[发明专利]一种基于一体化手术机器人的术中规划调整方法及系统

权利要求书

1.一种基于一体化手术机器人的术中规划调整方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

S1、手术实施前，对患者手术部位进行三维扫描，得到3D图像；并根据所述3D图像定制术前规划方案，确定手术器械的置钉位置和方向；

S2、手术实施过程中，将手术器械按照规划的置钉位置和方向植入患者体内，再对患者同一手术部位和体内的手术器械一起做不同角度的透视扫描，得到不同角度的2D透视图像；然后，将所述2D透视图像配准到所述3D图像上；

S3、配准后，计算手术器械实际的置钉方向与规划的置钉方向之间的偏移旋转矩阵和平移量；

S4、基于所述偏移旋转矩阵和平移量，确定机械臂尖端手术器械需要调整的角度和位置，实时更新手术规划方案。

2.根据权利要求1所述的基于一体化手术机器人的术中规划调整方法，其特征在于，所述S1具体为：

S1.1、手术实施前，采用一体化手术机器人的移动式三维C臂对患者手术部位进行三维扫描，重建出3D图像；

S1.2、根据所述3D图像定制术前规划方案，标记出感兴趣点，并确定手术器械的入钉点和入钉方向。

3.根据权利要求1所述的基于一体化手术机器人的术中规划调整方法，其特征在于，所述S2具体为：

S2.1、手术实施过程中，将手术器械按照规划的置钉位置和方向植入患者体内；

S2.2、采用一体化手术机器人的移动式三维C臂再对患者同一手术部位和体内的手术器械一起进行不同角度的低剂量二维透视扫描，得到不同角度的2D透视图像；

S2.2、将所述不同角度的2D透视图像进行图像重建，识别出施术骨骼块和手术器械的刚性结构；

S2.3、基于所述刚性结构，将所述2D透视图像配准到所述3D图像上。

4.根据权利要求3所述的基于一体化手术机器人的术中规划调整方法，其特征在于，所述S2.3具体为：

将术前规划的3D图像投影生成多个2D图像，并采用内插法或者神经网络算法将所述2D透视图像与所述2D图像进行配准，获得所述2D透视图像的成像角度和位置信息。

5.根据权利要求2所述的基于一体化手术机器人的术中规划调整方法，其特征在于，所述S3具体为：

S3.1、找出手术器械的尖端的实际位置和手术器械中轴线上某一点位置，计算出手术器械的实际入钉方向；

S3.2、将所述手术器械的实际入钉方向与规划的入钉方向进行对比，计算出二者之间的偏移旋转矩阵；

S3.3、验证手术器械在规划时的入钉点是否在实际入钉方向上；若不在，计算规划入钉点与实际入钉点之间的平移量。

6.根据权利要求3所述的基于一体化手术机器人的术中规划调整方法，其特征在于，当所述手术器械植入患者体内还是未植入患者体内时，只要将所述手术机械在2D扫描成像范围内，均能计算出手术器械相对于2D扫描图像的位置。

7.根据权利要求6所述的基于一体化手术机器人的术中规划调整方法，其特征在于，计算所述手术器械相对于2D扫描图像的位置的方法，具体为：

根据红外装置识别到的C臂的实际位置和角度，确定探测器中心点红外坐标下的位置；并通过机械臂末端或基座红外探测器的位置，结合机械臂反馈的末端手术器械的位置，计算出手术器械的尖端和中轴线上某一点在红外坐标系下的实际位置，同时计算对应点在图像坐标系下的位置。

8.一种基于一体化手术机器人的术中规划调整系统，其特征在于，包括：移动式三维C臂一体化手术机器人、机械臂实时运动控制及反馈模块、规划补偿模块和用户操作中心；

所述移动式三维C臂一体化手术机器人，用于负责整个医学影像系统的二维/三维CT图像扫描、重建、配准和图像三维坐标、术中三维坐标转换和手术机器人的控制；所述运动控制及反馈模块，用于实时控制机械臂以及反馈当前机械臂的状态；所述规划补偿模块，用于二维CT图像重建，并与术前三维CT重建图像配准，计算出偏移量，制定术中目标点的规划补偿方案，对机械臂位置及时进行动态补偿；所述用户操作中心，用于整个系统的参数配置、数据管理和交互。

9.根据权利要求8所述的基于一体化手术机器人的术中规划调整系统，其特征在于，

所述机械臂实时运动控制及反馈模块是通过TCP/IP协议传输机械臂当前状态，所述状态包括：各关节角度、工具中心接触点位姿、移动速度、加速度和安全电压电流限值。