[發明專利]一種基于雙機械臂協同的術中X光影像系統

無效

• 申請號: 201410342888.7
• 申請日: 2014-07-18
• 公開（公告）號: CN104116517A
• 公開（公告）日: 2014-10-29
• 發明（設計）人: 王豫;朱罡;趙向蕊;裴葆青;喬惠婷;陳向前
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: A61B6/00
• 分類號: A61B6/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及醫療、制造、機械等領域。更具體地說是涉及一種基于雙機械臂協同的術中X光影像系統

背景技術

X光影像系統是術中定位的常用方式，被廣泛應用于骨科、婦科及外科植介入手術中。C型臂透視系統作為傳統術中X光影像系統，無法提供自身與手術床的相對位置關系，因此使用者無法精確控制術中透視拍攝的位置和角度，導致需反復嘗試和調整，增加了手術時間和透視劑量；同時由于C型臂結構龐大，因此會與手術床等發生位置干涉，影響手術操作。本發明通過引入兩個六自由度機械臂，代替X光影像系統中C型臂結構部分，實現靈活精確的術中透視位置與角度調整，降低了術中透視的使用次數，同時解決了傳統C型臂過度占用術中空間的問題。

發明內容

本發明提供了一種基于雙機械臂協同的術中X光影像系統，其特征在于：使用雙機械臂代替C型臂結構實現發射端、數字平板與術中病人的相對定位，從而完成X光透視成像，硬件設備包括：發射端機械臂(1)、接收端機械臂(2)、PC上位機(3)、數字平板(4)、X射線發射源(5)、把手(6)、位置傳感器(7)，其中發射端機械臂(1)與接收端機械臂(2)為兩個六自由度機械臂，安裝在手術床(8)兩側且可沿床滑動，機械臂基座裝有位置傳感器(7)，保證發射端機械臂(1)與接收端機械臂(2)相對于手術床(8)位置已知，發射端機械臂(1)與接收端機械臂(2)的末端位姿信息、基座位置信息可傳輸至PC上位機(3)；發射端機械臂(1)末端安裝有X射線發射源(5)，X射線發射源(5)側面裝有把手(6)，允許操作者抓握；接收端機械臂(2)末端安裝有數字平板(4)；操作者通過可以通過遙控模式下輸入拍攝的位置與姿態參數或在手動模式下抓握X射線發射源(5)側面的把手(6)直接拖拽，控制X射線發射源(5)到達預期的透視位置，確定后通過定位算法計算接收端機械臂(2)及數字平板(4)的對應空間位置，控制接收端機械臂(2)達到位置，保證X射線發射源(5)與數字平板(4)軸線重合，距離滿足成像要求，實現X光透視成像。

本發明中所述基于雙機械臂協同的術中X光影像系統，其定位算法特征在于：定義發射源坐標系，以X射線發射源(5)中心為原點O，X軸與發射端機械臂(1)末端坐標系X軸平行，Z軸為X射線發射源(5)中心軸線；定義接收端坐標系，以數字平板(4)中心為原點O’，X’軸與接收端機械臂(2)末端坐標系X軸平行，Z’軸與數字平板(4)平面法線方向重合；發射端機械臂(1)依據輸入拍攝的位置與姿態參數運動或跟隨操作者拖拽運動到達拍攝位置后，末端位姿信息X、Y、Z、Rx、Ry、Rz傳至PC上位機(3)，控制軟件基于C++環境，利用坐標變換矩陣完成“發射端機械臂-手術床-接收端機械臂”坐標轉換；依據拍攝需求，發射端機械臂(1)與接收端機械臂(2)末端應保證其發射源坐標系與接收端坐標系X軸與X’軸重合，Y軸與Y’軸、Z軸與Z’軸反向重合，且兩坐標系間原點距離固定為焦距L，見附圖2，以此計算出接收端機械臂(2)的理論空間位姿X、Y、Z、Rx、Ry、Rz，由PC上位機(3)控制接收端機械臂運動，完成拍攝；過程中，手術床(8)及患者所在空間位置被定義為危險區域，當發射端機械臂(1)、接收端機械臂(2)的位姿坐標X、Y、Z在設定的范圍內，系統將終止運動并提示操作者有可能發生碰撞。

本發明設計的基于雙機械臂協同的術中X光影像系統，其優點包括：

1、遙控定位模式下能依據操作者對特定位置特定角度的拍攝要求，精確到達拍攝位姿實現術中X光透視

2、手動定位模式下只需輕輕拖拽X射線發射源，較C型臂定位更為靈活輕便。

3、完成透視后機械臂折疊收起，減小手術空間占用。

4、通過記錄位姿參數，可以回到之前透視的位置與角度，精確實現同一位姿下的透視復現。

5、本發明操作方便、且具有較強的魯棒性，具有較好的使用和推廣價值。

附圖說明

圖1是本發明的硬件結構示意圖。

在圖1中，發射端機械臂(1)、接收端機械臂(2)、PC上位機(3)、數字平板(4)、X射線發射源(5)、把手(6)、位置傳感器(7)、手術床(8)。

圖2是本發明的雙機械臂協同調節示意圖。

具體實施方式