一種超聲引導機器人輔助治療的系統和方法
2023-06-13 23:34:56
專利名稱：一種超聲引導機器人輔助治療的系統和方法
技術領域：
本發明涉及醫療設備領域，特別涉及一種超聲引導機器人輔助治療的系統和方法。
背景技術：
計算機技術的快速發展，促進了機器人技術、自動化技術、人工智慧技術、影像處 理與分析技術等的充分發展和日益完善，為工程技術進入外科領域奠定了良好基礎。作為 數位化醫療器械領域的一個新興交叉學科研究方向，計算機與機器人輔助外科手術系統受 到廣泛關注。它能夠充分利用醫學和工程的各自優勢，最大化人機協作的能力。
機器人的定位裝置主要包括光學定位儀、超聲定位儀和磁定位儀。目前，已有基於 光學定位儀的機器人輔助治療系統應用於臨床。但是，使用光學定位儀時，光的空間通道上 不允許有阻礙，極大限制了其在輔助治療機器人系統上的應用。超聲技術主要用於體內液 性、實質性病變的診斷，超聲定位儀檢查對發現病變、確定病變的位姿和大小比較容易，確 定病變是否為液性或含氣性也較可靠。超聲對檢查心臟、腹部和盆腔器官包括妊娠的檢查 應用較多。由於超聲診斷儀不似CT (Computed Tomography,X射線斷層成像)檢測昂貴，收 費標準較低，在臨床應用較普遍，檢查前的準備也很簡單。但超聲對於胃、肺和胃腸道的病 變則難以進行分辨。 因此，當前的醫療環境中，基於光學定位儀的輔助治療機器人系統應用臨床有較 大局限性，而基於超聲定位儀和機械定位儀的輔助治療發展尚不完善，有很多臨床問題難 以得到解決。
發明內容
本發明實施例提供了一種超聲引導機器人輔助治療的系統，所述技術方案如下
—種超聲引導機器人輔助治療的系統，所述系統包括手術機器人，二維超聲儀， 磁定位儀和工作站； 所述二維超聲儀，用於採集病患區域內的超聲檢測信息，並將所述超聲檢測信息 傳送給所述磁定位儀和工作站； 所述磁定位儀，用於根據所述二維超聲儀傳送的超聲檢測信息，對病患區域內部 進行三維超聲重建，得到病患區域內部的三維超聲重建信息，並將病患區域內部的三維超 聲重建信息發送給所述工作站； 所述工作站，用於根據所述二維超聲儀傳送的超聲檢測信息，以及所述磁定位儀 傳送的病患區域內部三維超聲重建信息，對病患區域進行可視化的三維重建，將病患區域 的三維重建圖進行呈現，並根據治療規劃控制所述手術機器人對病患區域進行治療。
本發明實施例還提供了 一種超聲弓|導機器人輔助治療的方法，所述方法包括
獲取超聲檢測信息； 根據所述超聲檢測信息對病患區域內部進行三維超聲重建，得到病患區域內部的手術機器人相結合，實現了對病患區域 的有效檢測及自動化治療，降低了醫生的勞動，並提高了手術的實施精度，有效的提高了醫 療效率。
圖1是本發明實施例1中提供的一種超聲引導機器人輔助治療的系統的結構示意 圖； 圖2是本發明實施例2中提供的一種超聲引導機器人輔助治療的方法的流程圖。
具體實施例方式
為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖對本發明實施方
式作進一步地詳細描述。
實施例1 如圖l所示，本發明實施例提供了一種超聲引導機器人輔助治療的系統，該系統 包括手術機器人101、二維超聲儀102、磁定位儀103和工作站104。 具體地，二維超聲儀102，用於利用安裝有位姿跟蹤傳感器的超聲探頭，採集病患 區域內的超聲檢測信息，其中，位姿即位置和姿態，超聲檢測信息包括多幅二維超聲圖像和 超聲位姿信息，二維超聲圖像包括病患特徵組織圖像。之後，二維超聲儀102將這些超聲檢 測信息傳送給磁定位儀103以及工作站104。 磁定位儀103，用於根據二維超聲儀102傳送的超聲檢測信息，對病患區域內部進 行三維超聲重建，如對病人肝臟進行三維超聲重建。並將病患區域內部的三維超聲重建信 息發送給工作站104。 工作站104，用於根據二維超聲儀102傳送的超聲檢測信息，以及磁定位儀103傳
送的病患區域內部三維超聲重建信息，對病患區域進行可視化的三維重建，並將病患區域
的三維重建圖呈現給醫生，由醫生制定治療規劃，在醫生將治療規劃輸入到工作站104後，
工作站104就根據醫生的治療規劃，控制手術機器人101對病患區域進行治療。 其中，工作站104可以為基於計算機的手術規劃工作站，計算機通過一系列程序，
根據超聲檢測信息和三維重建信息，對病患區域進行三維重建，並將三維重建圖通過顯示
裝置呈現給醫生。醫生在計算機上制定了治療規劃後，計算機就會通過相應程序，根據治療
規劃控制手術機器人101進行相應操作。在手術機器人101在進行手術治療的過程中，由
磁定位儀103對手術機器人進行超聲導航，如對手術機器人的機械臂進行超聲導航，使手
術機器人能夠進行精確地進行微操作，以確保手術機器人執行手術的精確度。 進一步地，在治療的過程中，磁定位儀103還會根據二維超聲儀102實時傳送的當
前的超聲檢測信息，實時地更新當前的病患區域內部三維超聲重建信息。 相應的，工作站104也會根據二維超聲儀102傳送的當前的超聲信息，以及磁定位
4儀103傳送的當前的病患區域內部的三維超聲重建信息，實時地更新當前的病患區域的三 維重建圖，並將當前的病患區域的實體狀態與三維重建狀態進行配準，以供醫生對病患區 域進行實時地監控，使得醫生可以更新治療規劃，在醫生更新了治療規劃後，工作站104則 按照更新的治療規劃控制手術機器人101進行手術。 本發明實施例通過將超聲儀、磁定位儀及手術機器人相結合，實現了對病患區域 的有效檢測及自動化治療，並能夠對手術機器人進行精確地超聲導航，降低了醫生的勞動， 並提高了手術的實施精度，有效的提高了醫療效率。
實施例2 本發明實施例提供了一種超聲引導機器人輔助治療的方法，利用實施例1中的系 統，實現對手術機器人的超聲導航以對病患區域進行手術。參見圖2，本發明實施例的方法 如下 201 :由二維超聲儀利用安裝有位姿跟蹤傳感器的超聲探頭，採集病患區域內的超 聲檢測信息，然後將這些超聲檢測信息傳送給磁定位儀以及工作站。超聲檢測信息包括多 幅二維超聲圖像和超聲位姿信息。 202 :磁定位儀根據二維超聲儀傳送的超聲檢測信息，對病患區域內部進行三維超 聲重建，並將病患區域內部的三維超聲重建信息發送給工作站。 203 :工作站根據二維超聲儀傳送的超聲檢測信息，以及磁定位儀傳送的病患區域 內部三維超聲重建信息，對病患區域進行可視化的三維重建，並將病患區域的三維重建圖 呈現給醫生，由醫生制定治療規劃，在醫生將治療規劃輸入到工作站後，工作站就根據醫生 的治療規劃，控制手術機器人對病患區域進行治療。 其中，工作站可以為基於計算機的手術規劃工作站，工作站的主要功能可以通過 計算機得以實現。計算機通過一系列程序，根據超聲檢測信息和三維重建信息，對病患區域 進行三維重建，並將三維重建圖通過顯示裝置呈現給醫生。醫生在計算機上制定了治療規 劃後，計算機就會通過相應程序，根據治療規劃控制手術機器人進行相應操作。在手術機器 人在進行手術治療的過程中，由磁定位儀對手術機器人進行超聲導航和精確定位，如對手 術機器人的機械臂進行超聲導航和精確定位，以確保手術機器人執行手術的精確度。
通過上述步驟就完成了初步的治療操作，在後續的治療過程中，磁定位儀還會根 據二維超聲儀實時傳送當前的超聲檢測信息，實時地更新當前的病患區域內部三維超聲重 建信息。相應的，工作站也會根據二維超聲儀傳送的當前的實時地超聲信息，以及磁定位儀 傳送的當前的病患區域內部的三維超聲重建信息，實時地更新當前的病患區域的三維重建 圖，並將病患區域的當前的實體狀態與三維重建狀態進行配準，以供醫生對病患區域進行 實時地監控，使得醫生可以更新治療規劃，在醫生更新了治療規劃後，工作站則按照更新的 治療規劃控制手術機器人進行手術。 本發明實施例通過將超聲儀、磁定位儀及手術機器人相結合，實現了對病患區域 的有效檢測及自動化治療，並能夠對手術機器人進行精確地超聲導航，降低了醫生的勞動， 並提高了手術的實施精度，有效的提高了醫療效率。 以上所述僅為本發明的較佳實施例，並不用以限制本發明，凡在本發明的精神和 原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。
權利要求
一種超聲引導機器人輔助治療的系統，其特徵在於，所述系統包括手術機器人，二維超聲儀，磁定位儀和工作站；所述二維超聲儀，用於採集病患區域內的超聲檢測信息，並將所述超聲檢測信息傳送給所述磁定位儀和工作站；所述磁定位儀，用於根據所述二維超聲儀傳送的超聲檢測信息，對病患區域內部進行三維超聲重建，得到病患區域內部的三維超聲重建信息，並將病患區域內部的三維超聲重建信息發送給所述工作站；所述工作站，用於根據所述二維超聲儀傳送的超聲檢測信息，以及所述磁定位儀傳送的病患區域內部三維超聲重建信息，對病患區域進行可視化的三維重建，將病患區域的三維重建圖進行呈現，並根據治療規劃控制所述手術機器人對病患區域進行治療。
2. 根據權利要求1所述的超聲引導機器人輔助治療的系統，其特徵在於，所述超聲檢 測信息包括多幅二維超聲圖像和超聲位姿信息，所述二維超聲圖像包括病患特徵組織圖 像。
3. 根據權利要求1所述的超聲引導機器人輔助治療的系統，其特徵在於，所述磁定位 儀，還用於在所述手術機器人進行治療的過程中，對所述手術機器人的操作進行超聲導航 和定位。
4. 根據權利要求1所述的超聲引導機器人輔助治療的系統，其特徵在於，所述工作站 為基於計算機的手術規劃工作站，所述計算機通過程序，根據所述超聲檢測信息和三維重 建信息，對病患區域進行三維重建，並將三維重建圖通過顯示裝置進行呈現，在接收到治療 規劃後，所述計算機根據治療規劃控制所述手術機器人進行相應操作。
5. —種超聲引導機器人輔助治療的方法，其特徵在於，所述方法包括 獲取超聲檢測信息；根據所述超聲檢測信息對病患區域內部進行三維超聲重建，得到病患區域內部的三維 超聲重建信息；根據所述超聲檢測信息，以及所述病患區域內部三維超聲重建信息，對病患區域進行 可視化的三維重建，將病患區域的三維重建圖進行呈現，並根據治療規劃控制手術機器人 對病患區域進行治療。
6. 根據權利要求5所述的超聲引導機器人輔助治療的方法，其特徵在於，所述超聲檢 測信息包括多幅二維超聲圖像和超聲位姿信息，所述二維超聲圖像包括病患特徵組織圖 像。
7. 根據權利要求5所述的超聲引導機器人輔助治療的方法，其特徵在於，所述控制手術機器人對病患區域進行治療，包括在所述手術機器人進行手術治療的過程中，對所述手術機器人的操作進行超聲導航和 定位。
全文摘要
本發明提供了一種超聲引導機器人輔助治療的系統和方法，所述系統包括手術機器人，二維超聲儀，磁定位儀和工作站；二維超聲儀，用於採集病患區域內的超聲檢測信息，並將超聲檢測信息傳送給磁定位儀以及工作站；磁定位儀，用於根據超聲檢測信息，對病患區域內部進行三維超聲重建，並將病患區域內部的三維超聲重建信息發送給工作站；工作站，用於對病患區域進行可視化的三維重建，將病患區域的三維重建圖進行呈現，並根據治療規劃控制手術機器人對病患區域進行治療。本發明實施例通過將超聲儀、磁定位儀及手術機器人相結合，實現了對病患區域的有效檢測及自動化治療，降低了醫生的勞動，並提高了手術的實施精度，有效的提高了醫療效率。
文檔編號A61B8/00GK101703409SQ20091009234
公開日2010年5月12日 申請日期2009年9月10日 優先權日2009年9月10日
發明者段星光, 邊桂彬, 黃強 申請人:北京理工大學