一种双臂手术机器人导航定位方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN109223179A(43)申请公布日2019.01.18(21)申请号201811090312.0(22)申请日2018.09.18(71)申请人华志微创医疗科技（北京）有限公司地址100092北京市海淀区清河东滨河路4号5号院110室(72)发明人王荣军张晶贾建强(74)专利代理机构北京知呱呱知识产权代理有限公司11577代理人武媛吕学文(51)Int.Cl.A61B34/20(2016.01)权利要求书2页说明书5页附图1页(54)发明名称一种双臂手术机器人导航定位方法(57)摘要本发明实施例公开了一种双臂手术机器人导航定位方法，本方法用于医疗机械臂的精准定位，包括具有台面坐标系的手术台车，所述手术台车上设有导航机械臂与定位机械臂；获取病人医学影像信息；依据病人医学影像信息勾画病灶轮廓，构建三维可视化病灶建模，确定三维可视化病灶建模内的手术靶点坐标，规划导航机械臂的导航路径；建立病人体表坐标系与台面坐标系之间的坐标映射关系，控制导航机械臂移动到对应手术靶点坐标的台面指定坐标。所述双臂手术机器人导航定位方法不需要额外的光学定位或电磁定位装置，从而节省成本、节省手术室空间及提高了手术准确性。CN109223179ACN109223179A权利要求书1/2页1.一种双臂手术机器人导航定位方法，本方法用于医疗机械臂的精准定位，其特征在于：包括具有台面坐标系的手术台车，所述手术台车上设有导航机械臂与定位机械臂；获取病人医学影像信息；依据病人医学影像信息勾画病灶轮廓，构建三维可视化病灶建模，确定三维可视化病灶建模内的手术靶点坐标，规划导航机械臂的导航路径；建立病人体表坐标系与台面坐标系之间的坐标映射关系，控制导航机械臂移动到对应手术靶点坐标的台面指定坐标。2.根据权利要求1所述的一种双臂手术机器人导航定位方法，其特征在于：所述病人医学影像信息为CT影像或MRI影像。3.根据权利要求1所述的一种双臂手术机器人导航定位方法，其特征在于，所述依据病人医学影像信息勾画病灶轮廓的具体方法为：根据病人医学影像信息展示医学影像；在医学影像上标记病灶轮廓边缘点，得到病灶轮廓边缘点坐标集合；根据病灶轮廓坐标集合通过MachingCube面绘制算法进行三维可视化重建，得到三维可视化病灶建模。4.根据权利要求3所述的一种双臂手术机器人导航定位方法，其特征在于，所述确定病灶内的手术靶点坐标，规划进针坐标路径的具体方法为：根据病灶边缘点集合确定病灶轮廓的中心区域坐标，即为手术靶点坐标；依据手术靶点坐标规划导航机械臂位于X轴、Y轴、Z轴上的移动与旋转的操作流程。5.根据权利要求1所述的一种双臂手术机器人导航定位方法，其特征在于，所述建立病人体表坐标系与台面坐标系之间的坐标映射关系的具体方法为：利用定位机械臂获取静止在台面坐标系内的病人体表的MARK点坐标；设病人体表坐标系内全部MARK点坐标的集合C1，设定位机械臂拾取的MARK点在台面坐标系内的坐标集合C2，设R为m×n阶旋转矩阵、M为m×n阶转换矩阵，则有方程：C2＝R*C1+M；使用奇异值分解SVD(SingularValueDecomposition)对上式进行计算；其中，centroidC1为C1的坐标平均值，centroidC2为C2的坐标平均值，H的奇异值分解得到矩阵U、Σ、V；[U,Σ,V]＝SVD(H)；其中，U是m×m阶酉矩阵，Σ是半正定m×n阶对角矩阵，而V，即R的共轭转置，是n×n阶酉矩阵；得到，R＝VUM；由于病人体表坐标系与台面坐标系在尺度上的不同，假设尺度倍数为λ，则有2CN109223179A权利要求书2/2页简化后得到其中，旋转矩阵转换矩阵因此，所述病人体表坐标系与台面坐标系之间的坐标映射关系如下其中，病人体表坐标系内的坐标A(Xh,Yh,Zh)，手术台车坐标B(Xs,Ys,Zs)。6.根据权利要求5所述的一种双臂手术机器人导航定位方法，其特征在于，利用定位机械臂获取静止在台面坐标系内的病人体表的MARK点坐标的具体方法为：在病人手术部位周围粘贴四个MARK点，保证四个MARK点不位于同一个平面；固定手术台车与病人之间的相对位置，然后利用定位机械臂依次采集四个MARK点的MARK点坐标。3CN109223179A说明书1/5页一种双臂手术机器人导航定位方法技术领域[0001]本发明涉及医疗外科机器人技术领域，具体涉及一种双臂手术机器人导航定位方法。背景技术[0002]常见的外科手术中，脊柱、关节等骨科手术及脑外科手术由于精度要求高、操作复杂、术后并发症严重等原因，导致手术难度大、失败率高。流行病学资料表明，目前我国每年至少有100万到150万骨关节病患者、150万到200万脊柱病患者、30万到40万例