[发明专利]手术机器人主从映射比例控制系统及方法

说明书

本发明涉及手术机器人技术领域，特别涉及一种基于手术任务特征的手术机器人主从映射比例控制系统及方法，包括主从运动控制器、手术任务识别模块以及内窥镜成像模块，所述手术任务识别模块依据所述主从运动控制器的各个关节驱动器参数与所述内窥镜成像模块的手术实时影像数据，自动对手术任务进行识别，实现对所述主从运动控制器在映射比例上的调整，能够减少基于人工干预的主从映射比例调整的不确定性，可以在无需人工反复干预的情况下，帮助术者调整到合适的主从映射比例，在保障手术操作安全的前提下，提高手术操作速度，加快手术进程，减少手术机器人在手术时间上的劣势。

技术领域

本发明涉及手术机器人技术领域，特别涉及一种基于手术任务特征的、手术机器人主从映射比例控制系统及方法。

背景技术

既往的研究已经证实，手术机器人在狭窄空间中的效率和手术效果优于内窥镜手术。然而，在机器人手术中，手术机器人的安装时间延长了手术总时间，相对于普通内窥镜手术存在时间上的劣势，依靠反复训练缩短了机器人的安装时间后，该劣势并不能完全摆脱。因此，通过其他的方法改进手术机器人的工作效率势在必行。

胃癌根治术、结直肠癌根治术等这类手术既包括大范围的运动和相对粗糙的手术，又包括小范围的运动和精细手术。与传统的根治性前列腺切除术之类的机器人手术相比，这种类型的手术在运动范围上可以代表机器人手术中的混合型手术。运动缩放是一种平衡手术任务的速度和精度的功能。依靠实时动态缩放比例的异步手动调整系统，有望提高各种手术中机器人手术的效率，扩大手术机器人的应用范围。

应用手术机器人进行胃切除术的案例中，发现不适当的主从映射比例可能会使外科医生的手术速度减慢。为了提高工作空间中的移动速率，同时又确保机器人手术系统的安全性和有效性，需要根据术中情况调整手术机器人的运动缩放比例。

其中，手术机器人两只手的运动缩放比例不一致可能是许多研究人员关注的问题之一。在使用该系统之前，许多研究人员认为，这种不一致的运动缩放比例可能会导致外科医生适应问题并带来身体症状。但是，在系统应用后，运动缩放的实时调整被证明具有一定的现实意义。根据先前实验的结论，外科医生左手的主要功能是拖动和露出，特别是在缝合任务中活跃。右手的主要功能是自由运动和切除，因此左手运动更快、更粗糙，右手运动更慢、更柔和，以免损坏重要结构。双手动作的不一致导致这种“混合映射”在理论上具有一定的合理性。

根据手术录像发现这主要是因为两只手的主要功能不同，右手主要用于解剖和切除，左手主要用于牵引。映射比例更大的右手可以在血管和淋巴结附近进行精细的解剖和切除，而映射比例更小的左手可以快速移动并快速牵引质量组织。当需要更精确的操作，过小的映射比例会导致执行器械容易失控，过度的操作也需要反复调整，导致继发性损伤，需要额外的止血措施并消耗更多的持续时间；过大的主从映射比例将缺乏器械快速牵引的能力。

可见，正确的主从映射比例主要是受到当前手术任务的影响。通常，一台手术有很多个手术分任务，不同的任务有不同的主从映射比例需求。为了达到更高的操作效率，需要反复的调整主从映射比例。然而对于手术人员来说，反复调整会打断手术进程和节奏。如果能依据当前手术任务的基础上，自动对主从映射比例进行实时的、动态的调整，将有效提高手术效率。由于目前的手术机器人并不能主动识别手术任务，因此依靠人工识别手术任务等方式，不仅需要额外的人工，而且可靠性欠佳。

应该注意，上面对技术背景的介绍只是为了方便对本申请的技术方案进行清楚、完整的说明，并方便本领域技术人员的理解而阐述的。不能仅仅因为这些方案在本申请的背景技术部分进行了阐述而认为上述技术方案为本领域技术人员所公知。

发明内容

本发明的目的是：针对上述背景技术中存在的不足，提供一种基于手术任务特征的、手术机器人主从映射比例控制方案，以在当前手术任务的基础上，自动的对主从映射比例进行实时的、动态的调整，有效提高手术机器人的手术效率及可靠性。