[发明专利]用于手术导航的设备及手术机器人

说明书

技术领域

本发明涉及医疗器械技术领域，更具体地讲，涉及一种用于手术导航的设备及手术机器人。

背景技术

机器人不仅应用于工业领域，在医疗领域也已得到推广应用。手术机器人(Surgical Robot)的问世不过短短10年，已经取得重大进展。手术机器人是一组器械的组合装置，它通常由一个探头(内窥镜或超声探头等)、手术器械、微型摄像头、操纵杆、多个机械臂等器件组装而成，此外，还包括手术导航系统。目前使用的手术机器人的工作原理是：医生坐在电脑显示屏前，通过显示屏观察病人体内的病灶情况，通过远程操控机器人手中的手术器械将病灶精确切除(或修复)。

图1示出现有的手术机器人的示例，包括远程操纵杆、手术器械、超声探头、多个机械臂(分别用于夹持手术器械、超声探头等)以及手术导航系统，医生通过远程操纵杆来控制机械臂(即控制被夹持在机械臂末端的手术器械和超声探头)来进行手术，在医生面前显示的是实时超声图像，图像中有对应于实际位置的人体手术区域以及手术器械模型，医生以实时超声图像提供的信息为依据操纵机械臂进行手术操作。显而易见，想要顺利地进行手术，必须要获取手术器械与人体手术区域的实时的、精确的空间位置关系。

手术导航系统即在手术中提供手术器械与人体手术区域实时空间位置关系的设备，图1所示出的手术机器人的手术导航系统为最常见的NDI Polaris光学跟踪定位系统，使用方式如下：机械臂处于初始状态，机械臂末端分别夹持有手术器械和超声探头，手术器械和超声探头分别固连有定位标志点阵列(例如，被动刚体)，将定位传感器安置在三角支架上，将支架放置在合适的位置后不再移动，以其作为世界坐标系的参考点；开启定位传感器，获取手术器械的初始位置和超声探头的初始位置(即，在世界坐标系下的绝对位置)；开始实际操作，利用超声探头获取人体手术区域的在世界坐标系中的空间位置和姿态，以及手术器械在世界坐标系中的空间位置和姿态，为医生提供实时的导航信息(计算机根据此空间位置信息以三维形式生成并显示人体手术区域的超声画面和手术器械模型。

然而，现有的光学跟踪定位系统还存在一定的弊端，主要集中在：手术过程中无法保证光学跟踪定位系统对待定位装置进行连续有效的定位(即，无法保证一直定位正常)，而一旦定位失效，手术就会因医生无法获取待定位装置的实时位置信息而中断。

发明内容

本发明的示例性实施例在于提供一种用于手术导航的设备及手术机器人，以克服现有的手术导航系统无法保证对待定位装置进行连续定位的问题。

根据本发明的一方面，提供一种用于手术导航的设备，所述设备包括：光学跟踪定位装置，用于检测待定位装置的第一空间位置和第一姿态；加速度跟踪定位装置，用于检测待定位装置的空间线性加速度和空间角加速度；融合定位装置，用于根据检测到的第一空间位置和第一姿态以及待定位装置的空间线性加速度和空间角加速度确定待定位装置的第二空间位置和第二姿态作为待定位装置的空间位置和姿态。

可选地，融合定位装置根据在第一时刻检测到的待定位装置的第一空间位置和第一姿态以及在第一时刻与第二时刻之间检测到的待定位装置的空间线性加速度和空间角加速度，确定待定位装置在第二时刻的第二空间位置和第二姿态，其中，第一时刻早于第二时刻。

可选地，第一时刻是光学跟踪定位装置开始处于定位失效状态之前最后一次检测到第一空间位置和第一姿态的时刻，第二时刻是光学跟踪定位装置开始处于定位失效状态时或之后的时刻，其中，在光学跟踪定位装置处于定位失效状态之前，融合定位装置将第一空间位置和第一姿态作为待定位装置的空间位置和姿态。

可选地，融合定位装置根据第一时刻与第二时刻之间检测到的待定位装置的空间线性加速度和空间角加速度计算待定位装置在第一时刻与第二时刻之间的空间位置变化和姿态变化，并根据第一时刻检测到的待定位装置的第一空间位置和第一姿态，以及在第一时刻与第二时刻之间的空间位置变化和姿态变化确定待定位装置在第二时刻的第二空间位置和第二姿态。

可选地，融合定位装置根据第i时刻与第i-1时刻之间检测到的待定位装置的空间线性加速度和空间角加速度计算待定位装置在第i-1时刻与第i时刻之间的空间位置变化和姿态变化，并根据计算得到的第i-1时刻的待定位装置的第二空间位置和第二姿态，以及在第i-1时刻与第i时刻之间的空间位置变化和姿态变化确定待定位装置在第i时刻的第二空间位置和第二姿态，其中，i为大于等于3的整数，第i-1时刻早于第i时刻。