[發(fā)明專利]一種基于深度相機的超聲溶脂機器人系統(tǒng)及輔助操作方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010892660.0
• 申請日: 2020-08-31
• 公開（公告）號: CN112107363B
• 公開（公告）日: 2022-08-02
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 謝叻;嚴(yán)旻芃
• 申請（專利權(quán)）人: 上海交通大學(xué)
• 主分類號: A61B34/10
• 分類號: A61B34/10;A61B34/20;A61B34/30;A61N7/02;A61B90/00
• 代理公司: 上海恒慧知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 31317
• 代理人: 徐紅銀

本發(fā)明提供一種基于深度相機的超聲溶脂機器人系統(tǒng)，包括：機械臂，其上設(shè)置末端夾具，末端夾具用于安裝超聲換能器；標(biāo)識碼，設(shè)置于患者身上；圖像獲取單元，采用深度相機，用于掃描患者待治療部位皮膚曲面，得到彩色和深度圖像，該圖像中包含標(biāo)識碼；圖像獲取單元在術(shù)中還實時識別標(biāo)識碼位置；圖像處理單元接收圖像獲取單元的圖像，用于控制末端夾具姿態(tài)；圖像處理單元還將圖像獲取單元在術(shù)中實時識別的標(biāo)識碼位置與術(shù)前規(guī)劃時的標(biāo)識碼位置進行對比并計算相對位移量，根據(jù)相對位移量對機械臂的路徑進行實時調(diào)整，實現(xiàn)機械臂跟蹤患者的功能。本發(fā)明還提供對應(yīng)操作方法。本發(fā)明能夠保證安全性，實現(xiàn)自動化，降低醫(yī)生的勞動強度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及醫(yī)療機器人技術(shù)領(lǐng)域，具體地，涉及一種基于深度相機的超聲溶脂機器人系統(tǒng)及輔助操作方法。

背景技術(shù)

隨著我國經(jīng)濟的不斷發(fā)展，人民生活不斷變得富足，導(dǎo)致越來越多的人體重超標(biāo)。一方面肥胖嚴(yán)重影響人體形體美觀，另一方面肥胖已成為高血壓、糖尿病、冠心病等多種疾病的主要危險因素，嚴(yán)重威脅人的健康。于是各種消除脂肪減輕體重的方法應(yīng)運而生，超聲溶脂作為其中的一種，能選擇性破壞脂肪細胞而不損傷其他正常組織，從而具有無創(chuàng)、安全的特點。但是醫(yī)生在實施超聲溶脂時，需要長時間握持超聲換能器并以一定壓力按壓于患者皮膚表面，這就導(dǎo)致醫(yī)生勞動強度大，肌肉、骨骼疲勞損傷的幾率大。采用計算機視覺引導(dǎo)、機器人輔助的超聲消融系統(tǒng)能在保證安全性的條件下自動、精準(zhǔn)地完成超聲溶脂，這樣就能讓醫(yī)生從長時間的體力操作中解放出來。

隨著機器人技術(shù)不斷發(fā)展，機器人在醫(yī)療方面地應(yīng)用也在不斷深入，機器人輔助診斷、治療漸漸成為國際醫(yī)療領(lǐng)域的研究熱點。目前應(yīng)用于臨床最先進的機器人系統(tǒng)——達芬奇機器人手術(shù)系統(tǒng)，集成了外科醫(yī)生控制臺、床旁機械臂系統(tǒng)、成像系統(tǒng)等部分，能夠完成泌尿外科、心胸外科、腹部外科等多個科室的微創(chuàng)手術(shù)。將機器人技術(shù)配合計算機圖像技術(shù)應(yīng)用于醫(yī)療領(lǐng)域，能夠輔助醫(yī)生實現(xiàn)更加精密、微創(chuàng)、安全的操作，能提高治療的成功率。目前，將機器人技術(shù)應(yīng)用于超聲檢測的嘗試較多，有使用主從控制的方式，醫(yī)生在控制臺操縱主手來控制機器人從手運動，有的利用圖像技術(shù)在術(shù)前規(guī)劃路徑從而控制機器人運動。但是與超聲檢測相比，超聲消脂操作時間更長，這就要求機器人系統(tǒng)更加自動化，并且需要考慮患者在長時間治療過程中發(fā)生位置變化時需要實時調(diào)整機器人路徑的問題。

經(jīng)對現(xiàn)有技術(shù)的檢索，申請?zhí)枮椋?01710772086.3，發(fā)明名稱為：基于無創(chuàng)溫度監(jiān)測的聚焦超聲溶脂系統(tǒng)，該發(fā)明公開一種聚焦超聲溶脂系統(tǒng)，該發(fā)明雖然能提高治療過程的安全性和有效性。但是其仍舊無法解決上述的技術(shù)問題。因此急需研發(fā)一種超聲溶脂機器人系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種基于深度相機的超聲溶脂機器人系統(tǒng)及輔助操作方法，利用計算機輔助醫(yī)療技術(shù)、計算機視覺技術(shù)以及機器人控制技術(shù)實現(xiàn)的自動超聲溶脂系統(tǒng)針對超聲溶脂這一特殊的臨床需求，能夠保證安全性，實現(xiàn)自動化，降低醫(yī)生的勞動強度。

根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種基于深度相機的超聲溶脂機器人系統(tǒng)，包括：

機械臂，其上設(shè)置末端夾具，所述末端夾具用于安裝超聲換能器；

標(biāo)識碼，設(shè)置于患者身上；

圖像獲取單元，用于掃描患者待治療部位皮膚曲面，得到彩色和深度圖像，該圖像中包含所述標(biāo)識碼；所述圖像獲取單元在術(shù)中還實時識別標(biāo)識碼位置；

圖像處理單元，接收所述圖像獲取單元的圖像，在所述圖像上選取的治療區(qū)域中自動生成均勻點陣，該點陣為超聲換能器需要到達的位置，同時利用深度信息求出皮膚表面各點的法向量，用于控制末端夾具姿態(tài)，從而控制所述超聲換能器；所述圖像處理單元還將所述圖像獲取單元在術(shù)中實時識別的標(biāo)識碼位置與術(shù)前規(guī)劃時的標(biāo)識碼位置進行對比并計算相對位移量，根據(jù)所述相對位移量對所述機械臂的路徑進行實時調(diào)整，實現(xiàn)所述機械臂跟蹤患者的功能。

可選地，所述圖像獲取單元采用深度相機，作為機器人的視覺系統(tǒng)。