一種用于機器人輔助微創(chuàng)手術(shù)的觸診器械及觸診方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于醫(yī)療器械和診斷技術(shù)領(lǐng)域，更為具體地講，設(shè)及一種用于機器人輔助 微創(chuàng)手術(shù)的觸診器械及觸診方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在當代外科手術(shù)中，微創(chuàng)手術(shù)由于其創(chuàng)口小、術(shù)后恢復(fù)快、住院時間短等優(yōu)點在臨 床得到廣泛應(yīng)用。近年來，機器人技術(shù)不斷的用于微創(chuàng)手術(shù)領(lǐng)域，增強了醫(yī)生手術(shù)操作的靈 活性、協(xié)調(diào)性和穩(wěn)定性，進一步的拓展了微創(chuàng)手術(shù)的應(yīng)用范圍。
[0003] 如圖1所示，W美國In化itive Su巧ical公司的"達芬奇"手術(shù)機器人為例，它是目 前全球最先進的微創(chuàng)手術(shù)機器人，也是唯一商用化的手術(shù)機器人。它由主控臺、（床旁)從動 機器手臂和立體內(nèi)窺成像系統(tǒng)組成。手術(shù)醫(yī)生通過觀察探入體內(nèi)的立體內(nèi)窺鏡實時反饋影 像，操作主控臺上的控制桿，遠程控制多個從動機器手臂及探入體內(nèi)的微創(chuàng)手術(shù)器械完成 手術(shù)。然而，即便操作最先進的"達芬奇"進行微創(chuàng)手術(shù)也存在諸多限制。由于無法感知觸覺 信息，醫(yī)生在進行機器人輔助微創(chuàng)手術(shù)時，無法對病人進行觸診，運使得醫(yī)生喪失了 一種能 夠快速、直接檢測軟組織或器官病變的最重要途徑。
[0004] 其次，W常規(guī)手術(shù)中的腫瘤檢查為例，醫(yī)生常通過對體內(nèi)軟組織的觸摸和按壓，根 據(jù)軟組織硬度分布，判斷腫瘤位置和大小。如何在機器輔助微創(chuàng)手術(shù)中實現(xiàn)有效的觸覺，已 經(jīng)成微創(chuàng)手術(shù)領(lǐng)域亟待解決的問題。
[0005] 隨著新型傳感器技術(shù)的發(fā)展，國外有學者開始嘗試采用微型觸覺或力覺傳感器進 行軟組織硬度測量，然而微型傳感器往往結(jié)構(gòu)復(fù)雜、機構(gòu)精密，對工作環(huán)境要求高，設(shè)計和 制造成本高，目前僅停留在實驗室階段，難W臨床應(yīng)用。另外，微型傳感器最終將觸覺或力 覺轉(zhuǎn)換為電信號輸出，需要占用手術(shù)機器人系統(tǒng)的信號通道，不利于與現(xiàn)有手術(shù)機器人系 統(tǒng)的集成。此外，在觸診方法方面，僅僅依賴微型傳感器，對單點進行硬度測試，無法實現(xiàn)完 整的觸診感知。觸覺或力覺傳感器僅能給出單個或若干個點的力反饋信息，無法基于軟組 織觸診區(qū)域的3D形態(tài)和具體部位給出完整的觸診區(qū)硬度分布圖，不便于醫(yī)生的診斷。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種用于機器人輔助微創(chuàng)手術(shù)的觸 診器械及觸診方法，可直接安裝在手術(shù)機器人的從動機器手臂上，無需手術(shù)機器人的直接 驅(qū)動，無額外電信號的輸出，可W為醫(yī)生診斷提供可靠的觸診依據(jù)。
[0007] 為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明一種用于機器人輔助微創(chuàng)手術(shù)的觸診器械，其特征 在于，包括：
[000引一外筒，利用醫(yī)用金屬材料制造;在外筒的前半段為中空結(jié)構(gòu)，且前端口標有色 環(huán)，方便在圖像中定位，在外筒的后半段為實屯、結(jié)構(gòu)，用于連接機器人手臂；
[0009] 一內(nèi)部彈黃，為線性壓縮彈黃，用醫(yī)用金屬材料制造，安裝于外筒內(nèi)，且一端與外 筒的后半段固定，另一端與活動的探忍連接;所述的內(nèi)部彈黃的承受壓力與縮進距離成正 比，；
[0010] -探忍，用醫(yī)用金屬材料制作的金屬細桿，直徑略小于外筒內(nèi)徑，探忍的部分桿體 插入外筒內(nèi)與內(nèi)部彈黃連接，另一部分桿體探出外筒，當探忍前端正面受到壓力后壓迫內(nèi) 部彈黃回縮，再通過外露的桿體上標有不同顏色的色環(huán)刻度計算出觸診區(qū)域的軟組織硬 度。
[0011] 本發(fā)明還提供了一種利用觸診器械進行觸診的方法，其特征在于，包括W下步驟：
[0012] (1)、利用立體內(nèi)窺鏡獲取觸診區(qū)圖像；
[0013] (2)、對觸診區(qū)離散化
[0014] 基于觸診區(qū)圖像，將觸診區(qū)離散化為N個均勻分布的觸診點，初始化觸診點序號n = l，n = l，2，...，N;
[0015] (3)、觸診區(qū)3D重構(gòu)
[0016] 基于觸診區(qū)圖像，利用立體視覺匹配技術(shù)重構(gòu)觸診區(qū)的3D形態(tài)，從而確定每個觸 診點的立維坐標；
[0017] (4)、機器手臂移至第n個觸診點
[0018] 通過手術(shù)機器人控制系統(tǒng)，控制機器手臂移至第n個觸診點的初位，此時機器手臂 上的觸診器械軸線垂直于觸診區(qū)表面，探忍剛剛接觸第n個觸診點的初位，且保持內(nèi)部彈黃 不受力，探忍自然外露長度為^;
[0019] (5)、機器手臂伸進長度^:
[0020] 通過手術(shù)機器人控制系統(tǒng)，控制機器手臂沿觸診器械軸線向前伸進長度^，到達 第n個觸診點的終位；
[0021] (6)、測量探忍受力后外露長度L2
[0022] 當觸診器械到達第n個觸診點的終位時，內(nèi)部彈黃不再受力，測量此時的探忍自然 外露長度L2;
[0023] (7)、計算第n個觸診點硬度
[0025]再將第n個觸診點硬度存入到觸診點硬度數(shù)據(jù)集；
[00%] (8)、判斷n是否小于N，如果n<N時，則將觸診點序號加1，即n = n+l，再返回步驟 (4);反之，則執(zhí)行步驟(9);
[0027] (9)、輸出軟組織硬度分布圖
[0028] 從觸診點硬度數(shù)據(jù)集中提取所有N個觸診點的硬度值，再基于各觸診點在觸診區(qū) 圖像中的位置，利用二維插值，估計每個觸診點W外的像素點的硬度，從而得到與觸診區(qū)圖 像大小相同的硬度分布圖。
[0029] 本發(fā)明的發(fā)明目的是運樣實現(xiàn)的：
[0030] 本發(fā)明一種用于機器人輔助微創(chuàng)手術(shù)的觸診器械包括:外筒、內(nèi)部彈黃探忍，其直 接安裝在手術(shù)機器人的機器手臂上，與立體內(nèi)窺鏡配合使用，進行體內(nèi)軟組織觸診。具體觸 診過程為:先控制機器手臂至觸診點初位，測量出探忍自然外露長度，然后控制從動機器手 臂至觸診點終位，再測量出此時探忍外露長度，進而計算出觸診點的硬度;通過對均勻分布 在觸診區(qū)上的觸診點逐個檢測后，利用二維插值技術(shù)獲得觸診區(qū)硬度分布圖，方便醫(yī)生對 病變區(qū)域的定位。
[0031] 同時，本發(fā)明一種用于機器人輔助微創(chuàng)手術(shù)的觸診器械及觸診方法還具有W下有 益效果：
[0032] (1)、觸診器械結(jié)構(gòu)簡單，由純機械構(gòu)件組成，制造、維護和使用簡單，可直接安裝 在手術(shù)機器人機器手臂上，無需手術(shù)機器人直接控制或驅(qū)動，無電信號傳輸，不占用手術(shù)機 器人信號通道，易于與現(xiàn)有手術(shù)機器人系統(tǒng)的集成。
[0033] (2)、充分利用手術(shù)機器人系統(tǒng)中標配的立體內(nèi)窺鏡，從其獲取的觸診區(qū)圖像中檢 測觸診器械探忍受力后的外露長度，從而計算出觸診點的硬度;無需增加新的裝置，無需力 傳感器或觸覺觸感器；另外，觸診器械外筒端口和外露探忍上標識有不同顏色的色環(huán)和色 環(huán)刻度，簡化了基于圖像的探忍外露長度檢測，提高了檢測的效率和精度。
[0034] (3)、通過對觸診區(qū)的離散化，獲得均勻分布的觸診點，逐個檢測硬度后，利用二維 插值技術(shù)獲得觸診區(qū)硬度分布圖，觸診結(jié)果更直觀，方便醫(yī)生對病變區(qū)域的定位。
【附圖說明】
[0035] 圖1是"達芬奇"微創(chuàng)手術(shù)機器人原理圖；
[0036] 圖2本發(fā)明一種用于機器人輔助微創(chuàng)手術(shù)的觸診器械結(jié)構(gòu)及使用示意圖；
[0037] 圖3是本發(fā)明一種用于機器人輔助微創(chuàng)手術(shù)的觸診方法流程圖；
[0038] 圖4是本發(fā)明一種用于機器人輔助微創(chuàng)手術(shù)的觸診方法原理示意圖；
[0039] 圖5是利用本發(fā)明所述的觸診結(jié)果示意圖。
【具體實施方式】
[0040] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】進行描述，W便本領(lǐng)域的技術(shù)人員更好地 理解本發(fā)明。需要特別提醒注意的是，在W下的描述中，當已知功能和設(shè)計的詳細描述也許 會淡化本發(fā)明的主要內(nèi)容時，運些描述在運里將被忽略。
[0041 ]實施例
[0042] 圖2本發(fā)明一種用于機器人輔助微創(chuàng)手術(shù)的觸診器械結(jié)構(gòu)及使用示意圖。
[0043] 在本實施例中，如圖2所示，本發(fā)明一種用于機器人輔助微創(chuàng)手術(shù)的觸診器械，包 括:外筒、內(nèi)部彈黃和探忍。
[0044] 其中，外筒是利用醫(yī)用金屬材料制造;在外筒的前半段為中空結(jié)構(gòu)，且前端口標有 色環(huán)，方便