[發明專利]術野追蹤的扶持腹腔鏡微創機器人觸力交互方法和系統

在審

• 申請號: 202110686981.X
• 申請日: 2021-06-21
• 公開（公告）號: CN113633387A
• 公開（公告）日: 2021-11-12
• 發明（設計）人: 魯超;方進;李霄劍;李玲;澹臺佑彤;胡偉;周仁鵬;姬芳勤;丁帥
• 申請（專利權）人: 安徽理工大學;合肥工業大學
• 主分類號: A61B34/35
• 分類號: A61B34/35;A61B34/20
• 代理公司: 北京久誠知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 11542
• 代理人: 余罡

1.一種術野追蹤的扶持腹腔鏡微創機器人觸力交互方法，其特征在于，包括：

S1、根據主操作手機器實時記錄的醫生手部運動，獲取醫生實時的手部姿態變化信號，所述主操作手機器用于控制持器械機器人的運動；

S2、根據所述手部姿態變化信號，獲取所述持器械機器人的末端執行器的相應姿態，所述末端執行器用于夾持手術器械；

S3、根據腹腔鏡獲取的當前時刻的術野圖像，獲取手術器械尖端中心點在圖像坐標系中的二維位置；

S4、根據所述術野圖像，構建圓形禁止區域型虛擬夾具，當所述二維位置與術野圖像中心點位置之間的距離大于所述圓形禁止區域型虛擬夾具的半徑時，生成指向所述術野圖像中心點的阻力并施加在所述主操作手機器上。

2.如權利要求1所述的扶持腹腔鏡微創機器人觸力交互方法，其特征在于，所述方法還包括：

S5、根據所述主操作手機器實時記錄的醫生手部運動對應的遠離所述術野圖像中心點的施加力，判斷所述施加力與阻力的大小關系，若所述施加力小于阻力，則令所述腹腔鏡保持靜止；否則，則通過持鏡機器人調整所述腹腔鏡的速度追蹤所述手術器械。

3.如權利要求2所述的扶持腹腔鏡微創機器人觸力交互方法，其特征在于，所述S3具體包括：

根據腹腔鏡獲取的當前時刻的術野圖像，采用相機模型將手術器械尖端從相機坐標系中的三維位置P_i＝[x_i y_i z_i]^T轉化到圖像坐標系中的二維位置p_i，所述手術器械尖端中心點在相機坐標系中的三維位置根據所述末端執行器的相應姿態確定，

其中，f_x，f_y，u₀，v₀均表示相機內參；x_cam，y_cam，z_cam分別表示相機坐標系中各個坐標軸上的單位向量；p_i＝[u_i v_i]^T表示P_i在圖像坐標上的投影；P′_i表示第i個手術器械尖端中心點在相機坐標系中按單位深度縮放后的三維位置。

4.如權利要求3所述的扶持腹腔鏡微創機器人觸力交互方法，其特征在于，所述S4具體包括：

S41、根據所述術野圖像，構建半徑為r圓形禁止區域型虛擬夾具；

S42、當所述二維位置與術野圖像中心點位置之間的距離大于所述圓形禁止區域型虛擬夾具的半徑時，生成指向所述術野圖像中心點的阻力f_i并施加在所述主操作手機器上，

其中，表示阻力大小；F_max為一個正值，表示最大的阻力大小，根據醫生的偏好進行調整；r表示第一距離閾值，其值為所述圓形禁止區域型虛擬夾具的半徑；R表示第二距離閾值；表示阻力的方向；d_i表示二維位置與術野圖像中心點位置之間的距離。