[发明专利]基于虚拟现实技术的远程开放性手术机器人系统

说明书

基于虚拟现实技术的远程开放性手术机器人系统，属于计算机辅助外科技术领域，本发明广泛融合了虚拟现实、局域网通信、机器人运动学等多个领域的相关技术，保证手术机器人的精确性与稳定性，数据传输的低延迟，VR设备的显示清晰度与易交互。本发明系统可以部分或完全替代传统开放性手术，作为传统开放性手术和微创机器人手术之间的跳板，填补当下二者之间技术和产品的空白，为现代手术完全发展至微创机器人手术提供一个过渡阶段。远程手术的引入可以缓解地区之间医疗资源分布不均的问题，使医疗资源再分配，也可以极大降低远程会诊难度。且本发明系统成本较低，可以在欠发达地区的医院得到推广普及。

技术领域

本发明属于计算机辅助外科技术领域，特别是涉及到基于虚拟现实技术的远程开放性手术机器人系统。

背景技术

与传统开放性手术相比，机器人手术创伤小、术后患者恢复较快、手术风险小。部分手术机器人包含三维成像系统，可减少术者对手术中距离把握的失误；其内置算法可以滤除术者手部震颤，增强操作的精确性。手术机器人的手术效果明显优于传统开放性手术。而传统开放性手术创伤大、术后患者恢复较慢、手术风险大，在长时间手术中手术效率可能因术者疲劳而下降。

然而，现有的手术机器人也存在一些问题。首先，手术机器人存在自身缺陷，其触觉反馈相较于传统手术较弱，在大部分情况下术者只能通过视觉获得反馈；多数手术机器人设备体积庞大，安装与调试过程复杂，需要专用手术室进行手术，术者与患者需处于同一间手术室；手术机器人操作难度大，学习曲线长，在执行临床手术前术者需要一定时间进行培训；手术机器人配件的更换与消毒过程复杂、耗时较长。其次，手术机器人成本昂贵，目前无法在医院得到普及；部分器械只能一次性利用，每例手术平均耗材费用昂贵，相较于传统开放性手术成本过高，普通患者难以承担手术费用；需要定期维护和更换配件，每年的维修保养支出也较高。另外，机器人手术培训存在不规范现象，各个相关标准不统一；术者资格的认证与管理存在缺失，可能会出现不规范手术或违规操作仪器的现象，提升患者的手术风险；因术者操作不当导致的手术事故会使手术结果远差于开放性手术。

因此，现有技术亟需一种新的技术方案来解决上述问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供基于虚拟现实技术的远程开放性手术机器人系统，将虚拟现实技术与手术机器人结合起来，将VR友好的用户交互方式与手术机器人卓越的精确性相融合，提供一种低成本、高效益的远距离实施开放性手术的解决方案；与现有技术相比，风险比传统开放性手术小、精度比传统开放性手术高，成本比当前手术机器人低、操作比当前手术机器人简易。

基于虚拟现实技术的远程开放性手术机器人系统，其特征是：包括VR设备、局域网关、移动平台、摄像头组件以及机械臂，所述VR设备通过局域网关与移动平台连接，所述移动平台内部设置有树莓派开发板以及Arduino开发板；所述摄像头组件通过USB串口与移动平台内部树莓派开发板连接；所述机械臂设置在移动平台的上部，机械臂内部设置有舵机；所述Arduino开发板通过I/O接口与手术机械臂连接。

所述VR设备包括虚拟现实显示器和虚拟现实控制器。

所述树莓派开发板软件功能包括视频采集模块、运动学求解模块、图像处理模块、操作接收模块、视频发送模块、传感器信息发送模块。

所述Arduino开发板软件功能包括舵机控制模块、传感器信息处理模块、I/O通信模块。

所述虚拟现实设备软件功能包括UI交互界面、视频显示模块、视频接收模块、传感器信息接收模块以及操作发送模块。

所述局域网关设置在移动平台内部。

所述手术机械臂上设置有手术机械臂末端执行器。

所述摄像头组件采集视频通过USB串口传输至树莓派开发板；通过树莓派开发板编码后发送至VR设备；通过虚拟现实控制器处理视频数据并在虚拟现实显示器中显示。