手术导航系统及医疗机器人技术方案

本发明专利技术提供一种手术导航系统，其包括固定设置于手术室的世界坐标系定位标志点、第一定位标志点、定位追踪链及第二定位标志点。所述定位追踪链包括多个定位传感器，每一所述定位传感器上均设有一个所述第一定位标志点；手术器械及手术成像设备分别设置有一个所述第二定位标志；所述多个定位传感器对所述世界坐标系定位标志点、所述第一定位标志点及所述第二定位标志点进行追踪定位。本发明专利技术另外提供一种医疗机器人。所述手术导航系统及医疗机器人可避免术中因定位传感器的意外移动而造成系统功能性崩溃，有助于提高手术的安全性，保障手术的顺利进行。

【技术实现步骤摘要】
手术导航系统及医疗机器人
本专利技术涉及机器人
，尤其涉及一种采用定位追踪链的手术导航系统及医疗机器人。
技术介绍
机器人不仅用于工业领域，在医疗系统也已得到推广应用。虽然手术机器人（SurgicalRobot）的问世不过短短10年，但已经取得了重大进展。实际上，手术机器人是一组器械的组合装置，通常由探头(内窥镜或超声等)、手术器械、微型摄像头和操纵杆等器件组装而成。目前手术机器人主要通过远程操作进行外科手术，即医生坐在电脑显示屏前，通过显示屏和内窥镜仔细观察病人体内的病灶情况，然后通过机器人手中的手术刀将病灶精确切除（或修复）。具体地，如超声引导机械臂微创手术系统，包括有远程操纵杆、手术器械、超声探头、多个机械臂(分别夹持手术器械、超声探头)以及手术导航系统，医生同样通过远程操纵杆来控制机械臂(即控制固连在机械臂末端的手术器械和超声探头)来进行手术，在医生面前的则是实时超声图像，影像中有对应于实际位置的手术器械模型，医生以实时影像提供的信息为依据操纵机械臂进行手术的操作。其中，手术导航系统是手术机器人的基础，是在手术中提供手术器械与人体手术区域实时空间位置关系的部分。通过手术导航系统，医生可以获取手术区域实时超声影像，因为想要顺利进行手术，就必须要获取手术器械与手术区域的精确空间位置关系。现有的(光学)手术导航系统最常见的有NDIPolaris光学定位跟踪系统，该系统使用双目红外摄像机配合红外反光标记球使用，实时定位精度可以达到0.1mm以内（NDIPolaris光学定位跟踪系统产品简介可参见网址：http://www.senztech.cn/showpros.aspx？proid=73），其在工作前需要进行标定。该系统包括：机械臂、定位传感器、标记点组合及被动刚体。其中，机械臂用于夹持手术器械、超声探头等。定位传感器（Tracker）通过识别球体的几何构型来进行特定被动刚体的追踪。定位标志点(Marker)为固定在与追踪设备上的工具。被动刚体用于固定在手术机械臂的末端关节臂上，每个被动刚体有四个球位于同一平面以不同的形态进行固连。该手术导航系统的使用方式为：首先、机械臂处于初始状态(机械臂末端肢节分别固连上被动刚体)，将定位传感器安置在三角支架上，将三角支架放置在合适的位置后不能再移动，以其为世界坐标系；然后、开启定位传感器，获取机械臂初始位置(在世界坐标系下的绝对位置)；其后、开始实际操作，根据超声探头获取人体在世界坐标系中的位姿，以及手术器械在世界坐标系中的位姿，为医生提供实时的导航信息(计算机根据此空间位置信息，以三维形式生成人体超声画面和手术器械模型，并呈现给医生)。由于医生需要时刻知道超声探头和手术器械的位置才能进行手术，因此手术中导航系统必须时刻提供探头与器械的空间位置(在同一坐标系内的绝对位置)，在NDIPolaris光学定位跟踪系统中使用的是以放置不动的定位传感器作为世界坐标系，对探头与器械进行空间定位。然而，此导航系统还是存在一定的问题，主要集中在：其一、定位传感器支架在标定后是作为世界坐标系基准使用的，如果使用期间有任何的意外移动，将会造成世界坐标系的改变，定位得到的坐标将会产生与意外移动相同的偏差；其二、使用过程中必须保证定位反光球在定位传感器的视野内，如果由于遮挡或者机械臂的运动导致定位传感器无法看到定位反光球，则医生就无法获取位置信息从而必须中断手术。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的是提供一种可有效解决上述技术问题的手术导航系统及医疗机器人。一种手术导航系统，其包括：世界坐标系定位标志点，其固定设置于手术室；第一定位标志点；定位追踪链，其包括多个定位传感器，每一所述定位传感器上均设有一个所述第一定位标志点；及第二定位标志点，手术器械及手术成像设备分别设置有一个所述第二定位标志；所述多个定位传感器对所述世界坐标系定位标志点、所述第一定位标志点及所述第二定位标志点进行追踪定位。本专利技术一较佳实施方式中，所述手术器械及所述手术成像设备分别被不同的机械臂夹持。本专利技术一较佳实施方式中，所述机械臂的末端肢节上设置有所述第二定位标志点。本专利技术一较佳实施方式中，所述定位传感器为红外双目摄像机或CCD可见光双目摄像机。本专利技术一较佳实施方式中，所述手术成像设备为2D超声设备或3D超声设备。本专利技术一较佳实施方式中，进一步包括计算机，其和每一个所述定位传感器均相连接，用于获得并计算所述第一标志点和所述第二定位标志点分别与所述世界坐标系定位标志点之间的位置关系及所述第一标志点和所述第二定位标志点之间的位置关系。本专利技术一较佳实施方式中，所述定位追踪链包括两个所述定位传感器。本专利技术另外提供一种医疗机器人，其包括：至少两个分别夹持手术器械和手术成像设备的机械臂；手术导航系统，其包括：世界坐标系定位标志点，其固定设置于手术室；第一定位标志点；第二定位标志点，其设置于所述机械臂的末端肢节；及定位追踪链，其包括多个定位传感器，每一所述定位传感器上均设有一个所述第一定位标志点；所述定位传感器对所述世界坐标系定位标志点、所述第一定位标志点及所述第二定位标志点进行追踪定位。本专利技术一较佳实施方式中，进一步包括计算机，其和所述定位追踪链中的每一个定位传感器均相连接，用于获得并计算所述第一标志点和所述第二定位标志点分别与所述世界坐标系定位标志点之间的位置关系及所述第一标志点和所述第二定位标志点之间的位置关系。相较于现有技术，本专利技术提供的手术导航系统及医疗机器人通过直接将手术室作为世界坐标系，并使用定位追踪链，具有如下优点：其一、手术中多套设备可以灵活布置，不必一直固定在手术室某处，能够有效增强设备使用的灵活性；其二、以手术室作为世界坐标系，可避免术中因定位传感器的意外移动而造成系统功能性崩溃，有助于提高手术的安全性；其三、使用定位追踪链，可以基本消除手术的追踪死角问题，保障手术的顺利进行。上述说明仅是本专利技术技术方案的概述，为了能够更清楚了解本专利技术的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本专利技术的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举实施例，并配合附图，详细说明如下。附图说明图1为本专利技术一较佳实施例提供的医疗机器人的组成示意图；图2为图1所示医疗机器中手术导航系统的组成示意图；图3为图2所示手术导航系统中定位追踪链的工作示意图。具体实施方式下面结合附图及具体实施例对本专利技术作进一步详细的说明。请一并参阅图1和图2，本专利技术较佳实施例提供一种医疗机器人100，其包括至少两个机械臂10及手术导航系统20，所述至少两个机械臂10分别夹持手术器械30和手术成像设备40，所述手术导航系统20包括世界坐标系定位标志点21、第一定位标志点22、第二定位标志点23及定位追踪链24；所述世界坐标系定位标志点21固定设置于手术室；所述第二定位标志点23设置于所述机械臂10的末端肢节；所述定位追踪链24包括多个定位传感器26，每一所述定位传感器26上均设有一个所述第一定位标志点22。所述多个定位传感器26对所述世界坐标系定位标志点21、所述第一定位标志点22及所述第二定位标志点23进行追踪定位。本实施例中，以手术室作为固定的世界坐标系，所述世界坐标系定位标志点21作为世界坐标系中的参考点。可以理解的是，通过所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种手术导航系统，其特征在于，包括：世界坐标系定位标志点，其固定设置于手术室；第一定位标志点；定位追踪链，其包括多个定位传感器，每一所述定位传感器上均设有一个所述第一定位标志点；及第二定位标志点，手术器械及手术成像设备分别设置有一个所述第二定位标志；所述多个定位传感器对所述世界坐标系定位标志点、所述第一定位标志点及所述第二定位标志点进行追踪定位。

【技术特征摘要】
1.一种手术导航系统，其特征在于，包括：世界坐标系定位标志点，其固定设置于手术室；第一定位标志点；定位追踪链，其包括多个定位传感器，各所述定位传感器上也固定有第一定位标志点，以供其他定位传感器进行识别、追踪和定位，所述定位传感器为红外双目摄像机或CCD可见光双目摄像机，每一所述定位传感器上均设有一个所述第一定位标志点；第二定位标志点，手术器械及手术成像设备分别设置有一个所述第二定位标志；及计算机，其和每一个所述定位传感器均相连接，用于获得并计算所述第一定位标注点和所述第二定位标志点分别与所述世界坐标系定位标志点之间的位置关系及所述第一定位标注点和所述第二定位标志点之间的位置关系；所述多个定位传感器对所述世界坐标系定位标志点、所述第一定位标志点及所述第二定位标志点进行追踪定位。2.如权利要求1所述的手术导航系统，其特征在于，所述手术器械及所述手术成像设备分别被不同的机械臂夹持。3.如权利要求2所述的手术导航系统，其特征在于，所述机械臂的末端肢节上设置有所述第二定...

【专利技术属性】
技术研发人员：王建军，樊建平，朱青松，蔡业首，谢耀钦，
申请(专利权)人：中国科学院深圳先进技术研究院，
类型：发明
国别省市：