[发明专利]手术机器人及其虚拟成像控制方法、虚拟成像控制装置

说明书

本发明涉及一种手术机器人及其虚拟成像控制方法、虚拟成像控制装置。该方法包括如下步骤：获取虚拟相机的多个可选参数，所述虚拟相机用于对所述手术机器人的操作臂进行虚拟成像；基于多个所述可选参数生成含有所述虚拟相机可供配置的虚拟相机参数的控件的配置界面；显示所述配置界面。本发明的手术机器人便于医生对操作臂的运动状态进行观察。

技术领域

本发明涉及医疗器械领域，特别是涉及一种手术机器人及其虚拟成像控制方法、虚拟成像控制装置。

背景技术

微创手术是指利用腹腔镜、胸腔镜等现代医疗器械及相关设备在人体腔体内部施行手术的一种手术方式。相比传统手术方式微创手术具有创伤小、疼痛轻、恢复快等优势。

随着科技的进步，微创手术机器人技术逐渐成熟，并被广泛应用。手术机器人包括主操作台及从操作设备，从操作设备包括多个操作臂，这些操作臂包括具有图像末端器械的相机臂及具有操作末端器械的手术臂。主操作台包括显示器及手柄。医生在显示器显示的由相机臂提供的视野下操作手柄控制相机臂或手术臂运动。

然而，在大多数场景下，如图1所示，相机臂34A’的相机参数固定，因而通常只能以特定状态对操作区域如手术臂34B’进行观察。例如，相机臂34A’常常只能在固定角度下观察手术臂34B’，若需要从其它角度对手术臂34B’进行观察，需要对相机臂34A’重新进行调整，这样的操作过程较为复杂。并且，相机臂34A’提供的视野往往只能观察到手术臂34B’的局部区域，能够被观察到的区域为可视区域，可知还有大片不可视区域。医生无法在可视区域观察到相机臂34A’自身的状态，也无法在不可视区域观察到手术臂34B’之间或手术臂34B’与相机臂34A’之间存在已发生的碰撞或潜在会发生的碰撞，这种情况容易引发手术安全问题。

发明内容

基于此，有必要提供一种便于医生对操作臂的运动状态进行观察的手术机器人及其虚拟成像控制方法、虚拟成像控制装置。

一方面，本发明提供了一种手术机器人的虚拟成像控制方法，包括如下步骤：获取虚拟相机的多个可选参数，所述虚拟相机用于对所述手术机器人的操作臂进行虚拟成像；基于多个所述可选参数生成含有所述虚拟相机可供配置的虚拟相机参数的控件的配置界面；显示所述配置界面。

其中，所述可选参数包括所述虚拟相机的可选位姿，基于多个所述可选参数生成含有所述虚拟相机可供配置的虚拟相机参数的控件的配置界面的步骤包括：基于多个所述可选位姿生成含有所述虚拟相机可供配置的位姿的控件的配置界面。

其中，所述操作臂包括多个关节及感应所述关节的关节变量的传感器，所述虚拟成像控制方法还包括：获取通过所述配置界面的所述控件配置的所述虚拟相机的位姿；获取所述操作臂的运动学模型及相应所述操作臂的所述传感器感应的关节变量；根据所述运动学模型及所述关节变量获得所述操作臂的计算机模型；转换所述计算机模型获得在所述虚拟相机的坐标系下的模型图像；显示所述模型图像。

其中，所述操作臂包括多个关节及感应所述关节的关节变量的传感器，所述操作臂还具有由有序排列的、用于关联相应所述关节的多个特征点所构成的特征点序列，所述虚拟成像控制方法还包括：获取通过所述配置界面的所述控件配置的所述虚拟相机的位姿；获取所述操作臂的运动学模型及所述操作臂的所述传感器感应的关节变量；根据所述运动学模型及所述关节变量确定所述特征点序列中各特征点在所述虚拟相机的投影平面的投影点；有序的拟合连接各所述投影点生成所述操作臂的投影图像；显示所述投影图像。

其中，根据所述运动学模型及相应的所述关节变量确定所述特征点序列中各特征点在所述虚拟相机的投影平面的投影点的步骤包括：根据所述运动学模型及所述关节变量获得所述特征点序列中各特征点在参考坐标系下的第一位置；将各所述第一位置分别转换成在所述虚拟相机的坐标系下的第二位置；获取所述虚拟相机的虚拟焦距并根据所述虚拟焦距确定所述虚拟相机的投影平面；根据所述虚拟焦距获得各所述第二位置在所述投影平面的投影点。