[发明专利]一种基于内窥镜的微创手术机器人系统在审
申请号: | 202110988731.1 | 申请日: | 2021-08-26 |
公开(公告)号: | CN113520603A | 公开(公告)日: | 2021-10-22 |
发明(设计)人: | 陈欣荣;王杰;张子群 | 申请(专利权)人: | 复旦大学 |
主分类号: | A61B34/30 | 分类号: | A61B34/30;A61B34/20;A61B34/10 |
代理公司: | 北京东方盛凡知识产权代理事务所(普通合伙) 11562 | 代理人: | 李娜 |
地址: | 200433 *** | 国省代码: | 上海;31 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 一种 基于 内窥镜 手术 机器人 系统 | ||
1.一种基于内窥镜的微创手术机器人系统,其特征在于,包括:
机械臂模块,用于夹持内窥镜且调整内窥镜的空间位置;
内窥镜标定系统,用于完成内窥镜标定,包含:内窥镜模块、标定模板模块、光学跟踪模块以及手术导航模块,所述内窥镜模块包含:内窥镜和位于内窥镜相机通道内的相机;所述标定模板模块为带有棋盘网格的标定平板;所述光学跟踪模块包含:安置在内窥镜上的光学跟踪器、附加在标定模板上的光学跟踪器以及光学位置传感器;所述手术导航模块包含:手术导航系统、红外定位仪。
2.如权利要求1所述基于内窥镜的微创手术机器人系统,其特征在于,所述内窥镜固定在机械臂可活动夹爪上,内窥镜上固定有光学跟踪模块;所述红外定位仪用于发射红外光线和接受反射光线;所述光学位置传感器用于实时地获取固定在内窥镜前端的光学跟踪器以及附加在标定模板的光学跟踪器的位置信息;通过手术导航系统和红外定位仪进行光学跟踪实现实时配准。
3.如权利要求1所述基于内窥镜的微创手术机器人系统,其特征在于,所述机械臂模块包含:承载基座、活动夹爪、机械臂及控制柜;其中,所述承载基座用于承载机械臂;所述可活动夹爪安装在机械臂末端,用于夹持内窥镜及手术器械;机械臂为7轴机械臂,用于产生机械臂的运动;所述控制柜用于发射指令控制手术机械臂各自由度的运动;所述机械臂模块通过机械臂来夹持并控制内窥镜与手术器械的空间位置和旋转方向,实现定位和跟踪。
4.如权利要求2所述基于内窥镜的微创手术机器人系统,其特征在于,所述手术导航系统和红外定位仪进行光学跟踪实现实时配准,具体为:分别建立光学跟踪器、光学位置传感器、标定模板的棋盘网格以及内窥镜相机的坐标系统,根据光学跟踪器与光学位置传感器之间的相对坐标关系、光学位置传感器与棋盘网格的相对坐标关系和棋盘网格与内窥镜相机的相对坐标关系计算得到光学跟踪器与内窥镜相机之间的相对坐标关系。
5.如权利要求4所述基于内窥镜的微创手术机器人系统,其特征在于,所述手术导航系统捕获内窥镜前端反射的红外反射光线来追踪目标的空间位置,实现手术中实时的器械跟踪与配准,具体地,导航系统用于计算得到固定在内窥镜前端的光学跟踪器的坐标系S和光学位置传感器的系统参考空间坐标系R的变换矩阵TSR,其相对坐标变换关系可具体表示为:
其中,是固定在内窥镜上的光学跟踪器的空间坐标,是光学位置传感器的系统参考空间的空间坐标,TSR包含旋转矩阵和平移矩阵。
6.如权利要求5所述基于内窥镜的微创手术机器人系统,其特征在于,所述导航系统用于计算得到光学位置传感器的系统参考空间坐标系R与标定模板的棋盘网格的坐标系G的变换矩阵TRG,其相对坐标变换关系可具体表示为:
其中,是系统参考空间的空间坐标,是标定模板的棋盘网格的空间坐标,TRG包含旋转矩阵和平移矩阵。
7.如权利要求6所述基于内窥镜的微创手术机器人系统,其特征在于,所述导航系统用于计算得到标定模板的棋盘网格的坐标系G与内窥镜相机坐标系C的变换矩阵TGC,其相对坐标变换关系可具体表示为:
其中,是标定模板的棋盘网格的空间坐标,是内窥镜相机的空间坐标,TGC包含旋转矩阵和平移矩阵。
8.如权利要求7所述基于内窥镜的微创手术机器人系统,其特征在于,所述导航系统用于利用矩阵之间的变换关系,计算得到固定在内窥镜前端的光学跟踪器的坐标系S与内窥镜相机坐标系C的变换矩阵TSC,其具体变换关系为:
TSC=TSR·TRG·TGC。
9.如权利要求3所述基于内窥镜的微创手术机器人系统,其特征在于,所述7轴机械臂系统对机械臂进行精确控制。
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