[发明专利]手术辅助定位系统

说明书

本发明提供一种手术辅助定位系统，其用于辅助医生定位创口位置。根据本发明的手术辅助定位系统包括机器人病人端，其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，在所述手术辅助定位系统中扫描模块用以获取患者的体内、体表三维数据，建模模块用以根据扫描模块获取的体内、体表三维数据建立人体模型，建立人体模型在机器人病人端坐标系下的位姿描述，定位模块根据人体模型、器械臂在人体模型内的运动空间、内窥镜臂在人体模型的运动空间、器械臂与内窥镜臂之间在人体模型内的干涉，进而定位创口的推荐位置。

技术领域

本发明涉及手术辅助系统，尤其涉及一种手术辅助定位系统。

背景技术

微创伤手术(minimal invasive surgical)技术目的在于降低诊断或手术程序期间损伤的外部组织的量，从而减少患者的康复时间、不适以及有害副作用。使用微创伤手术技术，能够显著缩短标准手术的住院时间的平均长度。同样，通过微创伤手术技术，也可减少患者康复时间、患者不适、手术副作用以及患者休假时间。

为了允许外科医生远程为患者手术，所以发展微创伤远程手术机器人系统。在远程手术系统中，通常在控制台向外科医生提供手术部位的影像。外科医生在观察立体观察器或者显示器上的病人手术部位的三维(3-D)影像的同时，通过操作控制台主输入而对患者实施外科手术。每个主输入装置都控制操作臂上手术器械的运动。外科过程期间，远程手术系统病人端的手术器械/工具响应主输入装置的操作，执行类似外科医生在手术中的各种动作，例如握住或推进手术针、抓住血管、解剖组织等等。

在进行手术之前，医生需要打孔(创口)，通常包括两个用于手术器械的插入，一个用于窥镜的插入。在传统的打孔方法上，医生往往凭借经验以及手术习惯选择打孔位置，然而在手术过程期间医生经常发现由于三个孔的位置不合适，导致操作手术机器人的活动空间有限，甚至在某些特殊的位置只能通过再次打孔才能继续进行手术，因此大大的延长所需要的手术时间。

发明内容

本发明的目的在于提供一种手术辅助定位系统，其用于辅助医生定位创口位置。

根据本发明一方面的手术辅助定位系统，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，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，确定创口的推荐位置。

在一实施例中，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。

在一实施例中，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。

在一实施例中，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。

在一实施例中，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。