穿刺手术机器人及其控制方法、控制器、存储介质技术

本发明专利技术公开了一种穿刺手术机器人及其控制方法、控制器、存储介质；其中，控制方法包括：通过力传感模组获取超声探头受到的第一轴向力；根据第一轴向力和预设力感知模型计算得到超声探头沿中心轴向受到的第二轴向力；通过光学定位采集模组标定超声探头与皮肤的接触点的法向向量；根据第二轴向力和法向向量进行计算处理得到超声探头对皮肤的法向压力；在法向压力大于或等于力判据阈值的情况下，控制机械臂停止下压；通过显示模组实时显示通过超声影像感知模组和光学定位采集模组采集的待穿刺区域图像。根据本发明专利技术实施例的方案，能够提高使用穿刺手术机器人进行半自动穿刺手术时的操作效率、操作精确度和安全性。操作精确度和安全性。操作精确度和安全性。

【技术实现步骤摘要】
穿刺手术机器人及其控制方法、控制器、存储介质


[0001]本专利技术涉及医疗机械
，尤其是一种穿刺手术机器人及其控制方法、控制器、存储介质。

技术介绍

[0002]伴随着机器人技术的进步与医疗技术的革新，医学和机器人学的结合已成为医疗行业的发展趋势之一。医疗机器人是指各种应用于外科手术、医学培训、康复治疗、假体和残障人士辅助等的机器人设备，穿刺手术机器人作为医疗外科机器人的分支之一。现有的穿刺手术机器人的穿刺方式基本可以分为全自动穿刺和半自动穿刺，其中，全自动穿刺指的是直接将针固定在机械臂末端上，全程通过操控机器人将针插入患者体内实现穿刺功能，医生参与感低，风险系数也较高；半自动穿刺指的是机器人在手术过程中主要起到定位功能，最后的穿刺动作还需医生参与完成。相比全自动穿刺，半自动穿刺方式使得医生参与感更强且风险系数低。但在使用穿刺手术机器人进行半自动穿刺的过程中，在超声探头贴合人体时较难掌握贴合压力，容易出现贴合压力太小导致超声影像模糊的情况，以及防止压力太大导致器官严重挤压变形的情况；难以保障使用穿刺手术机器人进行穿刺手术时的操作精确性和安全性。

技术实现思路

[0003]以下是对本文详细描述的主题的概述。
[0004]本专利技术实施例提供了一种穿刺手术机器人及其控制方法、控制器、存储介质，能够通过利用穿刺手术机器人为医生提供可靠的操作参考信息，从而提高使用穿刺手术机器人进行半自动穿刺手术时的操作效率、操作精确度和安全性。
[0005]第一方面，本专利技术实施例提供了一种穿刺手术机器人，包括：
[0006]机械臂；
[0007]设置于所述机械臂的末端的穿刺机构；
[0008]设置于所述穿刺机构上的穿刺感知装置，所述穿刺感知装置包括显示模块、光学定位采集模组、力传感模组以及包括超声探头的超声影像感知模组；
[0009]控制器，所述控制器分别与所述机械臂、所述显示模块、所述光学定位采集模组、所述超声影像感知模组和所述力传感模组电连接。
[0010]根据本专利技术的一些实施例，所述力传感模组包括至少两个一维传感器。
[0011]第二方面，本专利技术实施例提供了一种穿刺手术机器人的控制方法，应用于如第一方面所述的穿刺手术机器人，其中，所述穿刺手术机器人包括：机械臂；设置于所述机械臂的末端的穿刺机构；设置于所述穿刺机构上的穿刺感知装置，所述穿刺感知装置包括显示模块、光学定位采集模组、力传感模组以及包括超声探头的超声影像感知模组；控制器，所述控制器分别与所述机械臂、所述显示模块、所述光学定位采集模组、所述超声影像感知模组和所述力传感模组电连接；
[0012]控制方法包括：
[0013]通过所述力传感模组获取所述超声探头受到的第一轴向力；
[0014]根据所述第一轴向力和预设力感知模型计算得到所述超声探头沿中心轴向受到的第二轴向力；
[0015]通过所述光学定位采集模组标定所述超声探头与皮肤的接触点的法向向量；
[0016]根据所述第二轴向力和所述法向向量进行计算处理得到所述超声探头对皮肤的法向压力；
[0017]在所述法向压力大于或等于力判据阈值的情况下，控制所述机械臂停止下压；
[0018]通过所述显示模组实时显示通过所述超声影像感知模组和所述光学定位采集模组采集的待穿刺区域图像。
[0019]根据本专利技术的一些实施例，所述力传感模组包括至少两个一维传感器；所述通过所述力传感模组获取所述超声探头受到的第一轴向力包括：
[0020]通过所述至少两个一维传感器获取至少两个轴向分力；
[0021]将所述至少两个轴向分力相加得到所述第一轴向力。
[0022]根据本专利技术的一些实施例，所述根据所述第一轴向力和预设力感知模型计算得到所述超声探头沿中心轴向受到的第二轴向力，包括：
[0023]设置所述预设力感知模型为：其中，是第一轴向力，是第二轴向力，k为常系数；
[0024]将所述实测的所述第一轴向力输入至所述预设力感知模型计算，输出得到所述第二轴向力。
[0025]根据本专利技术的一些实施例，所述根据所述第二轴向力和所述法向向量进行计算处理得到所述超声探头对皮肤的法向压力，包括：
[0026]确定所述第二轴向力与所述法向向量之间的第一夹角；
[0027]根据所述第二轴向力和所述第一夹角的余弦值进行计算得到所述超声探头对皮肤的所述法向压力。
[0028]根据本专利技术的一些实施例，所述待穿刺区域图像包括病灶图像和位置参考图像，所述通过所述显示模组实时显示通过所述超声影像感知模组和所述光学定位采集模组采集的待穿刺区域图像，包括：
[0029]通过所述超声影像感知模组采集皮肤的超声影像；
[0030]对所述超声影像进行图像处理得到所述病灶图像；
[0031]通过所述光学定位采集模组获取所述穿刺机构的穿刺末端的插针路径；
[0032]通过所述显示模组实时显示所述病灶图像和所述位置参考图像，所述位置参考图像用于显示所述插针路径与皮肤上的病灶的位置关系。
[0033]根据本专利技术的一些实施例，所述控制方法还包括：在所述法向压力小于力判据阈值的情况下，控制所述机械臂继续下压。
[0034]第三方面，本专利技术实施例提供了一种控制器，包括：存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如第二方面所述的穿刺手术机器人的控制方法。
[0035]第四方面，本专利技术实施例提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令用于使计算机执行如第二方面所述的穿刺手术机器人的控制方法。
[0036]本专利技术实施例包括：在进行半自动化穿刺手术的过程中，穿刺手术机器人首先通过力传感模组获取超声探头受到的第一轴向力；接着，根据第一轴向力和预设力感知模型计算得到超声探头沿中心轴向受到的第二轴向力；而后，通过光学定位采集模组标定超声探头与皮肤的接触点的法向向量；接着，根据第二轴向力和法向向量进行计算处理得到超声探头对皮肤的法向压力；最后，在法向压力大于或等于力判据阈值的情况下，控制机械臂停止下压，以提示医生当前超声探头与患者的皮肤贴合的所产生的法向压力大小合适，有效地减小了贴合的法向压力太小导致超声影像模糊、以及压力太大导致患者的器官严重挤压变形这两种情况的出现概率；同时，通过显示模组实时显示通过超声影像感知模组和光学定位采集模组采集的待穿刺区域图像，以便于医生进行参考，调整、操作穿刺机构以最后完成穿刺动作，实现半自动化穿刺手术，提高穿刺手术的操作效率、操作精确度和安全性。即是说，本专利技术实施例能够通过利用穿刺手术机器人为医生提供可靠的操作参考信息，从而提高使用穿刺手术机器人进行半自动穿刺手术时的操作效率、操作精确度和安全性。
附图说明
[0037]图1是本专利技术一个实施例提供的用于执行控制方法的穿刺手术机器人100的系统架构的示意图；
[0038]图2是本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种穿刺手术机器人，其特征在于，包括：机械臂；设置于所述机械臂的末端的穿刺机构；设置于所述穿刺机构上的穿刺感知装置，所述穿刺感知装置包括显示模块、光学定位采集模组、力传感模组以及包括超声探头的超声影像感知模组；控制器，所述控制器分别与所述机械臂、所述显示模块、所述光学定位采集模组、所述超声影像感知模组和所述力传感模组电连接。2.根据权利要求1所述的穿刺手术机器人，其特征在于，所述力传感模组包括至少两个一维传感器。3.一种穿刺手术机器人的控制方法，其特征在于，应用于如权利要求1至2任一项所述的穿刺手术机器人，其中，所述穿刺手术机器人包括：机械臂；设置于所述机械臂的末端的穿刺机构；设置于所述穿刺机构上的穿刺感知装置，所述穿刺感知装置包括显示模块、光学定位采集模组、力传感模组以及包括超声探头的超声影像感知模组；控制器，所述控制器分别与所述机械臂、所述显示模块、所述光学定位采集模组、所述超声影像感知模组和所述力传感模组电连接；控制方法包括：通过所述力传感模组获取所述超声探头受到的第一轴向力；根据所述第一轴向力和预设力感知模型计算得到所述超声探头沿中心轴向受到的第二轴向力；通过所述光学定位采集模组标定所述超声探头与皮肤的接触点的法向向量；根据所述第二轴向力和所述法向向量进行计算处理得到所述超声探头对皮肤的法向压力；在所述法向压力大于或等于力判据阈值的情况下，控制所述机械臂停止下压；通过所述显示模组实时显示通过所述超声影像感知模组和所述光学定位采集模组采集的待穿刺区域图像。4.根据权利要求3所述的控制方法，其特征在于，所述力传感模组包括至少两个一维传感器；所述通过所述力传感模组获取所述超声探头受到的第一轴向力包括：通过所述至少两个一维传感器获取至少两个轴向分力；将所述至少两个轴向分力相加得到所述第一轴向力。5.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：王澄，陈世佳，张永成，陈晓东，罗皓，李迟迟，陈泽欣，
申请(专利权)人：珠海横乐医学科技有限公司，
类型：发明
国别省市：