建立安全边界信息；
[0032]将所述术野图像与所述术前影像信息融合，并基于所述安全边界信息生成虚拟安全边界。
[0033]可选的，将所述术野图像与所述术前影像信息融合的步骤包括：
[0034]根据所述术前影像信息建立虚拟三维模型；
[0035]在所述虚拟三维模型中标记特征点，匹配所述特征点在所述虚拟三维模型中的位置及所述特征点在所述术野图像中的位置；
[0036]基于匹配的所述特征点，将所述虚拟三维模型的坐标系与所述术野图像的坐标系进行配准，实现所述术野图像与所述术前影像信息融合。
[0037]为解决上述技术问题，本专利技术还提供一种手术机器人的从端装置，其包括：机械臂、安全边界生成单元及控制单元；
[0038]所述机械臂用于连接和驱动手术器械及内窥镜；
[0039]所述安全边界生成单元用于获取所述内窥镜于术中实时采集的术野图像，与术前影像信息融合，生成虚拟安全边界；
[0040]所述控制单元用于获取所述手术器械的当前位本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种手术机器人安全控制方法，其特征在于，包括：获取术中实时采集的术野图像，将其与术前影像信息融合，生成虚拟安全边界；获取手术器械的当前位姿，并计算所述手术器械的当前位姿与所述虚拟安全边界的相对位置关系；若所述手术器械的当前位姿位于所述虚拟安全边界内或所述虚拟安全边界上，则限制所述手术器械在下一运动周期的预期位姿不超出所述虚拟安全边界。2.根据权利要求1所述的手术机器人安全控制方法，其特征在于，若所述手术器械的当前位姿位于所述虚拟安全边界内，限制所述手术器械在下一运动周期的预期位姿不超出所述虚拟安全边界的步骤包括：获取所述手术器械下一运动周期的指令位姿；若所述手术器械下一运动周期的指令位姿不超出所述虚拟安全边界，则将该指令位姿确定为下一运动周期的预期位姿；若所述手术器械下一运动周期的指令位姿超出所述虚拟安全边界，则选择执行以下选项之一：选项一：限制所述手术器械的运动速度，以使所述手术器械下一运动周期的预期位姿不超出所述虚拟安全边界；选项二：调整所述手术器械下一运动周期的指令位姿，以使所述手术器械下一运动周期的预期位姿不超出所述虚拟安全边界；选项三：同时限制所述手术器械的运动速度及调整所述手术器械下一运动周期的指令位姿，以使所述手术器械下一运动周期的预期位姿不超出所述虚拟安全边界；选项四：拒绝执行下一运动周期的运动指令，将所述手术器械的当前位姿确定为下一运动周期的预期位姿。3.根据权利要求2所述的手术机器人安全控制方法，其特征在于，所述下一运动周期的指令位姿根据所述手术器械的笛卡尔位姿及笛卡尔速度进行计算判断，或者，所述下一运动周期的指令位姿根据所述手术器械的关节位置及关节速度进行计算判断。4.根据权利要求1所述的手术机器人安全控制方法，其特征在于，若所述手术器械的当前位姿位于所述虚拟安全边界上，限制所述手术器械在下一运动周期的预期位姿不超出所述虚拟安全边界的步骤包括：获取所述手术器械下一运动周期的指令位姿；若所述手术器械下一运动周期的指令位姿不超出所述虚拟安全边界，则将该指令位姿确定为下一运动周期的预期位姿；若所述手术器械下一运动周期的指令位姿超出所述虚拟安全边界，则拒绝执行下一运动周期的运动指令，将所述手术器械的当前位姿确定为下一运动周期的预期位姿。5.根据权利要求1所述的手术机器人安全控制方法，其特征在于，若所述手术器械的当前位姿位于所述虚拟安全边界外，则选择执行以下选项之一：选项五：限制进入主从控制，并提示所述手术器械的当前位姿位于所述虚拟安全边界外的警示信息；选项六：规划自所述手术器械的当前位姿至所述虚拟安全边界内的回位轨迹，并驱动所述手术器械沿所述回位轨迹运动至所述虚拟安全边界内；
选项七：规划自所述手术器械的当前位姿至所述虚拟安全边界内的回位轨迹，并提示所述回位轨迹，以指引所述主端装置控制所述手术器械沿所述回位轨迹运动至所述虚拟安全边界内。6.根据权利要求1所述的手术机器人安全控制方法，其特征在于，在所述手术器械由所述虚拟安全边界内运动至所述虚拟安全边界上时，或者所述手术器械在所述虚拟安全边界上运动时，将所述虚拟安全边界所对应的边界力信息反馈给主端装置。7.根据权利要求6所述的手术机器人安全控制方法，其特征在于，将所述虚拟安全边界所对应的边界力信息反馈给主端装置的步骤包括：将所述手术器械运动出虚拟安全边界的笛卡尔速度去除，同时在所述主端装置反馈与所述手术器械的运动方向相反，与虚拟边界力或虚拟边界...

【专利技术属性】
技术研发人员：李自汉，苗燕楠，彭晓宁，王家寅，何超，
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：