[发明专利]一种多孔腹腔手术机器人腹腔镜自动导航方法

说明书

本发明公开了一种多孔腹腔手术机器人腹腔镜自动导航方法，该方法利用携带多个标记点的介入手术器械及手术视野图像处理技术，通过对手术视野图像中心的自动调整以及腹腔镜焦距的自动调整，使得观察视野图像保持清晰、手术器械远端始终位于手术医生适宜的观察视野中，可有效提高手术质量和效率，降低医生的劳动强度。

技术领域

本发明涉及微创手术领域，尤其涉及多孔腹腔手术机器人腹腔镜自动导航技术。

背景技术

多孔腹腔手术机器人具有机器人控制系统、机器人臂、介入手术器械以及双目相机构成的腹腔镜，外科手术医生借助于腹腔镜生成的图像，用双手操作机器人控制系统的主手，从而控制介入手术器械的运动与操作。多孔腹腔手术机器人可使外科手术医生更方便地开展微创手术，有效减少手术医生的疲劳，提高手术质量和效率，手术切口小，患者易于恢复。

在腹腔镜手术过程中，外科医生需借助置入患者体内的双目相机(腹腔镜)接收手术区域的立体视觉反馈，以便开展精准手术操作。为了能够保持适宜的手术观察视野和图像的高质量，相机姿态和焦距需要根据手术实际情况适时调整以跟随手术器械的运动与操作。目前常用的技术包括语音控制、外科医生视觉追踪、脚踏板控制等方式，但这些方式存在给手术医生带来额外的负担、难以对相机进行灵活准确控制等问题。

因此，临床迫切需要一种便捷准确的术中相机姿态及焦距调整的方案。

中国专利申请号201580025333.2提出“用于控制手术机器人系统中的照相机位置的系统和方法”，它利用控制模式切换的方法对相机进行人工主从控制。在该专利中，机器人手术系统包括至少一个机器人臂、照相机和控制台。控制台包括第一手柄、第二手柄以及配置为在机器人控制模式和照相机控制模式之间进行选择的选择器开关。在系统中，第一手柄或第二手柄在机器人控制模式下控制至少一个机器人臂，并且第一手柄和第二手柄在照相机控制模式下控制照相机。这种方式需要在两种不同的操控方式之间进行切换，实时性差，并增加了手术医生的额外负担。

利用携带多个标记点的介入手术器械及手术视野图像处理技术，来自动调节腹腔镜姿态及相机焦距，具有经济、便捷、准确等优点，可有效降低医生的负担，提高手术质量和效率。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对背景技术中所涉及到的缺陷，提供一种多孔腹腔手术机器人腹腔镜自动导航方法。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种多孔腹腔手术机器人腹腔镜自动导航方法，包含以下步骤：

步骤1)，临床手术医生根据患者病灶所处区域，调整腹腔镜的位姿，使得病灶位于手术视野且图像清晰，并使两个介入手术器械远端位于视野内；对于每个介入手术器械远端、其上均设有至少两个用于标定其所在直线上的标记点，记录各个标记点和其末端的距离；

步骤2)，计算出当前两个介入手术器械远端所在直线的交点坐标O₀、当前腹腔镜的焦距f₀、以及当前两个介入手术器械末端和手术视野图像中心连线形成的夹角α₀；

步骤2.1)，获取当前手术视野图像及腹腔镜的焦距f₀：利用图像采集单元获取当前手术视野的图像，并记录当前腹腔镜的焦距f₀；

步骤2.2)，获取两个介入手术器械远端上所有标记点的图像坐标：根据手术视野图像，检测两个介入手术器械远端所有的标记点，记录所有标记点的图像坐标；

步骤2.3)，获取两个介入手术器械所在直线的方程及末端坐标：根据各个标记点的坐标，确定两个介入手术器械远端在手术视野图像中的直线方程，并根据介入手术器械各个标记点和其末端的距离计算出每个介入手术器械的末端坐标；