[發明專利]一種多孔腹腔手術機器人腹腔鏡自動導航方法

在審

• 申請號: 201811285372.8
• 申請日: 2018-10-31
• 公開（公告）號: CN109330685A
• 公開（公告）日: 2019-02-15
• 發明（設計）人: 周正東
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: A61B34/20
• 分類號: A61B34/20;A61B34/30
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 劉傳玉

本發明公開了一種多孔腹腔手術機器人腹腔鏡自動導航方法，該方法利用攜帶多個標記點的介入手術器械及手術視野圖像處理技術，通過對手術視野圖像中心的自動調整以及腹腔鏡焦距的自動調整，使得觀察視野圖像保持清晰、手術器械遠端始終位于手術醫生適宜的觀察視野中，可有效提高手術質量和效率，降低醫生的勞動強度。

技術領域

本發明涉及微創手術領域，尤其涉及多孔腹腔手術機器人腹腔鏡自動導航技術。

背景技術

多孔腹腔手術機器人具有機器人控制系統、機器人臂、介入手術器械以及雙目相機構成的腹腔鏡，外科手術醫生借助于腹腔鏡生成的圖像，用雙手操作機器人控制系統的主手，從而控制介入手術器械的運動與操作。多孔腹腔手術機器人可使外科手術醫生更方便地開展微創手術，有效減少手術醫生的疲勞，提高手術質量和效率，手術切口小，患者易于恢復。

在腹腔鏡手術過程中，外科醫生需借助置入患者體內的雙目相機(腹腔鏡)接收手術區域的立體視覺反饋，以便開展精準手術操作。為了能夠保持適宜的手術觀察視野和圖像的高質量，相機姿態和焦距需要根據手術實際情況適時調整以跟隨手術器械的運動與操作。目前常用的技術包括語音控制、外科醫生視覺追蹤、腳踏板控制等方式，但這些方式存在給手術醫生帶來額外的負擔、難以對相機進行靈活準確控制等問題。

因此，臨床迫切需要一種便捷準確的術中相機姿態及焦距調整的方案。

中國專利申請號201580025333.2提出“用于控制手術機器人系統中的照相機位置的系統和方法”，它利用控制模式切換的方法對相機進行人工主從控制。在該專利中，機器人手術系統包括至少一個機器人臂、照相機和控制臺。控制臺包括第一手柄、第二手柄以及配置為在機器人控制模式和照相機控制模式之間進行選擇的選擇器開關。在系統中，第一手柄或第二手柄在機器人控制模式下控制至少一個機器人臂，并且第一手柄和第二手柄在照相機控制模式下控制照相機。這種方式需要在兩種不同的操控方式之間進行切換，實時性差，并增加了手術醫生的額外負擔。

利用攜帶多個標記點的介入手術器械及手術視野圖像處理技術，來自動調節腹腔鏡姿態及相機焦距，具有經濟、便捷、準確等優點，可有效降低醫生的負擔，提高手術質量和效率。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是針對背景技術中所涉及到的缺陷，提供一種多孔腹腔手術機器人腹腔鏡自動導航方法。

本發明為解決上述技術問題采用以下技術方案：

一種多孔腹腔手術機器人腹腔鏡自動導航方法，包含以下步驟：

步驟1)，臨床手術醫生根據患者病灶所處區域，調整腹腔鏡的位姿，使得病灶位于手術視野且圖像清晰，并使兩個介入手術器械遠端位于視野內；對于每個介入手術器械遠端、其上均設有至少兩個用于標定其所在直線上的標記點，記錄各個標記點和其末端的距離；

步驟2)，計算出當前兩個介入手術器械遠端所在直線的交點坐標O₀、當前腹腔鏡的焦距f₀、以及當前兩個介入手術器械末端和手術視野圖像中心連線形成的夾角α₀；

步驟2.1)，獲取當前手術視野圖像及腹腔鏡的焦距f₀：利用圖像采集單元獲取當前手術視野的圖像，并記錄當前腹腔鏡的焦距f₀；

步驟2.2)，獲取兩個介入手術器械遠端上所有標記點的圖像坐標：根據手術視野圖像，檢測兩個介入手術器械遠端所有的標記點，記錄所有標記點的圖像坐標；

步驟2.3)，獲取兩個介入手術器械所在直線的方程及末端坐標：根據各個標記點的坐標，確定兩個介入手術器械遠端在手術視野圖像中的直線方程，并根據介入手術器械各個標記點和其末端的距離計算出每個介入手術器械的末端坐標；