[发明专利]一种穿刺手术机器人CT三维可视化系统

权利要求书

1.一种穿刺手术机器人CT三维可视化系统，其特征在于，包括：超声仪系统，空间定位系统，图像采集系统，计算机系统；其中：

所述超声仪系统，用于获取实施的B型超声图像；

所述空间定位系统，采用电磁定位，确定穿刺针的空间定位；包括电磁发射器、电磁接收器、电子单元；所述电磁发射器、电磁接收器分别与所述电子单元连接，用于发射和接收位姿数据；

所述电磁接收器包括超声探头电磁接收器、穿刺针末端电磁接收器；所述超声探头电磁接收器用于确定二维超声图像中的像素在三维晶格中的空间位置；所述穿刺针末端电磁接收器是用来实施监控穿刺针的位姿；

所述电磁发射器相对于手术机器人底座和手术床固定，所述电磁接收器分别固定在超声探头上以及穿刺针的末端，以此来发射和接收信号；

所述图像采集系统，用于将二维图像采集到计算机中，以便进行三维图像的重建；

所述计算机系统，用于接收其余系统的数据并将其三维重建以及可视化；包括运行于计算机上的软件系统，软件系统包括2D超声图像及其位置采集模块，2D超声图像预处理及特征点提取模块，体素灰体计算及三维晶体可视化模块，穿刺机器人运动参数计算模块，穿刺机器人运动控制模块；通过获取病灶的2D图像及位姿信息，并且利用三维重建技术建立病灶的三维模型，以便医生能够在病灶的三维重建模型上进行手术规划，指定合适的进针路线。

2.根据权利要求1所述的穿刺手术机器人CT三维可视化系统，其特征在于，所述2D超声图像及其位置采集模块，通过在基于电磁定位的freehand三维超声系统内，同时采集病灶区域的2D超声图像及每张图像对应的位姿数据，以便建立病灶的三维模型。

3.根据权利要求2所述的穿刺手术机器人CT三维可视化系统，其特征在于，所述2D超声图像预处理及特征点提取模块中，通过预处理，保留高密度的重要信息区域图像，剔除无用区域的图像；超声探头标定时提取图像上的5个亮点区，确定5个点在图像坐标系中的坐标即为特征点。

4.根据权利要求2所述的穿刺手术机器人CT三维可视化系统，其特征在于，所述体素灰体计算及三维晶体可视化模块，首先根据探头标定结果及电磁发射器与三维图像的坐标变换关系计算出二维图像中的像素点在三维晶格中的坐标，然后根据三维晶格中体素与像素的空间位置关系计算体素灰度，最后通过三维可视化技术显示填充体素后的三维晶格，并允许医生对三维晶格进行剖切和测量等交互操作，以便选择最佳进针路径。

5.根据权利要求4所述的穿刺手术机器人CT三维可视化系统，其特征在于，所述穿刺机器人运动参数计算模块，首先通过坐标变换将三维图像中的进针路径映射到机器人空间，然后根据机器人与进针路径、穿刺针的几何关系计算出机器人的运动参数，运动参数包括：手臂的三个平移量、手腕的两个旋转角以及进针深度。

6.根据权利要求5所述的穿刺手术机器人CT三维可视化系统，其特征在于，所述穿刺机器人运动控制模块，基于机器人的运动规划，实现机器人穿刺手术所需要的运动功能；机器人运动按先后顺序分为手臂平移运动、手腕旋转运动、进针运动以及退针运动；其中，手臂平移运动是通过机器人外力拖动方式实现的，与临床手动穿刺相类似；为了使手腕在调整穿刺针方位时保持针尖点不动，通过针尖位移补偿算法实现机器人定点调姿功能；机器人进针时要考虑安全性及软组织变形等问题，该软件模块基于力/位反馈的机器人进针速度模糊控制；在完成组织提取或治疗后，机器人快速将穿刺针沿进针路径退出到安全位置。