一种穿刺手术辅助方法、系统、机器人和及存储介质与流程

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1.本发明涉及医疗机器人技术领域，特别涉及一种穿刺手术辅助方法、系统、机器人和及存储介质。

背景技术：

2.在乳腺手术与检查过程中，目前通常采用工控机进行穿刺路径规划，控制携带穿刺探针的机械臂达到固定位姿后，由医生推入探针完成穿刺手术，避免人工确定探针穿刺位置和穿刺路径时出现误差影响手术效果。
3.但是现有的穿刺辅助机器人在使用过程中无法实时查看穿刺过程，一旦穿刺路径计算存在误差，医生不清楚实际穿刺路径信息和患处情况，也无法根据实时穿刺情况对穿刺路径进行及时调整。
4.因此目前需要一种穿刺手术辅助方法，实现在进行辅助穿刺手术的过程中获取患处手术探针的插入信息，便于医生查看穿刺过程进行实时调整，提高穿刺手术辅助机器人的手术精度和可控性。

技术实现要素：

5.为解决穿刺过程穿刺路径计算存在误差时，无法根据实时穿刺情况对穿刺路径进行及时调整的技术问题，本发明提供一种穿刺手术辅助方法、系统、机器人和及存储介质，具体的技术方案如下：
6.本发明提供一种穿刺手术辅助方法，包括步骤：
7.通过安装于第一机械臂上的容积探头采集病灶的容积图像，并接收用户在所述容积图像上标记的穿刺位置；
8.锁定所述第一机械臂的当前位姿为第一位姿后，标定第一机械臂坐标系与第二机械臂坐标系之间的坐标转换关系；
9.根据所述坐标转换关系和所述穿刺位置计算第二机械臂的第二位姿，以及计算安装于所述第二机械臂上的穿刺针在所述第二机械臂坐标系下穿刺路径的第一向量坐标；
10.分别接收所述第二位姿的第一确认指令和所述第一向量坐标的第二确认指令后，调节并锁定所述第二机械臂的当前位姿为所述第二位姿；
11.根据所述第一向量坐标和所述坐标转换关系，计算所述穿刺路径在第一机械臂坐标系下的第二向量坐标；
12.根据所述第二向量坐标，调整所述第一机械臂的姿态为第三姿态，所述第三姿态下所述容积图像与所述穿刺路径所在平面平行，且所述容积图像内包括所述穿刺路径。
13.本发明提供的穿刺手术辅助方法通过控制第一机械臂与第二机械臂实现病灶容积图像的采集以及穿刺路径的规划，在安装穿刺针的第二机械臂根据穿刺路径调整好姿态后，控制搭载容积探头的第一机械臂调整姿态，使容积探头在穿刺手术过程中可以实时采集图像信息，避免在穿刺手术过程中无法实时查看穿刺过程，一旦穿刺路径计算存在误差，
用户不清楚实际穿刺路径信息和患处情况，影响手术效果，便于用户根据实时穿刺情况对穿刺路径进行及时调整。
14.在一些实施方式中，所述的接收用户在所述容积图像上标记的穿刺位置，具体包括：
15.根据所述容积图像进行三维重建，生成并显示所述病灶的横切面图像和冠状面图像；
16.分别接收所述用户在所述横切面图像中标记的第一位置坐标，以及在所述冠状面图像中标记的第二位置坐标，将所述第一位置坐标和所述第二位置坐标作为所述穿刺位置。
17.本发明提供的穿刺手术辅助方法通过三维重建的方式生成病灶的横切面图像和冠状面图像，便于用户直观地根据病灶的横切面图像和冠状面图像进行穿刺位置的标记，提高用户对穿刺位置判断的准确性，进而提高手术效果。
18.在一些实施方式中，所述的根据所述坐标转换关系和所述穿刺位置计算第二机械臂的第二位姿，以及计算安装于所述第二机械臂上的穿刺针在所述第二机械臂坐标系下穿刺路径的第一向量坐标，具体包括：
19.分别接收所述用户在所述横切面图像中标记的第三位置坐标，以及在所述冠状面图像中标记的第四位置坐标，将所述第三位置坐标和所述第四位置坐标作为所述病灶的表面切入点；
20.根据所述第一位置坐标、所述第二位置坐标、所述第三位置坐标和所述第四位置坐标，计算所述第二位姿和所述第一向量坐标。
21.本发明提供的穿刺手术辅助方法通过在病灶的横切面图像和冠状面图像上标记表面切入点，进而计算第二机械臂的第二位姿和穿刺路径的第一向量坐标，在病灶的横切面图像和冠状面图像上进行表面切入点和穿刺位置的规划，便于用户可以直观地在横切面图像和冠状面图像上规划并查看穿刺路径。
22.在一些实施方式中，所述的根据所述坐标转换关系和所述穿刺位置计算第二机械臂的第二位姿，以及计算安装于所述第二机械臂上的穿刺针在所述第二机械臂坐标系下穿刺路径的第一向量坐标，具体还包括：
23.在所述用户移动所述第二机械臂，使所述穿刺针点击所述病灶的表面切入点后，接收所述用户输入的第三确定指令，获取所述第二机械臂当前位置在所述第二机械臂坐标系下的第五位置坐标；
24.根据所述坐标转换关系，将所述第五位置坐标转换为所述第一机械臂坐标系下的第六位置坐标；
25.根据所述第六位置坐标、所述第一位置坐标和所述第二位置坐标，计算所述第二位姿和所述第一向量坐标。
26.本发明提供的穿刺手术辅助方法通过移动第二机械臂使穿刺针点击病灶的表面切入点，根据病灶处表面切入点的坐标与穿刺位置的坐标计算第二机械臂的第二位姿和穿刺路径的第一向量坐标，使用户直接根据病灶实际情况进行穿刺位置和穿刺路径的规划，提高穿刺手术的效果。
27.在一些实施方式中，所述容积探头包括超声线阵探头、框体和放置盘；
28.所述的通过安装于第一机械臂上的容积探头采集病灶的容积图像，具体包括：
29.在所述用户将所述容积探头移动至所述病灶处后，接收所述用户输入的第四确定指令；
30.根据所述第四确定指令控制所述超声线阵探头在所述框体内绕所述放置盘的圆心旋转预设角度，采集所述容积图像。
31.本发明提供的穿刺手术辅助方法公开一种采集病灶的容积图像的容积探头结构与采集方法，提高采集病灶容积图像的精确性，进而提高穿刺手术的效果。
32.在一些实施方式中，所述的标定第一机械臂坐标系与第二机械臂坐标系之间的坐标转换关系，具体包括：
33.在用户调节所述第二机械臂，使所述穿刺针点击所述第一机械臂上的预设标点靶点后，根据所述第二机械臂的当前姿态和所述第一位姿，计算所述坐标转换关系。
34.本发明提供的穿刺手术辅助方法公开一种第一机械臂坐标系与第二机械臂坐标系之间的坐标转换关系的标定方式，通过调节第二机械臂的姿态即可完成标定，提高穿刺手术的简洁性。
35.在一些实施方式中，所述第一机械臂和所述第二机械臂分别设置于第一调节轨道和第二调节轨道上；
36.所述的通过安装于第一机械臂上的容积探头采集病灶的容积图像之前，还包括：
37.固定所述第一机械臂在所述第一调节轨道上的位置；
38.所述的锁定所述第一机械臂的当前位姿为第一位姿之后，所述的根据所述坐标转换关系和所述穿刺位置计算第二机械臂的第二位姿之前，还包括：
39.调节所述第二机械臂在所述第二调节轨道上的位置后，标定第一机械臂坐标系与第二机械臂坐标系之间的坐标转换关系，固定所述第二机械臂在所述第二调节轨道上的位置。
40.本发明提供的穿刺手术辅助方法通过分别将第一机械臂和第二机械臂设置在不同调节轨道上，实现增加第一机械臂和第二机械臂在手术过程中移动范围的技术效果，使手术过程中穿刺位置和穿刺路径的选择更加灵活，同时公开一种将机械臂固定在对应的调节轨道上的方案，避免在第一机械臂坐标系和第二机械臂坐标系标定后由于机械臂移动导致坐标转换关系变化，影响手术的精确性。
41.在一些实施方式中，根据本发明的另一个方面，本发明还提供一种穿刺手术辅助系统，包括：
42.采集模块，用于通过安装于第一机械臂上的容积探头采集病灶的容积图像，并接收用户在所述容积图像上标记的穿刺位置；
43.标定模块，用于锁定所述第一机械臂的当前位姿为第一位姿后，标定第一机械臂坐标系与第二机械臂坐标系之间的坐标转换关系；
44.第一计算模块，与所述标定模块连接，用于根据所述坐标转换关系和所述穿刺位置计算第二机械臂的第二位姿，以及计算安装于所述第二机械臂上的穿刺针在所述第二机械臂坐标系下穿刺路径的第一向量坐标；
45.第一调节模块，与所述第一计算模块连接，用于分别接收所述第二位姿的第一确认指令和所述第一向量坐标的第二确认指令后，调节并锁定所述第二机械臂的当前位姿为
所述第二位姿；
46.第二计算模块，分别与所述标定模块和所述第一调节模块连接，用于根据所述第一向量坐标和所述坐标转换关系，计算所述穿刺路径在第一机械臂坐标系下的第二向量坐标；
47.第二调节模块，与所述第二计算模块连接，用于根据所述第二向量坐标，调整所述第一机械臂的姿态为第三姿态，所述第三姿态下所述容积图像与所述穿刺路径所在平面平行，且所述容积图像内包括所述穿刺路径。
48.在一些实施方式中，根据本发明的另一个方面，本发明还提供一种穿刺手术辅助机器人，包括：
49.第一机械臂，所述第一机械臂上安装容积探头，用于控制所述容积探头采集病灶的容积图像；
50.第二机械臂，所述第一机械臂上安装穿刺针，用于控制所述穿刺针对所述病灶进行穿刺；
51.工控机，分别与所述第一机械臂和所述第二机械臂连接，用于接收所述容积探头采集的所述容积图像，并接收用户在所述容积图像上标记的穿刺位置，在锁定所述第一机械臂的当前位姿为第一位姿后，标定第一机械臂坐标系与第二机械臂坐标系之间的坐标转换关系，根据所述坐标转换关系和所述穿刺位置计算第二机械臂的第二位姿，以及计算安装于所述第二机械臂上的穿刺针在所述第二机械臂坐标系下穿刺路径的第一向量坐标，之后分别接收所述第二位姿的第一确认指令和所述第一向量坐标的第二确认指令，调节并锁定所述第二机械臂的当前位姿为所述第二位姿，再根据所述第一向量坐标和所述坐标转换关系，计算所述穿刺路径在第一机械臂坐标系下的第二向量坐标，最后根据所述第二向量坐标，调整所述第一机械臂的姿态为第三姿态，所述第三姿态下所述容积图像与所述穿刺路径所在平面平行，且所述容积图像内包括所述穿刺路径。
52.在一些实施方式中，根据本发明的另一个方面，本发明还提供一种存储介质，所述存储介质中存储有至少一条指令，所述指令由处理器加载并执行以实现上述穿刺手术辅助方法所执行的操作。
53.本发明提供一种穿刺手术辅助方法、系统、机器人和及存储介质，至少包括以下一项技术效果：
54.(1)通过控制第一机械臂与第二机械臂实现病灶容积图像的采集以及穿刺路径的规划，在安装穿刺针的第二机械臂根据穿刺路径调整好姿态后，控制搭载容积探头的第一机械臂调整姿态，使容积探头在穿刺手术过程中可以实时采集图像信息，避免在穿刺手术过程中无法实时查看穿刺过程，一旦穿刺路径计算存在误差，用户不清楚实际穿刺路径信息和患处情况，影响手术效果，便于用户根据实时穿刺情况对穿刺路径进行及时调整；
55.(2)通过三维重建的方式生成病灶的横切面图像和冠状面图像，便于用户直观地根据病灶的横切面图像和冠状面图像进行穿刺位置的标记，提高用户对穿刺位置判断的准确性，进而提高手术效果；
56.(3)通过在病灶的横切面图像和冠状面图像上标记表面切入点，进而计算第二机械臂的第二位姿和穿刺路径的第一向量坐标，在病灶的横切面图像和冠状面图像上进行表面切入点和穿刺位置的规划，便于用户可以直观地在横切面图像和冠状面图像上规划并查
看穿刺路径；
57.(4)通过移动第二机械臂使穿刺针点击病灶的表面切入点，根据病灶处表面切入点的坐标与穿刺位置的坐标计算第二机械臂的第二位姿和穿刺路径的第一向量坐标，使用户直接根据病灶实际情况进行穿刺位置和穿刺路径的规划，提高穿刺手术的效果；
58.(5)通过分别将第一机械臂和第二机械臂设置在不同调节轨道上，实现增加第一机械臂和第二机械臂在手术过程中移动范围的技术效果，使手术过程中穿刺位置和穿刺路径的选择更加灵活，同时公开一种将机械臂固定在对应的调节轨道上的方案，避免在第一机械臂坐标系和第二机械臂坐标系标定后由于机械臂移动导致坐标转换关系变化，影响手术的精确性。
附图说明
59.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简要介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
60.图1为本发明一种穿刺手术辅助方法的流程图；
61.图2为本发明一种穿刺手术辅助方法的一个流程图；
62.图3为本发明一种穿刺手术辅助方法中计算第二机械臂的第二位姿和穿刺路径的第一向量坐标的流程图；
63.图4为本发明穿刺手术辅助方法的另一个流程图；
64.图5为应用本发明一种穿刺手术辅助方法的穿刺手术辅助设备的示例图；
65.图6为本发明一种穿刺手术辅助系统的示例图；
66.图7为本发明一种穿刺手术辅助机器人的示例图。
67.图中标号：采集模块-10、标定模块-20、第一计算模块-30、第一调节模块-40、第二计算模块-50、第二调节模块-60、第一机械臂-100、第二机械臂-200和工控机-300。
具体实施方式
68.以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本技术实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其他实施例中也可以实现本技术。在其他情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本技术的描述。
69.应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”指示所述描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或集合的存在或添加。
70.为使图面简洁，各图中只示意性地表示出了与本发明相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。另外，以使图面简洁便于理解，在有些图中具有相同结构或功能的部件，仅示意性地绘出了其中的一个，或仅标出了其中的一个。在本文中，“一个”不仅表示“仅此一个”，也可以表示“多于一个”的情形。
71.还应当进一步理解，在本技术说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是
指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
72.另外，在本技术的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
73.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对照附图说明本发明的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。
74.本发明的一个实施例，如图1所示，本发明提供一种穿刺手术辅助方法，包括步骤：
75.s100通过安装于第一机械臂上的容积探头采集病灶的容积图像，并接收用户在容积图像上标记的穿刺位置。
76.具体地，容积探头可以采用超声容积探头和深度容积探头等等，用于采集病灶位置的3d容积图像，在采集容积图像后容积探头将容积图像发送自工控机，通过工控机的显示设备显示容积图像，并且可以通过显示设备接收医生在容积图像上对穿刺位置进行的标记。
77.s200锁定第一机械臂的当前位姿为第一位姿后，标定第一机械臂坐标系与第二机械臂坐标系之间的坐标转换关系。
78.具体地，第一机械臂和第二机械臂均为多自由度机械臂结构，在容积探头采集病灶的容积图像之后，保持第一机械臂的当前姿态不变，对此时第一机械臂坐标系与第二机械臂坐标系之间的坐标转换关系进行标定。
79.s300根据坐标转换关系和穿刺位置计算第二机械臂的第二位姿，以及计算安装于第二机械臂上的穿刺针在第二机械臂坐标系下穿刺路径的第一向量坐标。
80.具体地，根据第一机械臂坐标系与第二机械臂坐标系之间的坐标转换关系，将穿刺位置转换为第二机械臂坐标系下的坐标，根据穿刺位置在第二机械臂坐标系下的坐标计算第二机械臂的第二位姿，并且在第二坐标系下根据穿刺位姿计算穿刺路径。
81.s400分别接收第二位姿的第一确认指令和第一向量坐标的第二确认指令后，调节并锁定第二机械臂的当前位姿为第二位姿。
82.具体地，通过工控机的显示设备显示穿刺针在容积图像中的穿刺位置和穿刺路径交由医生确认，在医生分别对穿刺位置和穿刺路径进行确认后，输入第一确认指令和第二确认指令，工控机根据第一确认指令和第二确认指令将第二机械臂的当前位姿调整为第二位姿，并锁定第二机械臂的当前位姿为第二位姿。
83.s500根据第一向量坐标和坐标转换关系，计算穿刺路径在第一机械臂坐标系下的第二向量坐标。
84.s600根据第二向量坐标，调整第一机械臂的姿态为第三姿态。
85.具体地，第三姿态下容积图像与穿刺路径所在平面平行，且容积图像内包括穿刺路径。
86.本实施例提供的穿刺手术辅助方法通过控制第一机械臂与第二机械臂实现病灶容积图像的采集以及穿刺路径的规划，在安装穿刺针的第二机械臂根据穿刺路径调整好姿态后，控制搭载容积探头的第一机械臂调整姿态，使容积探头在穿刺手术过程中可以实时采集图像信息，避免在穿刺手术过程中无法实时查看穿刺过程，一旦穿刺路径计算存在误
差，用户不清楚实际穿刺路径信息和患处情况，影响手术效果，便于用户根据实时穿刺情况对穿刺路径进行及时调整。
87.在一个实施例中，如图2所示，步骤s100～步骤s300，具体包括：
88.s120通过安装于第一机械臂上的容积探头采集病灶的容积图像。
89.s131根据容积图像进行三维重建，生成并显示病灶的横切面图像和冠状面图像。
90.具体地，三维重建的方法包括多层面重建、最大密度投影、表面阴影遮盖、容积漫游技术、曲面重建和虚拟内镜技术等，通过上述任一方法将容积探头采集的容积图像转换为病灶的横切面图像和冠状面图像，并通过工控机的显示设备同时显示病灶的横切面图像和冠状面图像。
91.s132分别接收用户在横切面图像中标记的第一位置坐标，以及在冠状面图像中标记的第二位置坐标，将第一位置坐标和第二位置坐标作为穿刺位置。
92.具体地，通过工控机的显示设备接收医生分别在横切面图像中标记的第一位置坐标，以及在冠状面图像中标记的第二位置坐标。
93.s200锁定第一机械臂的当前位姿为第一位姿后，标定第一机械臂坐标系与第二机械臂坐标系之间的坐标转换关系。
94.s311分别接收用户在横切面图像中标记的第三位置坐标，以及在冠状面图像中标记的第四位置坐标，将第三位置坐标和第四位置坐标作为病灶的表面切入点。
95.具体地，医生根据病灶的冠状面图像和横切面图像，对病灶的表面切入点进行规划后，通过工控机的显示设备接收医生分别在横切面图像中标记的第三位置坐标，以及在冠状面图像中标记的第四位置坐标。
96.s312根据第一位置坐标、第二位置坐标、第三位置坐标和第四位置坐标，计算第二位姿和第一向量坐标。
97.本实施例提供的穿刺手术辅助方法通过三维重建的方式生成病灶的横切面图像和冠状面图像，便于用户直观地根据病灶的横切面图像和冠状面图像进行穿刺位置的标记，同时通过在病灶的横切面图像和冠状面图像上标记表面切入点，进而计算第二机械臂的第二位姿和穿刺路径的第一向量坐标，在病灶的横切面图像和冠状面图像上进行表面切入点和穿刺位置的规划，便于用户可以直观地在横切面图像和冠状面图像上规划并查看穿刺路径提高用户对穿刺位置判断的准确性，进而提高手术效果。
98.在一个实施例中，如图3所示，步骤s300根据坐标转换关系和穿刺位置计算第二机械臂的第二位姿，以及计算安装于第二机械臂上的穿刺针在第二机械臂坐标系下穿刺路径的第一向量坐标，具体还包括：
99.s321在用户移动第二机械臂，使穿刺针点击病灶的表面切入点后，接收用户输入的第三确定指令，获取第二机械臂当前位置在第二机械臂坐标系下的第五位置坐标。
100.具体地，在穿刺针点击病灶的表面切入点后，医生通过工控机输入第三确定指令，此时根据第二机械臂当前各个关节的姿态数据，计算第五位置坐标。
101.s322根据坐标转换关系，将第五位置坐标转换为第一机械臂坐标系下的第六位置坐标。
102.s323根据第六位置坐标、第一位置坐标和第二位置坐标，计算第二位姿和第一向量坐标。
103.本实施例提供的穿刺手术辅助方法通过移动第二机械臂使穿刺针点击病灶的表面切入点，根据病灶处表面切入点的坐标与穿刺位置的坐标计算第二机械臂的第二位姿和穿刺路径的第一向量坐标，使用户直接根据病灶实际情况进行穿刺位置和穿刺路径的规划，提高穿刺手术的效果。
104.在一个实施例中，如图4和图5所示，本发明还提供一种穿刺手术辅助方法，包括步骤：
105.s110固定第一机械臂在第一调节轨道上的位置。
106.具体地，如图5所示，如图5应用该穿刺手术辅助方法的穿刺手术辅助设备，其中第一机械臂和第二机械臂分别设置于第一调节轨道和第二调节轨道上，图5中第一调节轨道和第二调节轨道设置为线性轨道，在其它实施例中也可以设置为多方向轨道。
107.s121在用户将容积探头移动至病灶处后，接收用户输入的第四确定指令。
108.具体地，在用户将将容积探头移动至病灶处后，通过工控机输入第四确定指令，控制容积探头开始容积图像。
109.s122根据第四确定指令控制超声线阵探头在框体内绕放置盘的圆心旋转预设角度，采集容积图像。
110.具体地，容积探头包括超声线阵探头、框体和放置盘，在接收到第四确定指令后，将超声线阵探头放置在病灶上方加压与皮肤完全接触，控制超声线阵探头绕放置盘的圆心旋转预设角度，采集容积图像，通常旋转180
°
采集容积图像。
111.s131根据容积图像进行三维重建，生成并显示病灶的横切面图像和冠状面图像。
112.具体地，三维重建的方法包括多层面重建、最大密度投影、表面阴影遮盖、容积漫游技术、曲面重建和虚拟内镜技术等，通过上述任一方法将容积探头采集的容积图像转换为病灶的横切面图像和冠状面图像，并通过工控机的显示设备同时显示病灶的横切面图像和冠状面图像。
113.s132分别接收用户在横切面图像中标记的第一位置坐标，以及在冠状面图像中标记的第二位置坐标，将第一位置坐标和第二位置坐标作为穿刺位置。
114.s210锁定第一机械臂的当前位姿为第一位姿。
115.s220在用户调节第二机械臂，使穿刺针点击第一机械臂上的预设标点靶点后，根据第二机械臂的当前姿态和第一位姿，计算坐标转换关系。
116.具体地，预设标点靶点可以设置在容积探头上，进一步提高坐标转换关系的精确度。
117.s230固定第二机械臂在第二调节轨道上的位置。
118.s300根据坐标转换关系和穿刺位置计算第二机械臂的第二位姿，以及计算安装于第二机械臂上的穿刺针在第二机械臂坐标系下穿刺路径的第一向量坐标。
119.具体地，根据第一机械臂坐标系与第二机械臂坐标系之间的坐标转换关系，将穿刺位置转换为第二机械臂坐标系下的坐标，根据穿刺位置在第二机械臂坐标系下的坐标计算第二机械臂的第二位姿，并且在第二坐标系下根据穿刺位姿计算穿刺路径。
120.s400分别接收第二位姿的第一确认指令和第一向量坐标的第二确认指令后，调节并锁定第二机械臂的当前位姿为第二位姿。
121.具体地，通过工控机的显示设备显示穿刺针在容积图像中的穿刺位置和穿刺路径
交由医生确认，在医生分别对穿刺位置和穿刺路径进行确认后，输入第一确认指令和第二确认指令，工控机根据第一确认指令和第二确认指令将第二机械臂的当前位姿调整为第二位姿，并锁定第二机械臂的当前位姿为第二位姿。
122.s500根据第一向量坐标和坐标转换关系，计算穿刺路径在第一机械臂坐标系下的第二向量坐标。
123.s600根据第二向量坐标，调整第一机械臂的姿态为第三姿态。
124.具体地，第三姿态下容积图像与穿刺路径所在平面平行，且容积图像内包括穿刺路径。
125.本实施例提供的穿刺手术辅助方法公开一种采集病灶的容积图像的容积探头结构与采集方法，提高采集病灶容积图像的精确性，进而提高穿刺手术的效果，同时分别将第一机械臂和第二机械臂设置在不同调节轨道上，实现增加第一机械臂和第二机械臂在手术过程中移动范围的技术效果，使手术过程中穿刺位置和穿刺路径的选择更加灵活，同时公开一种将机械臂固定在对应的调节轨道上的方案，避免在第一机械臂坐标系和第二机械臂坐标系标定后由于机械臂移动导致坐标转换关系变化，影响手术的精确性。
126.在一个实施例中，如图6所示，本发明还提供一种穿刺手术辅助系统，包括采集模块10、标定模块20、第一计算模块30、第一调节模块40、第二计算模块50和第二调节模块60。
127.其中采集模块10用于通过安装于第一机械臂上的容积探头采集病灶的容积图像，并接收用户在容积图像上标记的穿刺位置。
128.具体地，容积探头可以采用超声容积探头和深度容积探头等等，用于采集病灶位置的3d容积图像，在采集容积图像后容积探头将容积图像发送自工控机，通过工控机的显示设备显示容积图像，并且可以通过显示设备接收医生在容积图像上对穿刺位置进行的标记。
129.标定模块20用于锁定第一机械臂的当前位姿为第一位姿后，标定第一机械臂坐标系与第二机械臂坐标系之间的坐标转换关系。
130.具体地，第一机械臂和第二机械臂均为多自由度机械臂结构，在容积探头采集病灶的容积图像之后，保持第一机械臂的当前姿态不变，对此时第一机械臂坐标系与第二机械臂坐标系之间的坐标转换关系进行标定。
131.第一计算模块30与标定模块20连接，用于根据坐标转换关系和穿刺位置计算第二机械臂的第二位姿，以及计算安装于第二机械臂上的穿刺针在第二机械臂坐标系下穿刺路径的第一向量坐标。
132.具体地，根据第一机械臂坐标系与第二机械臂坐标系之间的坐标转换关系，将穿刺位置转换为第二机械臂坐标系下的坐标，根据穿刺位置在第二机械臂坐标系下的坐标计算第二机械臂的第二位姿，并且在第二坐标系下根据穿刺位姿计算穿刺路径。
133.第一调节模块40与第一计算模块30连接，用于分别接收第二位姿的第一确认指令和第一向量坐标的第二确认指令后，调节并锁定第二机械臂的当前位姿为第二位姿。
134.具体地，第一调节模块40通过工控机的显示设备显示穿刺针在容积图像中的穿刺位置和穿刺路径交由医生确认，在医生分别对穿刺位置和穿刺路径进行确认后，输入第一确认指令和第二确认指令，第一调节模块40根据第一确认指令和第二确认指令将第二机械臂的当前位姿调整为第二位姿，并锁定第二机械臂的当前位姿为第二位姿。
135.第二计算模块50分别与标定模块20和第一调节模块40连接，用于根据第一向量坐标和坐标转换关系，计算穿刺路径在第一机械臂坐标系下的第二向量坐标。
136.第二调节模块60与第二计算模块50连接，用于根据第二向量坐标，调整第一机械臂的姿态为第三姿态。
137.具体地，第三姿态下容积图像与穿刺路径所在平面平行，且容积图像内包括穿刺路径。
138.本实施例提供的穿刺手术辅助系统通过控制第一机械臂与第二机械臂实现病灶容积图像的采集以及穿刺路径的规划，在安装穿刺针的第二机械臂根据穿刺路径调整好姿态后，控制搭载容积探头的第一机械臂调整姿态，使容积探头在穿刺手术过程中可以实时采集图像信息，避免在穿刺手术过程中无法实时查看穿刺过程，一旦穿刺路径计算存在误差，用户不清楚实际穿刺路径信息和患处情况，影响手术效果，便于用户根据实时穿刺情况对穿刺路径进行及时调整。
139.在一个实施方式中，如图7所示，本发明还提供一种穿刺手术辅助机器人，包括第一机械臂100、第二机械臂200和工控机300。
140.其中第一机械臂100上安装容积探头，用于控制容积探头采集病灶的容积图像，第二机械臂200上安装穿刺针，用于控制穿刺针对病灶进行穿刺，工控机300分别与第一机械臂100和第二机械臂200连接，用于接收容积探头采集的容积图像，并接收用户在容积图像上标记的穿刺位置，在锁定第一机械臂100的当前位姿为第一位姿后，标定第一机械臂坐标系与第二机械臂坐标系之间的坐标转换关系，根据坐标转换关系和穿刺位置计算第二机械臂200的第二位姿，以及计算安装于第二机械臂200上的穿刺针在第二机械臂坐标系下穿刺路径的第一向量坐标，之后分别接收第二位姿的第一确认指令和第一向量坐标的第二确认指令，调节并锁定第二机械臂200的当前位姿为第二位姿，再根据第一向量坐标和坐标转换关系，计算穿刺路径在第一机械臂坐标系下的第二向量坐标，最后根据第二向量坐标，调整第一机械臂100的姿态为第三姿态，第三姿态下容积图像与穿刺路径所在平面平行，且容积图像内包括穿刺路径。
141.在一个实施例中，本发明还提供一种存储介质，存储介质中存储有至少一条指令，指令由处理器加载并执行以实现上述穿刺手术辅助方法对应实施例所执行的操作。例如，存储介质可以是只读内存(rom)、随机存取存储器(ram)、只读光盘(cd-rom)、磁带、软盘和光数据存储设备等。
142.它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。
143.在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详细描述或记载的部分，可以参见其他实施例的相关描述。
144.本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本技术的
范围。
145.在本技术所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的一种穿刺手术辅助方法、系统、机器人和及存储介质，可以通过其他的方式实现。例如，以上所描述的一种穿刺手术辅助方法、系统、机器人和及存储介质实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如，多个单元或模块可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的通讯连接可以是通过一些接口，装置或单元的通讯连接或集成电路，可以是电性、机械或其他的形式。
146.所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
147.另外，在本技术各个实施例中的各功能单元可能集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
148.应当说明的是，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

技术特征：

1.一种穿刺手术辅助方法，其特征在于，包括步骤：通过安装于第一机械臂上的容积探头采集病灶的容积图像，并接收用户在所述容积图像上标记的穿刺位置；锁定所述第一机械臂的当前位姿为第一位姿后，标定第一机械臂坐标系与第二机械臂坐标系之间的坐标转换关系；根据所述坐标转换关系和所述穿刺位置计算第二机械臂的第二位姿，以及计算安装于所述第二机械臂上的穿刺针在所述第二机械臂坐标系下穿刺路径的第一向量坐标；分别接收所述第二位姿的第一确认指令和所述第一向量坐标的第二确认指令后，调节并锁定所述第二机械臂的当前位姿为所述第二位姿；根据所述第一向量坐标和所述坐标转换关系，计算所述穿刺路径在第一机械臂坐标系下的第二向量坐标；根据所述第二向量坐标，调整所述第一机械臂的姿态为第三姿态，所述第三姿态下所述容积图像与所述穿刺路径所在平面平行，且所述容积图像内包括所述穿刺路径。2.根据权利要求1所述的一种穿刺手术辅助方法，其特征在于，所述的接收用户在所述容积图像上标记的穿刺位置，具体包括：根据所述容积图像进行三维重建，生成并显示所述病灶的横切面图像和冠状面图像；分别接收所述用户在所述横切面图像中标记的第一位置坐标，以及在所述冠状面图像中标记的第二位置坐标，将所述第一位置坐标和所述第二位置坐标作为所述穿刺位置。3.根据权利要求2所述的一种穿刺手术辅助方法，其特征在于，所述的根据所述坐标转换关系和所述穿刺位置计算第二机械臂的第二位姿，以及计算安装于所述第二机械臂上的穿刺针在所述第二机械臂坐标系下穿刺路径的第一向量坐标，具体包括：分别接收所述用户在所述横切面图像中标记的第三位置坐标，以及在所述冠状面图像中标记的第四位置坐标，将所述第三位置坐标和所述第四位置坐标作为所述病灶的表面切入点；根据所述第一位置坐标、所述第二位置坐标、所述第三位置坐标和所述第四位置坐标，计算所述第二位姿和所述第一向量坐标。4.根据权利要求1所述的一种穿刺手术辅助方法，其特征在于，所述的根据所述坐标转换关系和所述穿刺位置计算第二机械臂的第二位姿，以及计算安装于所述第二机械臂上的穿刺针在所述第二机械臂坐标系下穿刺路径的第一向量坐标，具体还包括：在所述用户移动所述第二机械臂，使所述穿刺针点击所述病灶的表面切入点后，接收所述用户输入的第三确定指令，获取所述第二机械臂当前位置在所述第二机械臂坐标系下的第五位置坐标；根据所述坐标转换关系，将所述第五位置坐标转换为所述第一机械臂坐标系下的第六位置坐标；根据所述第六位置坐标、所述第一位置坐标和所述第二位置坐标，计算所述第二位姿和所述第一向量坐标。5.根据权利要求1所述的一种穿刺手术辅助方法，其特征在于，所述容积探头包括超声线阵探头、框体和放置盘；所述的通过安装于第一机械臂上的容积探头采集病灶的容积图像，具体包括：
在所述用户将所述容积探头移动至所述病灶处后，接收所述用户输入的第四确定指令；根据所述第四确定指令控制所述超声线阵探头在所述框体内绕所述放置盘的圆心旋转预设角度，采集所述容积图像。6.根据权利要求1所述的一种穿刺手术辅助方法，其特征在于，所述的标定第一机械臂坐标系与第二机械臂坐标系之间的坐标转换关系，具体包括：在用户调节所述第二机械臂，使所述穿刺针点击所述第一机械臂上的预设标点靶点后，根据所述第二机械臂的当前姿态和所述第一位姿，计算所述坐标转换关系。7.根据权利要求1所述的一种穿刺手术辅助方法，其特征在于，所述第一机械臂和所述第二机械臂分别设置于第一调节轨道和第二调节轨道上；所述的通过安装于第一机械臂上的容积探头采集病灶的容积图像之前，还包括：固定所述第一机械臂在所述第一调节轨道上的位置；所述的锁定所述第一机械臂的当前位姿为第一位姿之后，所述的根据所述坐标转换关系和所述穿刺位置计算第二机械臂的第二位姿之前，还包括：调节所述第二机械臂在所述第二调节轨道上的位置后，标定第一机械臂坐标系与第二机械臂坐标系之间的坐标转换关系，固定所述第二机械臂在所述第二调节轨道上的位置。8.一种穿刺手术辅助系统，其特征在于，包括：采集模块，用于通过安装于第一机械臂上的容积探头采集病灶的容积图像，并接收用户在所述容积图像上标记的穿刺位置；标定模块，用于锁定所述第一机械臂的当前位姿为第一位姿后，标定第一机械臂坐标系与第二机械臂坐标系之间的坐标转换关系；第一计算模块，与所述标定模块连接，用于根据所述坐标转换关系和所述穿刺位置计算第二机械臂的第二位姿，以及计算安装于所述第二机械臂上的穿刺针在所述第二机械臂坐标系下穿刺路径的第一向量坐标；第一调节模块，与所述第一计算模块连接，用于分别接收所述第二位姿的第一确认指令和所述第一向量坐标的第二确认指令后，调节并锁定所述第二机械臂的当前位姿为所述第二位姿；第二计算模块，分别与所述标定模块和所述第一调节模块连接，用于根据所述第一向量坐标和所述坐标转换关系，计算所述穿刺路径在第一机械臂坐标系下的第二向量坐标；第二调节模块，与所述第二计算模块连接，用于根据所述第二向量坐标，调整所述第一机械臂的姿态为第三姿态，所述第三姿态下所述容积图像与所述穿刺路径所在平面平行，且所述容积图像内包括所述穿刺路径。9.一种穿刺手术辅助机器人，其特征在于，包括：第一机械臂，所述第一机械臂上安装容积探头，用于控制所述容积探头采集病灶的容积图像；第二机械臂，所述第一机械臂上安装穿刺针，用于控制所述穿刺针对所述病灶进行穿刺；工控机，分别与所述第一机械臂和所述第二机械臂连接，用于接收所述容积探头采集的所述容积图像，并接收用户在所述容积图像上标记的穿刺位置，在锁定所述第一机械臂
的当前位姿为第一位姿后，标定第一机械臂坐标系与第二机械臂坐标系之间的坐标转换关系，根据所述坐标转换关系和所述穿刺位置计算第二机械臂的第二位姿，以及计算安装于所述第二机械臂上的穿刺针在所述第二机械臂坐标系下穿刺路径的第一向量坐标，之后分别接收所述第二位姿的第一确认指令和所述第一向量坐标的第二确认指令，调节并锁定所述第二机械臂的当前位姿为所述第二位姿，再根据所述第一向量坐标和所述坐标转换关系，计算所述穿刺路径在第一机械臂坐标系下的第二向量坐标，最后根据所述第二向量坐标，调整所述第一机械臂的姿态为第三姿态，所述第三姿态下所述容积图像与所述穿刺路径所在平面平行，且所述容积图像内包括所述穿刺路径。10.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质中存储有至少一条指令，所述指令由处理器加载并执行以实现如权利要求1～7中任意一项所述的穿刺手术辅助方法所执行的操作。

技术总结

本发明公开了一种穿刺手术辅助方法、系统、机器人和及存储介质，其方法包括步骤：通过安装于第一机械臂上的容积探头采集病灶的容积图像，并接收用户在容积图像上标记的穿刺位置；锁定第一机械臂的当前位姿为第一位姿后，标定第一机械臂坐标系与第二机械臂坐标系之间的坐标转换关系；计算第二机械臂的第二位姿和穿刺路径的第一向量坐标；接收第二位姿和第一向量坐标的确认指令后，调节并锁定第二机械臂的当前位姿为第二位姿；计算穿刺路径在第一机械臂坐标系下的第二向量坐标；根据第二向量坐标，调整第一机械臂的姿态为第三姿态。本发明可以避免手术过程中穿刺路径计算存在误差影响手术效果，提高穿刺手术辅助机器人的手术精度和可控性。精度和可控性。精度和可控性。