本發明涉及醫療器械，具體涉及一種手術介入機器人的控制系統及方法。

背景技術：

1、許多外科手術涉及將針頭經皮插入患者體內用于活組織檢查和藥物遞送，包括將針尖放置在體內的病變、器官或血管中，以進行醫療過程。需要插入針頭的外科手術例如包含血液/流體采樣、區域麻醉、組織活檢、導管插入、低溫消融、電解消融、近距離放射治療、神經外科、深部腦刺激和各種微創手術(mis)等。

2、目前上述外科手術中有幾種將針頭插入患者體內的方法。一種為外科醫生通過手動執行該過程將針的一端放置在患者的皮膚上，并根據實時成像數據反復傾斜針的另一端，以建立針與靶體之間的對齊。然而該方法容易受到人為錯誤操作的影響，且患者和手術人員可能會接觸到過量的x光輻射，構成潛在的人體危害。另一種還提出了外科手術自動化，引入諸如機械臂（機器人）的醫療器械系統以模擬手動手術過程。

3、公開號為cn115645052a的中國發明專利申請公開了一種導航定位手術機器人，該技術通過上下間隔布置的兩個夾持件將穿刺針夾持在末端，并通過多方位移動兩個夾持件的相對位置來調整穿刺針的角度，從而將穿刺針與待穿刺目標對齊。但上述技術至少存在如下技術問題：當兩個夾持件之間的橫向距離過大時，穿刺針易從夾持件上脫落，導致無法正常進行穿刺。

技術實現思路

1、本發明通過提供一種手術介入機器人的控制系統及方法，以解決現有技術中當兩個夾持件之間的橫向距離過大時穿刺針易掉落，導致無法正常進行穿刺的技術問題。

2、為達到上述目的，本發明采用如下技術方案。

3、一方面，提供一種手術介入機器人的控制系統，包括手術介入機器人、成像設備以及控制器；

4、所述手術介入機器人包括第一臂、第二臂、第一控制點、第二控制點、第一驅動件以及第二驅動件；所述第一臂平行設于所述第二臂的正上方，所述第一控制點位于所述第一臂的末端，第二控制點位于所述第二臂的末端；所述第一驅動件用于驅動所述第一臂沿其長度方向以及豎直方向移動，所述第二驅動件用于驅動所述第二臂沿其長度方向以及豎直方向移動；

5、所述成像設備配置為獲取第一圖像；所述第一圖像包含待穿刺目標的圖像信息以及待穿刺目標附近皮膚輪廓的圖像信息；

6、所述控制器配置為接收所述第一圖像，根據所述第一圖像確定最佳穿刺路徑，并控制所述手術介入機器人使第一控制點與第二控制點之間的連線與所述最佳穿刺路徑重合；所述最佳穿刺路徑與穿過待穿刺目標的鉛垂線之間的夾角不大于預設角度，且最佳穿刺路徑與穿刺點的距離最小；所述穿刺點為待穿刺目標附近皮膚上與待穿刺目標距離最近的點。

7、在一些實施例中，所述第一控制點、第二控制點均為用于固定穿刺針的帶通孔的球珠。

8、在一些實施例中，所述第一臂遠離所述第一控制點的一端設有第一旋轉軸，所述第一驅動件用于驅動所述第一臂繞第一旋轉軸旋轉；所述第二臂遠離所述第二控制點的一端設有第二旋轉軸，所述第二驅動件用于驅動所述第二臂繞第二旋轉軸旋轉。

9、在一些實施例中，所述控制器配置為使第一控制點和第二控制點在移動過程中兩者之間的垂向距離保持在10mm至30mm之間。更優選地，所述控制器配置為使第一控制點和第二控制點在移動過程中兩者之間的垂向距離為15mm。第一控制點與第二控制點之間的垂向距離若太大，會增加穿刺針到達需要角度控制點所需的移動距離，太小則會導致需要更高的運動精度才能實現微小角度的調整。

10、又一方面，提供一種手術介入機器人的控制方法，應用于上述的手術介入機器人的控制系統，包括如下步驟：

11、接收第一圖像；

12、根據第一圖像確定最佳穿刺路徑；

13、控制所述手術介入機器人使第一控制點與第二控制點之間的連線與所述最佳穿刺路徑重合。

14、在一些實施例中，根據第一圖像確定最佳穿刺路徑，包括如下步驟：

15、根據第一圖像確定待穿刺目標的位置坐標以及穿刺點的坐標位置；

16、根據待穿刺目標的位置坐標以及穿刺點的坐標位置，確定一條穿過待穿刺目標和穿刺點的初始穿刺路徑；

17、判斷初始穿刺路徑與穿過待穿刺目標的鉛垂線之間的夾角是否大于預設角度；否若，確定初始穿刺路徑為最佳穿刺路徑；若是，將滿足以下條件的路徑確定為最佳穿刺路徑：穿過待穿刺目標、與穿過待穿刺目標的鉛垂線之間的夾角小于或等于預設角度、與穿刺點的距離最小。

18、在一些實施例中，控制所述手術介入機器人使第一控制點與第二控制點之間的連線與所述最佳穿刺路徑重合之前包括如下步驟：控制所述手術介入機器人使待穿刺目標、第一控制點和第二控制點位于同一平面。

19、在一些實施例中，所述平面為待穿刺對象的橫截面。

20、在一些實施例中，控制所述手術介入機器人使第一控制點與第二控制點之間的連線與所述最佳穿刺路徑重合包括如下步驟：

21、控制所述手術介入機器人使第一控制點與第二控制點之間的連線與所述最佳穿刺路徑重合，并控制第一控制點和第二控制點在移動過程中兩者之間的垂向距離保持在10mm至30mm之間；

22、接收第二圖像；

23、根據第二圖像判斷第一控制點與第二控制點之間的連線是否與所述最佳穿刺路徑重合；

24、若是，控制穿刺針插入至待穿刺目標；

25、若否，根據第二圖像確定第一控制點與第二控制點之間的連線與所述最佳穿刺路徑之間的夾角，根據夾角調整第一控制點和第二控制點的位置使兩者之間的連線與所述最佳穿刺路徑重合，重新獲取第二圖像并根據第二圖像判斷第一控制點與第二控制點之間的連線是否與所述最佳穿刺路徑重合；

26、其中，所述第二圖像通過所述成像設備獲取，包含待穿刺目標的圖像信息、待穿刺目標附近皮膚輪廓的圖像信息、第一控制點的圖像信息以及第二控制點的圖像信息。

27、又一方面，提供一種計算機可讀存儲介質，其上存儲有計算機程序/指令，該計算機程序/指令被處理器執行時實現上述方法的步驟。

28、又一方面，提供一種計算機程序產品，包括計算機程序/指令，該計算機程序/指令被處理器執行時實現上述方法的步驟。

29、本發明至少具有如下技術效果或優點：通過限制最佳穿刺路徑與穿過待穿刺目標的鉛垂線之間的夾角不大于預設角度，以保證穿刺針不會從夾持件上脫落。通過設定與穿刺點的距離最小穿刺路徑為最佳穿刺路徑，使得穿刺針的穿刺深度最小，從而減少了對患者的損害。

技術特征：

1.一種手術介入機器人的控制系統，其特征在于：包括手術介入機器人、成像設備以及控制器；

2.根據權利要求1所述的手術介入機器人的控制系統，其特征在于：所述第一控制點、第二控制點均為用于固定穿刺針的帶通孔的球珠。

3.根據權利要求1或2所述的手術介入機器人的控制系統，其特征在于：所述第一臂遠離所述第一控制點的一端設有第一旋轉軸，所述第一驅動件用于驅動所述第一臂繞第一旋轉軸旋轉；所述第二臂遠離所述第二控制點的一端設有第二旋轉軸，所述第二驅動件用于驅動所述第二臂繞第二旋轉軸旋轉。

4.一種手術介入機器人的控制方法，應用于如權利要求1-3任一項所述的手術介入機器人的控制系統，其特征在于，包括如下步驟：

5.根據權利要求4所述的手術介入機器人的控制方法，其特征在于：根據第一圖像確定最佳穿刺路徑，包括如下步驟：

6.根據權利要求4或5所述的手術介入機器人的控制方法，其特征在于：控制所述手術介入機器人使第一控制點與第二控制點之間的連線與所述最佳穿刺路徑重合之前包括如下步驟：控制所述手術介入機器人使待穿刺目標、第一控制點和第二控制點位于同一平面。

7.根據權利要求6所述的手術介入機器人的控制方法，其特征在于：所述平面為待穿刺對象的橫截面。

8.根據權利要求4或5所述的手術介入機器人的控制方法，其特征在于：控制所述手術介入機器人使第一控制點與第二控制點之間的連線與所述最佳穿刺路徑重合包括如下步驟：

9.一種計算機可讀存儲介質，其上存儲有計算機程序/指令，其特征在于，該計算機程序/指令被處理器執行時實現權利要求4-8任一項所述方法的步驟。

10.一種計算機程序產品，包括計算機程序/指令，其特征在于，該計算機程序/指令被處理器執行時實現權利要求4-8任一項所述方法的步驟。

技術總結
一種手術介入機器人的控制系統及方法，包括手術介入機器人、成像設備以及控制器；成像設備配置為獲取第一圖像并發送到控制器；控制器配置為根據第一圖像確定最佳穿刺路徑，并控制手術介入機器人使第一控制點與第二控制點之間的連線與最佳穿刺路徑重合；最佳穿刺路徑與穿過待穿刺目標的鉛垂線之間的夾角不大于預設角度，且佳穿刺路徑與穿刺點的距離最小。與現有技術相比，本發明通過限制最佳穿刺路徑與穿過待穿刺目標的鉛垂線之間的夾角不大于預設角度，以保證穿刺針不會從夾持件上脫落。其次，通過設定與穿刺點的距離最小穿刺路徑為最佳穿刺路徑，使得穿刺針的穿刺深度最小，從而減少了對患者的損害。

技術研發人員：陳芊妤,羅國華
受保護的技術使用者：湖南極索醫療科技有限公司
技術研發日：
技術公布日：2025/4/28