[发明专利]手术机器人操作监测系统和方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种手术机器人操作监测系统和方法。

背景技术

以麻省理工学院(原名斯坦福研究学院)研发的机器人外科手术技术为基础，Intuitive Surgical随后与IBM、麻省理工学院和Heartport公司联手对该系统进行了进一步开发。目前达芬奇机器人手术系统已经应用各个外科领域，在世界范围的总装机量达2000余台。美国95％以上的前列腺癌手术由该系统完成。我国天津大学也于今年研制成功国产机器人“巧手系统”。达芬奇外科手术系统和巧手系统都是一种高级“主-仆”机器人平台，由三部分组成：外科医生控制台、床旁机械臂系统、成像系统。主刀医生使用双手(通过操作两个主控制器)及脚(通过脚踏板)来控制器械和一个三维高清内窥镜，其操作台控制手术器械与外科医生的双手同步运动。

和标准腹腔镜相比，机器人手术系统提供了更好地人体工学环境，主刀医生可以使用坐姿，前臂和颈部放在支撑台上进行长时间手术。研究表明，和标准腹腔镜比较，机器人前臂支撑台的存在，可以有效地降低术者疲劳，提高术者动作精度，提高手术质量。

通过对手术者的动作进行分析，我们发现新手和专家对于机器人前臂支撑台的利用率有显著地差异，新手沿用腹腔镜习惯进行操作，双臂悬空，不光加重了疲劳，而且操作不稳，给患者安全带来隐患。所以，所有使用机器人手术系统的外科医生需要在模拟器上进行经过系统培训，经过认证才能进行手术。在使用模拟器进行训练外科医生时，我们也观察到了新手的这种不符合人体工学习惯的动作。为了养成良好的习惯，保证手术者手臂运动精度，降低手术疲劳和确保患者安全，需要对该行为进行规范。

为了纠正手术中的不良习惯，缩短培训周期和提高培训效果。本发明提供一种可对外科医生操作控制台的手部动作及支撑台压力进行实时监测的系统，用于机器人技术培训和实时手术监测。系统同时可记录手术者视野，手术者的手部动作，以及前臂和操作台的接触状况，可以标记和回放错误动作时术者的操作和对应的手术进度，便于研究，也便于外科医生术后进行总结。系统具有误操作报警功能，可以用语音的形式提醒术者实时纠正不规范动作，确保对前臂支撑台的有效利用。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种用于手术机器人或手术机器人模拟器的操作监测系统。以实现在手术机器人上对手术操作者的操作培训，以及对手术过程进行监测。

本发明要解决的另外一个技术问题是提供一种手术机器人或手术机器人模拟器的操作监测方法。

对于手术机器人操作监测系统，本发明采用的技术方案是：包括2组薄膜压力传感器及相应的压力采集仪、第1摄像机、第2摄像机、视频采集卡、中心控制器；

2组薄膜压力传感器分别安装在手术机器人的左手托台和右手托台上，所述2组薄膜压力传感器通过压力采集仪与中心控制器连接；

所述第1摄像机、第2摄像机以及来源于手术机器人成像系统的第3视频信号、第4视频信号与视频采集卡连接；所述第3视频信号和第4视频信号是与实时传输患者手术部位的视频数据至手术操作者视频信号相同的视频信号；

视频采集卡与中心控制器连接。

作为优选，还包括语音提醒单元；所述语音提醒单元与中心控制器连接。

作为优选，所述薄膜式压力传感器是电阻式、电容式或压电式薄膜压力传感器；所述薄膜式压力传感器采用单元式、组合式或阵列式进行组合并覆盖托台整个表面，当手术操作者的前臂支撑于托台表面的任何位置时，薄膜式传感器都可以感应到。

作为优选，第1摄像机安装于手术操作者的正前方；第1摄像机的视角中心与左手托台、右手托台的中心连线重合，第1摄像机的高度与左手托台、右手托台表面等高，第1摄像机的视角范围能完整的覆盖手术操作者的左前臂、右前臂和左手托台、右手托台的接触处。

作为优选，第2摄像机安装位置要求其视角覆盖整个手术场所，用于记录手术室内的状况和手术者的坐姿；第2摄像机水平放置，其视角中心与手术者坐下时的整个人体的中心重合。

作为优选，压力采集仪通过RS232、USB或者以太网接口与中心控制器的接口连接。

作为优选，中心控制器是具有RS232、网口、USB接口且主板具有PCIE×4或者以上的工控机、PC机或服务器。

对于手术机器人的操作监测方法，本发明采用的技术方案是：包括以下步骤：

(1)设备安装：将2组薄膜压力传感器分别安装在手术机器人或手术机器人模拟器(以下统称手术机器人)的左手托台和右手托台上，并使每组薄膜压力传感器覆盖所安装托台的整个表面；