[发明专利]手术辅助定位系统

权利要求书

1.一种手术辅助定位系统，用于机器人手术系统，所述机器人手术系统包括机器人病人端，所述机器人病人端包括用于可拆卸连接手术器械的器械臂、用于可拆卸连接内窥镜的内窥镜臂，其特征在于，所述手术辅助定位系统包括扫描模块、建模模块和定位模块，其中所述扫描模块用以获取患者的体内、体表三维数据，所述建模模块用以根据所述扫描模块获取的体内、体表三维数据建立人体模型，建立所述人体模型在机器人病人端坐标系下的位姿描述，所述定位模块根据所述人体模型中的目标组织模型、所述手术器械末端在所述人体模型内部的工作范围、所述内窥镜末端在所述人体模型内部的工作范围、所述器械臂与所述内窥镜臂之间在所述人体模型的干涉，确定创口推荐位置。

2.如权利要求1所述的手术辅助定位系统，其特征在于，所述扫描模块包括内窥镜，所述内窥镜包括不同方位的至少两个摄像头成像系统，所述扫描模块对所述至少两个摄像头成像系统进行标定，以获取所述至少两个摄像头成像系统内外参数矩阵，并求出至少两个摄像头成像系统之间的旋转和平移关系向量；所述内窥镜还分别对患者体内、体表进行内部扫描、外部扫描，并通过立体视觉三维测量方法得到所述内部扫描、外部扫描获得图像的像素点在内窥镜视野下的三维坐标值。

3.如权利要求2所述的手术辅助定位系统，其特征在于，所述建模模块根据所述像素点的在内窥镜视野下的三维坐标值，以及通过运动学方程获得的内窥镜在机器人病人端坐标系下的描述，获得像素点在机器人病人端坐标系下的描述，进而建立人体模型并获得人体模型在所述机器人病人端坐标系下的描述。

4.如权利要求2所述的手术辅助定位系统，其特征在于，所述建模模块通过所述像素点的数据组成的点云图进行曲面拟合得到患者的人体模型。

5.如权利要求4所述的手术辅助定位系统，其特征在于，所述建模模块得到所述人体模型在内窥镜视野下的描述后，通过运动学方程获得内窥镜在机器人病人端坐标系下位姿的描述，进而获得所述人体模型在在机器人病人端坐标系下位姿的描述。

6.如权利要求4所述的手术辅助定位系统，其特征在于，所述定位模块根据基于所述内窥镜在第一状态时获得的所述患者体表的三维数据，建立人体表面模型；通过运动学方程获得所述内窥镜在第一状态时在所述机器人病人端坐标系下的姿态描述，进而获得所述人体表面模型在所述机器人病人端坐标系下的姿态描述。

7.如权利要求4所述的手术辅助定位系统，其特征在于，所述定位模块根据基于所述内窥镜在第二状态下获得的所述患者体内的三维数据，建立人体体内模型；通过运动学方程获得所述内窥镜在第二状态下在所述机器人病人端坐标系下的姿态描述，进而获得所述人体体内模型在所述机器人病人端坐标系下的姿态描述。

8.如权利要求1所述的手术辅助定位系统，其特征在于，该手术辅助定位系统还包括人机交互界面，所述人机交互界面用于观察所述创口推荐位置，并供医生针对所述创口推荐位置根据实际手术需要做相应的调整。

9.如权利要求1所述的手术辅助定位系统，其特征在于，所述定位模块取一人体模型表面区域，对所述人体模型表面区域采样获取采样点，以采样点作为创口，在所述人体模型上进行模拟手术，并将在模拟手术中使得器械臂与内窥镜臂的工作范围最大、碰撞程度最小的采样点确定为创口推荐位置。

10.如权利要求9所述的手术辅助定位系统，其特征在于，所述定位模块获取目标组织模型的外接球的球心，根据以所述外接球的球心获取一扩展外接球，所述扩展外接球的直径为所述外接球直径的3～10倍，获取所述扩展外接球与所述人体模型的交集，所述交集所限定的人体模型表面部分作为所述人体模型表面区域。

11.如权利要求9所述的手术辅助定位系统，其特征在于，所述定位模块获取所述采样点的步骤包括：以人体模型表面区域一初始点为坐标原点建立坐标系，以距离步长为ΔX，扇角步长进行采样，获取采样样本空间C{C1，C2…Cn}。