[發明專利]機器人與影像設備的空間注冊方法、裝置及電子設備

有效

• 申請號: 202010764873.5
• 申請日: 2020-07-31
• 公開（公告）號: CN111870346B
• 公開（公告）日: 2022-05-13
• 發明（設計）人: 段星光;何睿;潘月;李浩源;賈曉波;周珅珅
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: A61B34/20
• 分類號: A61B34/20;G06T7/00;G06T7/62;G06T7/70
• 代理公司: 北京知果之信知識產權代理有限公司 11541
• 代理人: 卜榮麗

本發明公開了一種機器人與影像設備的空間注冊方法、裝置及電子設備，其中方法包括：基于標記物組建立中間坐標系，對透視圖像進行處理生成透視圖像坐標系，確定透視圖像坐標系和中間坐標系的相對位姿關系；確定機器人坐標系和中間坐標系的相對位姿關系，進而確定機器人坐標系和透視圖像坐標系的相對位姿關系；基于透視掃描區域的圓心建立影像設備坐標系，并確定透視圖像坐標系和影像設備坐標系的相對位姿關系；確定機器人坐標系和影像設備坐標系的相對位姿關系，實現機器人與影像設備的空間注冊；本發明提供的空間注冊方法減小了注冊誤差，醫生進行基本醫學影像設備操作和影像分析即可實現手術機器人與醫學影像設備的快速、高精度空間注冊。

技術領域

本發明涉及機器人領域，具體涉及一種機器人與影像設備的空間注冊方法、裝置及電子設備。

背景技術

手術機器人具有定位精準、可重復性高、能有效提升醫生手術操作能力等優點，已經被越來越廣泛應用于臨床手術實施。使用手術機器人對患者實施手術的前提是確定患者空間與機器人操作空間的相對位置關系，患者空間通常通過醫學影像設備例如CT掃描CT影像來確定，為了在確定患者空間的同時避免手術機器人碰撞醫學影像設備，需要確定機器人操作空間與醫學影像設備空間的相對位置關系，即實現手術機器人與醫學影像設備的空間注冊。

目前常用的一種技術手段是利用光學或電磁定位設備確定手術機器人、醫學影像設備和患者空間的相對位置關系。具體實施時，在機器人和患者上安裝光學或電磁定位標記，用光學或電磁定位設備追蹤定位標記確定機器人操作空間和患者空間的相對位置關系，通過醫學影像設備掃描患者上安裝的定位標記確定醫學影像設備空間和患者空間的相對位置關系，進一步實現手術機器人與醫學影像設備的空間注冊。

另一種技術手段是采用手術機器人觸碰標記點的方法確定機器人操作空間和醫學影像設備空間的相對位置關系。具體實施時，在患者上安裝標記點，通過機器人觸碰標記點確定機器人操作空間和患者空間的相對位置關系，通過醫學影像設備掃描患者上安裝的標記點確定醫學影像設備空間和患者空間的相對位置關系，進一步實現手術機器人與醫學影像設備的空間注冊。

上述兩種技術手段雖然能夠實現手術機器人與醫學影像設備的空間注冊，但是存在以下問題：

1、光學或電磁定位設備容易受到光線遮擋、手術器械鐵磁干擾等不良影響，這會直接導致注冊誤差甚至造成注冊失敗；且定位設備價格昂貴，其安裝對手術室有特殊要求；

2、采用手術機器人觸碰標記點的方法需要醫生手動操控機器人觸碰多個標記點，醫生操作繁瑣；標記點的中心位置、被觸碰時標記點移動、醫生手動操控機器人觸碰標記點誤差等均會導致注冊誤差；

3、注冊時間較長，進一步增加了整個手術時間；且鑒于醫生普遍只對影像設備的操作和影像分析具有深入研究，所使用定位設備和注冊方法對醫生的學習能力和操作技能的要求較高。

發明內容

本發明的主要目的在于提供一種機器人與影像設備的空間注冊方法、裝置及電子設備，以解決現有機器人與影像設備的空間注冊容易導致注冊誤差、注冊時間長、操作復雜繁瑣對醫生要求高且成本高的問題。

為了實現上述目的，根據本發明的第一方面，提供了一種機器人與影像設備的空間注冊方法，包括：

將機器人的標記物組移動至影像設備透視范圍內，基于所述標記物組建立中間坐標系；

獲取影像設備對標記物組進行掃描得到的透視圖像，對所述透視圖像進行處理生成透視圖像坐標系，確定透視圖像坐標系和中間坐標系的相對位姿關系；

接收預先設置的機器人坐標系，確定所述機器人坐標系和所述中間坐標系的相對位姿關系；

確定機器人坐標系和透視圖像坐標系的相對位姿關系；

獲取影像設備的透視掃描區域，基于所述透視掃描區域的圓心建立影像設備坐標系，并確定透視圖像坐標系和影像設備坐標系的相對位姿關系；