[发明专利]基于机器人超声扫描的手术导航系统及方法

权利要求书

1.一种基于机器人超声扫描的手术导航系统，其特征在于，所述系统包括：

扫描设备，其具有一个或多个分别连接于一个或多个单轴或多轴机械臂末端的同时具有多个自由度运动的超声探头，以及具有一个或多个用于采集患者姿态和所述超声探头的相对位置的三维视觉传感器，一个或多个所述超声探头被配置成对患者的患处及患处内的手术器械进行连续超声扫描而形成多个二维超声图像；

控制站，用于控制所述机械臂带动所述超声探头沿一个或多个预设轨迹在患者表面扫描，以及根据患者姿态和所述超声探头的相对位置，将所述二维超声图像在预建设的基于患者患处的三维模型内实时匹配，以实现三维导航，所述三维模型包括体表信息、血管、骨骼中的一种或多种；

显示站，用于实时显示三维导航画面。

2.根据权利要求1所述的基于机器人超声扫描的手术导航系统，其特征在于，所述超声探头在超声扫描时，所述机械臂的工作模式具有以下情况之一：

基于所述控制站控制的自动模式；

被手动拖拽的引导模式。

3.根据权利要求2所述的基于机器人超声扫描的手术导航系统，其特征在于，所述机械臂基于以下结构配合进入所述自动模式或所述引导模式：

手柄，设置于所述超声探头和所述机械臂之间；

第一力传感模块，设置于所述手柄和所述超声探头之间，用于在所述手柄被施加外力或/和在所述超声探头被施加外力时感知受力；

第二力传感模块，设置于所述手柄和所述机械臂之间，用于感知所述手柄被施加外力产的受力。

4.根据权利要求3所述的基于机器人超声扫描的手术导航系统，其特征在于，在所述超声探头执行超声扫描时，所述控制站通过所述第一力传感器模块感知的所述超声探头的受力以及所述三维视觉传感器采集的患者姿态和所述超声探头的相对位置，来控制所述机械臂改变所述超声探头的姿态。

5.根据权利要求2所述的基于机器人超声扫描的手术导航系统，其特征在于，所述系统还包括踏板开关设备，所述踏板开关设备与所述控制站连接，通过其设置的若干个开关被触发而改变所述机械臂的工作模式。

6.根据权利要求1所述的基于机器人超声扫描的手术导航系统，其特征在于，所述超声探头的多个自由度运动，基于转动结构实现：

所述转动结构，其具有连杆和运动组件，所述连杆具有弯曲弧度，一端可转动地连接于所述机械臂的末端，另一端通过所述运动组件与所述超声探头连接，所述运动组件用于驱动所述超声探头沿着所述连杆移动、在所述运动组件中伸缩运动以及自转运动。

7.根据权利要求6所述的基于机器人超声扫描的手术导航系统，其特征在于，在具有一个所述转动结构时，另一个所述超声探头连接于所述机械臂的末端；

在具有两个或多个所述转动结构时，两个或多个所述转动结构可转动地连接与所述机械臂的末端且相互对称。

8.根据权利要求1所述的基于机器人超声扫描的手术导航系统，其特征在于，所述三维视觉传感器与多个受运动操纵器控制的运动副关节连接，所述运动操纵器连接于所述机械臂；

或所述三维视觉传感器设置于一可独立自由移动的多轴机器人上，所述多轴机器人设置于可采集到一个或多个所述超声探头及患者姿态的任意位置上；

以及，所述多轴机器人和所述运动操纵器用于在所述控制站的控制下操控所述三维视觉传感器对所述超声探头及患者姿态进行跟踪。

9.根据权利要求1所述的基于机器人超声扫描的手术导航系统，其特征在于，所述超声探头包括以下的一种或多种：

阵列式超声探头；

双平面超声探头；

容积型三维超声探头。

10.一种基于机器人超声扫描的手术导航方法，能够适用于权利要求1-9任一项所述的系统，其特征在于，包括如下步骤：

实时采集患者姿态和超声探头的相对位置并匹配度到预建设的基于患者患处的三维模型内，所述三维模型包括体表信息、血管、骨骼中的一种或多种，所述三维模型为基于C.T或MRI图像重建的模型；

控制一个或多个超声探头按预设轨迹对患者患处进行超声扫描，所述预设轨迹为基于所述三维模型预估得到，所述预设轨迹包括一个或多个所述超声探头的目标位姿和目标接触力；

在手术器械在患者患处移动时，根据所述超声扫描产生多个二维超声图像，实时整合到所述三维模型中得到三维导航画面，并输出到显示站中显示，所述三维导航画面包括患者患处以及所述手术器械在患者患处中的位置。