【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及医疗设备，尤其涉及一种创伤骨科微创手术机器人系统。
技术介绍
1、机器人手术系统是集多项现代高科技手段于一体的综合体，其用途广泛，在临床上外科上有大量的应用。机器人手术系统完全不同于传统的手术概念，其使得外科医生可以远离手术台操纵机器进行手术，在世界微创外科领域是当之无愧的革命性外科手术工具。随着医学理论的不断发展与进步，外科手术也朝着越来越精细、越来越复杂的方向发展。微创手术是目前外科手术领域的主要发展方向。传统医学知识因为技术上存在的种种不足，而难以满足临床手术需求。近几十年来，医用机器人技术逐渐应用与传统医学手术中。当前，先进的机器人技术在一些外科手术，如手术设计、手术模拟、微创准确快速定位、无创诊断和探测、新型的手术治疗方法等方面都有广泛的应用，不仅促进了传统医学的革命性进步，同时也带动了一些新技术、新理论的长足发展。
2、而采用机器人手术系统进行骨科手术时，需要对手术部位的三维图像进行图像配准。相关技术中的图像配准方法，通常采用迭代最近点(iterative closest point，简称icp)算法直接对粗配准结果进行优化，然而，icp算法属于局部优化方法，受初始值的影响较大，鲁棒性不强，从而导致粗配准的结果不精确时，若直接采用icp算法对粗配准结果进行优化，即使经过多次迭代，也无法得到精确的配准结果，并且配准效率低，对于计算机处理器来说，运算效率低，配准效果差。
3、因此，需要提供一种创伤骨科微创手术机器人系统，用于提高手术机器人的配准精度。
技术
1、本专利技术提供了一种创伤骨科微创手术机器人系统，包括医疗图像采集设备、手术机器人及手术导航仪，所述医疗图像采集设备用于采集目标对象的医学图像，还包括：位姿确定模块，用于基于所述目标对象的医学图像，确定所述手术导航仪的最优导航位姿；坐标转换模块，用于基于所述手术导航仪在所述最优导航位姿下获取的第一标定组件的图像，生成物理空间坐标系与所述手术导航仪在最佳位姿下的导航仪坐标系之间的第一映射关系；还用于基于所述手术导航仪在所述最优导航位姿下获取的第二标定组件的图像和所述医疗图像采集设备获取的所述第二标定组件的图像，生成所述医疗图像采集设备对应的医疗图像采集坐标系与所述手术导航仪在最佳位姿下的导航仪坐标系之间的第二映射关系；还用于基于所述第一映射关系和所述第二映射关系，建立所述物理空间坐标系与所述医疗图像采集设备对应的医疗图像采集坐标系之间的第三映射关系。
2、更进一步地，所述位姿确定模块基于所述目标对象的医学图像，确定所述手术导航仪的最优导航位姿，包括：基于所述目标对象的医学图像，确定至少一个手术区域；基于所述至少一个手术区域及所述手术导航仪的视野参数，生成多个候选导航位姿；对所述多个候选导航位姿进行筛选，确定所述手术导航仪的最优导航位姿。
3、更进一步地，所述位姿确定模块对所述多个候选导航位姿进行筛选，确定所述手术导航仪的最优导航位姿，包括：对于每个所述候选导航位姿，基于多个筛选指标及每个所述筛选指标对应的权重，确定所述候选导航位姿的匹配值；基于每个所述候选导航位姿的匹配值，对所述多个候选导航位姿进行筛选，确定所述手术导航仪的最优导航位姿。
4、更进一步地，所述第一标定组件包括多个第一标定平面，每个所述第一标定平面上设置有多个第一标定物，所述多个第一标定平面中至少一个倾斜设置。
5、更进一步地，所述坐标转换模块基于所述手术导航仪在所述最优导航位姿下获取的第一标定组件的图像，生成物理空间坐标系与所述手术导航仪在最佳位姿下的导航仪坐标系之间的第一映射关系，包括：基于所述手术导航仪在所述最优导航位姿下获取的第一标定组件的图像，确定所述多个第一标定物在所述手术导航仪在最佳位姿下的导航仪坐标系的第一位置关系矩阵；基于所述多个第一标定物在所述物理空间坐标系的第二位置关系矩阵；基于所述第一位置关系矩阵及所述第二位置关系矩阵，生成所述物理空间坐标系与所述手术导航仪在最佳位姿下的导航仪坐标系之间的第一映射关系。
6、更进一步地，所述第二标定组件包括多个第二标定平面，每个所述第二标定平面上设置有多个第二标定物，所述多个第二标定平面中至少一个倾斜设置。
7、更进一步地，所述坐标转换模块基于所述手术导航仪在所述最优导航位姿下获取的第二标定组件的图像和所述医疗图像采集设备获取的所述第二标定组件的图像，生成所述医疗图像采集设备对应的医疗图像采集坐标系与所述手术导航仪在最佳位姿下的导航仪坐标之间的第二映射关系，包括：基于所述手术导航仪在所述最优导航位姿下获取的第二标定组件的图像，确定所述多个第二标定物在所述手术导航仪在最佳位姿下的导航仪坐标系的第三位置关系矩阵；基于所述医疗图像采集设备获取的所述第二标定组件的图像，确定所述多个第二标定物在所述医疗图像采集设备对应的医疗图像采集坐标系的第四位置关系矩阵；基于所述第三位置关系矩阵及所述第四位置关系矩阵，生成所述医疗图像采集设备对应的医疗图像采集坐标系与所述手术导航仪在最佳位姿下的导航仪坐标之间的第二映射关系。
8、更进一步地，所述系统还包括：轨迹生成模块，用于基于所述目标对象的医学图像、所述手术导航仪在所述最佳位姿下的视野区域及所述第三映射关系，生成所述手术机器人的操作轨迹；所述手术机器人用于基于所述手术机器人的操作轨迹进行手术操作；所述手术导航仪用于在手术操作过程中对所述手术机器人进行导航定位。
9、更进一步地，所述系统还包括：偏差矫正模块，用于基于所述手术导航仪在手术操作过程中获取的目标对象的图像及所述医疗图像采集设备在手术操作前采集的目标对象的医学图像，确定所述目标对象的位姿偏差，并基于所述位姿偏差，对所述手术机器人的操作轨迹进行实时修正。
10、更进一步地，所述偏差矫正模块基于所述手术导航仪在手术操作过程中获取的目标对象的图像及所述医疗图像采集设备在手术操作前采集的目标对象的医学图像，确定所述目标对象的位姿偏差，包括：基于所述手术导航仪在手术操作过程中获取的目标对象的图像及所述第一映射关系，确定多个第三标记物的第五位置关系矩阵；基于所述医疗图像采集设备在手术操作前采集的目标对象的医学图像及所述第三映射关系，确定多个第三标记物的第六位置关系矩阵；基于所述多个第三标记物的第五位置关系矩阵及所述多个第三标记物的第六位置关系矩阵，确定所述目标对象的位姿偏差。
11、相比于现有技术，本说明书提供的一种创伤骨科微创手术机器人系统，至少具备以下有益效果：
12、1、通过预先基于目标对象的医学图像，确定在执行目标对象的手术过程，视野范围最优的手术导航仪的最优导航位姿，为手术导航精度提供保障，进一步地，在最优导航位姿下进行医疗图像采集设备、手术机器人及手术导航仪的标定，标定过程更简单，效率更高，提高了手术机器人根据配准结果进行导航时的准确度，系统适应的术式更广泛，手术可靠性更强；
13、2、基于目标对象的医学图像确定手术区域，并基于手术区域及手术导航仪的视野参数，快本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种创伤骨科微创手术机器人系统，包括医疗图像采集设备、手术机器人及手术导航仪，所述医疗图像采集设备用于采集目标对象的医学图像，其特征在于，还包括：
2.根据权利要求1所述的一种创伤骨科微创手术机器人系统，其特征在于，所述位姿确定模块基于所述目标对象的医学图像，确定所述手术导航仪的最优导航位姿，包括：
3.根据权利要求2所述的一种创伤骨科微创手术机器人系统，其特征在于，所述位姿确定模块对所述多个候选导航位姿进行筛选，确定所述手术导航仪的最优导航位姿，包括：
4.根据权利要求1所述的一种创伤骨科微创手术机器人系统，其特征在于，所述第一标定组件包括多个第一标定平面，每个所述第一标定平面上设置有多个第一标定物，所述多个第一标定平面中至少一个倾斜设置。
5.根据权利要求4所述的一种创伤骨科微创手术机器人系统，其特征在于，所述坐标转换模块基于所述手术导航仪在所述最优导航位姿下获取的第一标定组件的图像，生成物理空间坐标系与所述手术导航仪在最佳位姿下的导航仪坐标系之间的第一映射关系，包括：
6.根据权利要求1所述的一种创伤骨科微创手
7.根据权利要求6所述的一种创伤骨科微创手术机器人系统，其特征在于，所述坐标转换模块基于所述手术导航仪在所述最优导航位姿下获取的第二标定组件的图像和所述医疗图像采集设备获取的所述第二标定组件的图像，生成所述医疗图像采集设备对应的医疗图像采集坐标系与所述手术导航仪在最佳位姿下的导航仪坐标之间的第二映射关系，包括：
8.根据权利要求1-7中任意一项所述的一种创伤骨科微创手术机器人系统，其特征在于，还包括：
9.根据权利要求1-7中任意一项所述的一种创伤骨科微创手术机器人系统，其特征在于，还包括：
10.根据权利要求9所述的一种创伤骨科微创手术机器人系统，其特征在于，所述偏差矫正模块基于所述手术导航仪在手术操作过程中获取的目标对象的图像及所述医疗图像采集设备在手术操作前采集的目标对象的医学图像，确定所述目标对象的位姿偏差，包括：
...【技术特征摘要】
1.一种创伤骨科微创手术机器人系统，包括医疗图像采集设备、手术机器人及手术导航仪，所述医疗图像采集设备用于采集目标对象的医学图像，其特征在于，还包括：
2.根据权利要求1所述的一种创伤骨科微创手术机器人系统，其特征在于，所述位姿确定模块基于所述目标对象的医学图像，确定所述手术导航仪的最优导航位姿，包括：
3.根据权利要求2所述的一种创伤骨科微创手术机器人系统，其特征在于，所述位姿确定模块对所述多个候选导航位姿进行筛选，确定所述手术导航仪的最优导航位姿，包括：
4.根据权利要求1所述的一种创伤骨科微创手术机器人系统，其特征在于，所述第一标定组件包括多个第一标定平面，每个所述第一标定平面上设置有多个第一标定物，所述多个第一标定平面中至少一个倾斜设置。
5.根据权利要求4所述的一种创伤骨科微创手术机器人系统，其特征在于，所述坐标转换模块基于所述手术导航仪在所述最优导航位姿下获取的第一标定组件的图像，生成物理空间坐标系与所述手术导航仪在最佳位姿下的导航仪坐标系之间的第一映射关系，包括：
6.根据权...
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