[发明专利]一种基于双机械臂协同的术中X光影像系统

说明书

技术领域

本发明涉及医疗、制造、机械等领域。更具体地说是涉及一种基于双机械臂协同的术中X光影像系统

背景技术

X光影像系统是术中定位的常用方式，被广泛应用于骨科、妇科及外科植介入手术中。C型臂透视系统作为传统术中X光影像系统，无法提供自身与手术床的相对位置关系，因此使用者无法精确控制术中透视拍摄的位置和角度，导致需反复尝试和调整，增加了手术时间和透视剂量；同时由于C型臂结构庞大，因此会与手术床等发生位置干涉，影响手术操作。本发明通过引入两个六自由度机械臂，代替X光影像系统中C型臂结构部分，实现灵活精确的术中透视位置与角度调整，降低了术中透视的使用次数，同时解决了传统C型臂过度占用术中空间的问题。

发明内容

本发明提供了一种基于双机械臂协同的术中X光影像系统，其特征在于：使用双机械臂代替C型臂结构实现发射端、数字平板与术中病人的相对定位，从而完成X光透视成像，硬件设备包括：发射端机械臂(1)、接收端机械臂(2)、PC上位机(3)、数字平板(4)、X射线发射源(5)、把手(6)、位置传感器(7)，其中发射端机械臂(1)与接收端机械臂(2)为两个六自由度机械臂，安装在手术床(8)两侧且可沿床滑动，机械臂基座装有位置传感器(7)，保证发射端机械臂(1)与接收端机械臂(2)相对于手术床(8)位置已知，发射端机械臂(1)与接收端机械臂(2)的末端位姿信息、基座位置信息可传输至PC上位机(3)；发射端机械臂(1)末端安装有X射线发射源(5)，X射线发射源(5)侧面装有把手(6)，允许操作者抓握；接收端机械臂(2)末端安装有数字平板(4)；操作者通过可以通过遥控模式下输入拍摄的位置与姿态参数或在手动模式下抓握X射线发射源(5)侧面的把手(6)直接拖拽，控制X射线发射源(5)到达预期的透视位置，确定后通过定位算法计算接收端机械臂(2)及数字平板(4)的对应空间位置，控制接收端机械臂(2)达到位置，保证X射线发射源(5)与数字平板(4)轴线重合，距离满足成像要求，实现X光透视成像。

本发明中所述基于双机械臂协同的术中X光影像系统，其定位算法特征在于：定义发射源坐标系，以X射线发射源(5)中心为原点O，X轴与发射端机械臂(1)末端坐标系X轴平行，Z轴为X射线发射源(5)中心轴线；定义接收端坐标系，以数字平板(4)中心为原点O’，X’轴与接收端机械臂(2)末端坐标系X轴平行，Z’轴与数字平板(4)平面法线方向重合；发射端机械臂(1)依据输入拍摄的位置与姿态参数运动或跟随操作者拖拽运动到达拍摄位置后，末端位姿信息X、Y、Z、Rx、Ry、Rz传至PC上位机(3)，控制软件基于C++环境，利用坐标变换矩阵完成“发射端机械臂-手术床-接收端机械臂”坐标转换；依据拍摄需求，发射端机械臂(1)与接收端机械臂(2)末端应保证其发射源坐标系与接收端坐标系X轴与X’轴重合，Y轴与Y’轴、Z轴与Z’轴反向重合，且两坐标系间原点距离固定为焦距L，见附图2，以此计算出接收端机械臂(2)的理论空间位姿X、Y、Z、Rx、Ry、Rz，由PC上位机(3)控制接收端机械臂运动，完成拍摄；过程中，手术床(8)及患者所在空间位置被定义为危险区域，当发射端机械臂(1)、接收端机械臂(2)的位姿坐标X、Y、Z在设定的范围内，系统将终止运动并提示操作者有可能发生碰撞。

本发明设计的基于双机械臂协同的术中X光影像系统，其优点包括：

1、遥控定位模式下能依据操作者对特定位置特定角度的拍摄要求，精确到达拍摄位姿实现术中X光透视

2、手动定位模式下只需轻轻拖拽X射线发射源，较C型臂定位更为灵活轻便。

3、完成透视后机械臂折叠收起，减小手术空间占用。

4、通过记录位姿参数，可以回到之前透视的位置与角度，精确实现同一位姿下的透视复现。

5、本发明操作方便、且具有较强的鲁棒性，具有较好的使用和推广价值。

附图说明

图1是本发明的硬件结构示意图。

在图1中，发射端机械臂(1)、接收端机械臂(2)、PC上位机(3)、数字平板(4)、X射线发射源(5)、把手(6)、位置传感器(7)、手术床(8)。

图2是本发明的双机械臂协同调节示意图。

具体实施方式