一种手术机器人内窥镜视野下器械提示方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及器械提示技术领域，提供了一种手术机器人内窥镜视野下器械提示方法，包括：S100：在手术机器人出厂前完成包括根据机械臂运动学算法计算器械相对内窥镜镜头位置、根据相机标定算法标定相机内外参、根据手眼标定算法标定内窥镜镜头坐标系在内的标定操作；S200：标定后的手术机器人，器械位置映射到相机的像素坐标系下，同时在所述像素坐标系的对应位置显示器械臂号的提示信息。上述技术方案，根据运动学算法在内窥镜成像中进行器械提示，提示医生目前所操作的器械。提示医生目前所操作的器械。提示医生目前所操作的器械。

【技术实现步骤摘要】
一种手术机器人内窥镜视野下器械提示方法及系统


[0001]本专利技术涉及器械提示的
，尤其涉及一种手术机器人内窥镜视野下器械提示方法及系统。

技术介绍

[0002]微创伤外科手术与传统手术相比，具有创口小，术后并发症少，恢复快等优点，深受患者的青睐。随着传统腔镜手术的广泛应用，其局限性也逐渐暴露出来。例如肾切除手术，要在传统腔镜下完成众多的体内切除、缝合操作相当困难，需要医生具有丰富的开腹手术经验和娴熟的传统腔镜手术技术。由于人类一些器官的生理、解剖结构的特殊性和传统腔镜技术的局限性，外科手术要达到广泛微创伤化、精细化的目的，必须有一种新的外科平台的出现才能解决。
[0003]腹腔镜手术机器人系统的应用，解决了外科手术微创伤化及精细化的临床需求。它主要由医生操控台、床旁机械臂手术系统、3D成像系统3个子系统组成。手术时，成像系统将手术视野真实清晰地反映在操控台上，医生在操控台上进行操作，控制系统将医生在患者体外的动作精确传递到机械臂，同时转化为手术器械在患者体内的动作，在不开胸、不开腹的情况下，通过几个孔道完成手术。相较传统的腹腔镜手术，腹腔镜手术机器人具有很多优点：(1)先进的成像技术，高清3D摄像头及显像设备的应用使手术视野达到真实三维效果。(2)操作灵活精细且稳定。系统可自动滤除生理震动，排除主刀医生手颤抖对手术造成的不利影响。(3)相对于传统开腹手术创伤小，康复快。减少手术后遗症及并发症的发生，从而降低病人痛苦，“日间手术”成为可能。(4)节省人力，医生手术过程更舒适。医生不用再挤在手术台旁，可减少医生疲劳，集中精力。
[0004]但是，在实施手术过程当中，插入病患体内的医疗器械往往不止一把，3D成像系统上出现的器械与当前医生操作的器械的对应关系往往不明确，容易造成医生的困扰。因此本专利技术提出一种方法在3D成像系统中对对应器械进行标识，来提示医生当前左右手所操作的器械为哪一把。

技术实现思路

[0005]针对上述问题，本专利技术的目的在于提供一种手术机器人内窥镜视野下器械提示方法及系统，根据运动学算法在内窥镜所成像中进行器械提示，提示医生目前所操作的器械。
[0006]本专利技术的上述专利技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
[0007]一种手术机器人内窥镜视野下器械提示方法，包括：
[0008]S100：在手术机器人出厂前完成包括根据机械臂运动学算法计算器械相对内窥镜镜头位置、根据相机标定算法标定相机内外参、根据手眼标定算法标定内窥镜镜头坐标系在内的标定操作；
[0009]S200：标定后的手术机器人，器械位置映射到相机的像素坐标系下，同时在所述像素坐标系的对应位置显示器械臂号的提示信息。
[0010]进一步地，在步骤S100中，根据机械臂运动学算法计算器械相对内窥镜镜头位置，具体为：
[0011]设器械尖端对应的坐标系为{t}(XtYtZt),内窥镜镜头中心对应坐标系为{e}(XeYeZe),内窥镜臂和器械臂对应的基座坐标系为{b}(XbYbZb),qt1到qtn为器械臂各关节位置，qe1到qen为内窥镜臂各关节位置；
[0012]根据正运动学获取器械尖端相对于所述基座坐标系的姿态为Tbt(qtn)，内窥镜镜头相对于所述基座坐标系的姿态为Tbe(qen),得出器械尖端相对于内窥镜镜头的姿态为Tet(qtn,qen)＝Tbe(qen)*inv(Tbt(qtn))。
[0013]进一步地，在步骤S100中，根据相机标定算法标定相机内外参，具体为：
[0014]将棋盘格的左上角和器械尖端固定，拖动器械臂到不同位置，使用内窥镜进行拍照，并记录下当前器械尖端相对于内窥镜镜头的姿态Tet；
[0015]采用张正友标定法对照片进行相机标定，获取到照片的像素点坐标{uv}相对于相机坐标系{c}的转换关系，即相机内参Tin，以及每张照片的相机外参Tct,即器械尖端相对于相机坐标系{c}的姿态关系。
[0016]进一步地，在步骤S100中，根据手眼标定算法标定内窥镜镜头坐标系，具体为：
[0017]设内窥镜镜头中心对应坐标系{e}与相机坐标系{c}的转换关系为Tce，已知当前器械尖端相对于内窥镜镜头的姿态Tet，则当前器械尖端相对于相机坐标系{c}的姿态Tct＝Tce*Tet；
[0018]求得内窥镜镜头坐标系{e}相对于相机坐标系{c}的位姿关系为Tce＝Tct*inv(Tet)。
[0019]进一步地，在步骤S200中，将器械位置映射到相机的所述像素坐标系下，具体为：
[0020]在手术过程中，根据器械尖端的实时位置计算出器械尖端相对于内窥镜镜头的姿态Tet；
[0021]将器械尖端的在器械尖端对应坐标系上的位置坐标[x,y,z，1]转换为内窥镜拍摄的照片内的像素点坐标。
[0022]进一步地，将器械尖端的在器械尖端对应坐标系上的位置坐标[x,y,z，1]转换为内窥镜拍摄的照片内的像素点坐标，具体为：
[0023][u,v,1]＝Tin*Tce*Tet*[x,y,z,1][0024]其中，Tet为器械尖端相对于内窥镜镜头的姿态，Tce为内窥镜镜头中心对应坐标系{e}与相机坐标系{c}的转换关系，Tin为相机内参。
[0025]进一步地，在步骤S200中，在所述像素坐标系的对应位置显示器械臂号的提示信息，具体为：
[0026]依据器械尖端在内窥镜拍摄的照片上的像素点坐标，在照片上对应位置上标注出器械臂号。
[0027]一种用于执行如上述的手术机器人内窥镜视野下器械提示方法的手术机器人内窥镜视野下器械提示系统，包括：
[0028]标定模块，用于在手术机器人出厂前完成包括根据机械臂运动学算法计算器械相对内窥镜镜头位置、根据相机标定算法标定相机内外参、根据手眼标定算法标定内窥镜镜头坐标系在内的标定操作；
[0029]实施模块，用于提供给标定后的手术机器人，器械位置映射到相机的像素坐标系下，同时在所述像素坐标系的对应位置显示器械臂号的提示信息。
[0030]一种计算机设备，包括存储器和一个或多个处理器，所述存储器中存储有计算机代码，所述计算机代码被所述一个或多个处理器执行时，使得所述一个或多个处理器执行如上述的方法。
[0031]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代码，当所述计算机代码被执行时，如上述的方法被执行。
[0032]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0033]通过提供一种手术机器人内窥镜视野下器械提示方法，包括：S100：在手术机器人出厂前完成包括根据机械臂运动学算法计算器械相对内窥镜镜头位置、根据相机标定算法标定相机内外参、根据手眼标定算法标定内窥镜镜头坐标系在内的标定操作；S200：标定后的手术机器人，器械位置映射到相机的像素坐标系下，同时在所述像素坐标系的对应位置显示器械臂号的提示信息。上述技术方案，能够将实际操作的器械位置与内窥镜拍摄的照片上的器械臂一一对应起来，并给出目前操作的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种手术机器人内窥镜视野下器械提示方法，其特征在于，包括：S100：在手术机器人出厂前完成包括根据机械臂运动学算法计算器械相对内窥镜镜头位置、根据相机标定算法标定相机内外参、根据手眼标定算法标定内窥镜镜头坐标系在内的标定操作；S200：标定后的手术机器人，器械位置映射到相机的像素坐标系下，同时在所述像素坐标系的对应位置显示器械臂号的提示信息。2.根据权利要求1所述的手术机器人内窥镜视野下器械提示方法，其特征在于，在步骤S100中，根据机械臂运动学算法计算器械相对内窥镜镜头位置，具体为：设器械尖端对应的坐标系为{t}(XtYtZt),内窥镜镜头中心对应坐标系为{e}(XeYeZe),内窥镜臂和器械臂对应的基座坐标系为{b}(XbYbZb),qt1到qtn为器械臂各关节位置，qe1到qen为内窥镜臂各关节位置；根据正运动学获取器械尖端相对于所述基座坐标系的姿态为Tbt(qtn)，内窥镜镜头相对于所述基座坐标系的姿态为Tbe(qen),得出器械尖端相对于内窥镜镜头的姿态为Tet(qtn,qen)＝Tbe(qen)*inv(Tbt(qtn))。3.根据权利要求2所述的手术机器人内窥镜视野下器械提示方法，其特征在于，在步骤S100中，根据相机标定算法标定相机内外参，具体为：将棋盘格的左上角和器械尖端固定，拖动器械臂到不同位置，使用内窥镜进行拍照，并记录下当前器械尖端相对于内窥镜镜头的姿态Tet；采用张正友标定法对照片进行相机标定，获取到照片的像素点坐标{uv}相对于相机坐标系{c}的转换关系，即相机内参Tin，以及每张照片的相机外参Tct,即器械尖端相对于相机坐标系{c}的姿态关系。4.根据权利要求3所述的手术机器人内窥镜视野下器械提示方法，其特征在于，在步骤S100中，根据手眼标定算法标定内窥镜镜头坐标系，具体为：设内窥镜镜头中心对应坐标系{e}与相机坐标系{c}的转换关系为Tce，已知当前器械尖端相对于内窥镜镜头的姿态Tet，则当前器械尖端相对于相机坐标系{c}的姿态Tct＝Tce*Tet；求得内窥镜镜头坐标系{e}相对于相机坐标系{c}的位姿...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕文尔，苏明轩，赵培文，王少白，鲁昊聪，王维，
申请(专利权)人：上海卓昕医疗科技有限公司，
类型：发明
国别省市：