一种具备力反馈功能的软镜介入手术机器人系统

1.本发明涉及医疗设备技术领域，具体地，涉及一种具备力反馈功能的软镜介入手术机器人系统。


背景技术：

2.输尿管软镜术是泌尿外科中的一项重要介入诊疗技术，能够用于诊断和治疗多种泌尿系统疾病。由于其具有微创、患者术后恢复快的显著优势，在临床上被广泛应用，患者需求量大。手术中，医生手持输尿管软镜，将软镜细长部分从患者的尿道经膀胱递入输尿管和肾脏，在x射线和激光光纤等辅助下进行诊疗操作。然而，该手术仍存在诸多挑战：操作需要在x射线的辅助下进行，医护人员受到x射线辐射的伤害；肾内空间复杂、辨识度低，软镜操控不够精细，对术者要求高；需要多位助手协助完成诸如灌流、光纤递送等操作，难以单人完成手术；手术人机功效学不佳，医生需要长时间站立操作，劳动负荷大；术中灌流易导致肾内压强超出正常范围，存在肾内压强过高或过低进而导致并发症的风险。
3.随着手术机器人技术的发展，本领域的技术人员致力于开发出能解决上述临床难题的手术机器人系统。通过对现有技术的检索发现：申请公布号为cn105283144a的专利公开了一种能远程操纵输尿管软镜的机器人操纵器系统，可避免医生受射线辐射；申请公布号为cn106983560a的专利也公开了一种软镜手术辅助机器人系统，以提高机器人的控制精度和通用性；申请公布号为cn111557737a的专利公开了一种可将驱动装置受到的阻力转为可检测电信号的输尿管软镜手术机械臂系统，以提高机械臂辅助手术的安全性。
4.然而，上述专利仍然存在明显不足：手术机器人辅助进行远程手术时，由于医生不再直接接触输尿管软镜，医生将无法感受到软镜和人体接触产生的交互力，这将对医生操作、手术安全和器械安全带来重大挑战，手术机器人的力反馈功是重新建立医生力觉感受的重要途径，然而现有专利文献中所提出的软镜机器人系统均没有较好的力反馈功能。具体地，公开号为cn105283144a的专利只针对软镜末端偏转设计了力反馈功能，而在软镜水平运动和旋转运动上缺乏力反馈；公开号为cn111557737a的专利通过在软镜内部集成压力光纤或在机器人内置传感器实现力觉反馈，然而这两种方案均存在问题，软镜内部集成压力光纤对压力的测量会受到软镜主动弯曲的干扰，而在机器人中设计的力传感器会受到机器人机构本身运动的干扰，这些均会导致力反馈误差增大。此外，上述专利中的系统仍然需要医生控制灌流，不能根据手术需求智能调节灌流，机器人辅助手术的效率仍有待提高。


技术实现要素：

5.针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种具备力反馈功能的软镜介入手术机器人系统，该系统更加智能高效，不仅可以用于输尿管软镜术，还可用于支气管软镜术等软镜介入手术。
6.本发明是通过以下技术方案实现的：
7.根据本发明的一个方面，提供一种具备力反馈功能的软镜介入手术机器人系统，
主操控端和与所述主操控端通讯连接的机器人，所述主操控端包括显示操纵模块、处理模块和通讯模块；所述显示操纵模块用于接收并显示手术控制信息；所述处理模块用于处理所述手术控制信息；所述通讯模块用于将处理后的手术控制信息发送至所述机器人；所述机器人用于根据处理后的手术控制信息，实现术中灌流功能和辅助手术器械递送功能并带动软镜进行竖直移动、水平移动、旋转移动及末端弯曲中的一种或多种，并将机器人状态信息发送至所述通讯模块，所述机器人状态信息至少包括力信息；所述通讯模块还用于将所述机器人状态信息发送至所述处理模块进行处理，并将处理后的机器人状态信息发送至所述显示操纵模块。
8.进一步地，所述显示操纵模块包括显示器和操纵器，所述显示器和所述操纵器均被构造为能够接收并显示手术控制信息和处理后的机器人状态信息。
9.进一步地，所述操纵器还被构造为能够实现对用户的力觉反馈。
10.进一步地，所述机器人包括：软镜、软镜装载平台、底座和依次设于所述底座上的高度调整机构、线性及旋转驱动机构和智能内窥镜灌流模块；所述高度调整机构被构造为能够实现高度调节，所述线性及旋转驱动机构被构造为能够实现竖直、水平及旋转运动，所述软镜装载平台与所述线性及旋转驱动机构的一端固定连接，所述软镜卡装于所述软镜装载平台上，所述软镜的细长镜身部分的中轴线与所述线性及旋转驱动机构的旋转轴重合；所述智能内窥镜灌流模块的出水管连通所述软镜的工作通道。
11.进一步地，所述底座包括第一底板和固定连接于所述第一底板的底部的万向轮，所述机器人通过所述万向轮进行移动或锁定；所述高度调整机构包括升降柱和第一上板，所述升降柱的一端与所述第一底板固定连接，所述第一上板固定连接于所述升降柱的另一端。
12.进一步地，所述线性及旋转驱动机构包括第二底板、第一直线模组、第二上板和第一力传感器；所述第二底板的下表面与所述第一上板的上表面固定连接，所述第二底板的上表面固定连接有第一滑块，所述第一直线模组设于所述第一滑块上方，所述第一直线模组连接有用于驱动所述第一直线模组实现相对于所述第一上板的直线运动的第一电机；所述第二上板的下表面与所述第一直线模组固定连接，所述第二上板的下表面安装有第二电机，所述第二电机的输出轴通过转轴连接所述第一力传感器的输入端，所述第一力传感器的输出端与所述软镜装载平台固定连接。
13.进一步地，所述处理模块还用于基于训练好的神经网络模型，接收软镜的视频图像，并输出视野的清晰程度和手术状态信息；所述智能内窥镜灌流模块包括灌流速度控制器和灌流机构；所述灌流速度控制器用于依次根据医生指令、肾内压力和神经网络的输出信息，计算得到灌流速度信息并控制所述灌流机构进行术中灌流。
14.进一步地，所述灌流机构包括第二直线模组、注射器、推杆槽、入水管和出水管；所述注射器的外筒和所述第二直线模组均固定于所述第二上板的上表面，所述第二直线模组上连接有第二滑块；所述注射器的推杆置于所述推杆槽中，所述推杆槽与所述第二滑块固定连接，所述第二直线模组连接有第三电机，所述第三电机用于驱动实现来回移动所述注射器的推杆；所述入水管和所述出水管均与所述注射器的管嘴相连通，所述入水管和所述出水管的管路上均设有控制灌流液流向的单向阀。
15.进一步地，所述软镜装载平台包括第三底板和设于所述第三底板上表面的软镜末
端驱动结构和辅助手术器械递送结构；
16.所述软镜末端驱动结构包括主动齿轮、从动齿轮和第二力传感器；主动齿轮通过第四电机带动旋转，主动齿轮用于将旋转运动传递给从动齿轮，从动齿轮与第二力传感器固定连接，所述第二力传感器的端面上设有卡槽，所述软镜的手柄设有弯曲旋钮，所述弯曲旋钮卡在所述卡槽中；
17.所述辅助手术器械递送结构包括从动摩擦轮和主动摩擦轮，所述主动摩擦轮被第五电机带动旋转，所述从动摩擦轮通过弹簧紧压在所述主动摩擦轮上，辅助手术器械从所述主动摩擦轮与所述从动摩擦轮中间穿过。
18.进一步地，所述处理模块还用于处理所述第一力传感器和所述第二力传感器的力信息，以对第一力传感器和第二力传感器的信号进行修正，得到所述软镜与环境之间的交互力。
19.与现有技术相比，本发明具有如下至少之一的有益效果：
20.1、本发明的具备力反馈功能的软镜介入手术机器人系统，可以实现软镜的所有操控需求，并同时具备辅助手术器械操控功能和灌流功能等，功能全面，传统手术中需要多人配合完成的介入操作，在本发明的软镜介入手术机器人系统的辅助下可由一个医生完成，手术更加高效；
21.2、本发明的具备力反馈功能的软镜介入手术机器人系统，可以根据软镜视频图像等信息自动控制灌流，医生不再需要手动灌流，既减轻了医生的劳动强度，还提高了手术的安全性，具备安全、智能的灌流功能；
22.3、本发明的具备力反馈功能的软镜介入手术机器人系统，相比于现有技术，具备更完整、更准确的力反馈功能，包括软镜与环境交互产生的轴向力、轴向扭矩和末端弯曲扭矩，有助于提升医生手感，从而进一步提高手术安全性。
附图说明
23.通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
24.图1为本发明实施例的机器人系统的结构示意图；
25.图2为机器人去除部分外壳后的结构示意图；
26.图3为机器人去除外壳后底座及高度调整机构的结构示意图；
27.图4为机器人线性及旋转驱动机构去除外壳后的部分爆炸示意图；
28.图5为机器人系统的智能灌流功能的示意图；
29.图6为机器人灌流机构的俯视示意图；
30.图7为机器人软镜装载平台去除上壳后的俯视示意图；
31.图8为机器人软镜末端驱动结构的结构示意图；
32.图9为机器人辅助手术器械递送结构去除外壳后的的结构示意图；
33.图10为机器人系统的力反馈功能的示意图。
34.图中：1为机器人，2为主操控端，20为显示器，21为操纵器，22为处理模块，23为通讯模块；10为软镜，11为底座，12为高度调整机构，13为线性及旋转驱动机构，14为智能内窥镜灌流模块，15为软镜装载平台；110为万向轮，111为第一底板；120为升降柱，121为第一上
板；1300为第二底板，1301为第一滑块，1302为第一直线模组，1303为第二上板，1304为第一电机，1305为第二电机，1306为电机板，1307为联轴器，1308为转轴，1309为第一连接法兰，1310为第一力传感器；1400为第三电机，1401为第二直线模组，1402为第二滑块，1403为推杆槽，1404为注射器，1405为入水管，1406为出水管，1407为连接杆；150为第三底板，151为软镜末端驱动结构，152为辅助手术器械递送结构；1510为第四电机，1511为主动齿轮，1512为从动齿轮，1513为第二连接法兰，1514为第二力传感器，1515为卡槽；1520为第五电机，1521为第一齿轮，1522为第二齿轮，1523为第三齿轮，1524为齿轮轴，1525为主动摩擦轮转轴，1526为主动摩擦轮，1527为从动摩擦轮，1528为从动摩擦轮支架，1529为调整弹簧。
具体实施方式
35.下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。在本发明实施例的描述中，需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。
36.本发明实施例提供一种具备力反馈功能的软镜介入手术机器人系统，该系统包括主操控端2和与主操控端2通讯连接的机器人1，主操控端2包括显示操纵模块、处理模块22和通讯模块23；显示操纵模块用于接收并显示手术控制信息，其中，手术控制信息来自于医生(或用户)输入；处理模块22与显示操纵模块电连接，处理模块22用于处理手术控制信息；通讯模块23分别与处理模块22和显示操纵模块电连接，通讯模块23进行通讯的方式既可以是有线通讯也可以是无线通讯，或者两者兼而有之，通讯模块23用于将处理后的手术控制信息发送至机器人1；机器人1用于根据处理后的手术控制信息，实现术中灌流功能和辅助手术器械递送功能并带动软镜进行竖直移动、水平移动、旋转移动和末端弯曲中的至少一种，并将机器人状态信息发送至通讯模块23，机器人状态信息至少包括力信息，还可以包括位置、内窥镜视频图像等信息；通讯模块23还用于将机器人状态信息发送至处理模块22进行处理，并将处理后的机器人状态信息发送至显示操纵模块。
37.本发明实施例的软镜介入手术机器人系统，可以实现软镜的所有操控需求，并同时具备辅助手术器械操控功能和灌流功能等，功能全面，传统手术中需要多人配合完成的介入操作，在本发明实施例的软镜介入手术机器人系统的辅助下可由一个医生完成，手术更加高效。
38.为实现接收并显示手术控制信息和机器人状态信息，参照图1所示，在一些优选的实施例中，显示操纵模块包括显示器20和操纵器21，显示器20和操纵器21均被构造为能够接收并显示手术控制信息和处理后的机器人状态信息，机器人1的力信息通过图像或声音的形式显示在显示器20和/或操纵器21上，以达到力反馈功能的目的。显示器20还用于供用户设置手术相关参数，显示器20可以是具有输入功能的触控板，也可以由多个监视器组成。通过操纵器21和/或显示器20接收用户的控制信息，并通过通讯模块23将处理模块22处理后的手术控制指令下发给机器人1，机器人1按照手术控制指令完成用户期望的动作。同时，
机器人1也会将自身的状态信息，传输给主操控端2的通讯模块23，经由处理模块22处理后，展现在显示器20和/或操纵器21上。
39.在一些更为优选的实施例中，操纵器21还被构造为能够实现对用户的力觉反馈。机器人1测量到的力信息通过操纵器21在用户手上重现，以此实现力觉反馈，既能提高手术安全性，又能帮助医生重获手感；而其他信息则可以在显示器20上进行展示。操纵器21可以是力反馈操作设备，既能接收操作者的动作，也能给操作者提供反馈，反馈的形式可以是给操作者施加力或者震动等。具体地，操纵器21可以通过电机、磁流变液等方式来给医生施加力或者震动，当然，也可以采用本领域的其他通用技术来实现，此处不再详细阐述。
40.参照图2，在一些优选的实施例中，机器人1包括：软镜10、软镜装载平台15、底座11和依次设于底座11上的高度调整机构12、线性及旋转驱动机构13和智能内窥镜灌流模块14；高度调整机构12被构造为能够实现高度调节，线性及旋转驱动机构13被构造为能够实现竖直、水平及旋转运动，软镜装载平台15与线性及旋转驱动机构13的一端固定连接，软镜10卡装于软镜装载平台15上，软镜10的细长镜身部分的中轴线与线性及旋转驱动机构13的旋转轴重合，以保证镜身中轴线在旋转时不会发生偏移；智能内窥镜灌流模块14的出水管连通软镜10的工作通道。通过以上方式，机器人1可带动软镜10做竖直、水平及旋转运动，以及实现术中灌流功能。
41.图3是机器人1去除外壳后的底座11及高度调整机构12的结构示意图，在一些优选的实施例中，底座11包括第一底板111和固定连接于第一底板111的底部的万向轮110，机器人1可以通过万向轮110轻易地进行移动，也可以在需要时锁定。
42.高度调整机构12包括升降柱120和第一上板121，升降柱120的一端与第一底板111固定连接，第一上板121固定连接于升降柱120的另一端。具体地，升降柱120通过螺纹连接与第一底板111相连，升降柱120可以是电动、气动或液压装置，也可以使用包括丝杆在内的能产生直线运动的装置，比如曲柄滑块、同步带、齿轮齿条和直线模组等，只要能够实现与本发明实施例相同的功能即可。
43.图4是机器人1线性及旋转驱动机构13去除外壳后的部分爆炸结构示意图，线性及旋转驱动机构13包括第二底板1300、第一直线模组1302、第二上板1303和第一力传感器1310；第二底板1300的下表面与第一上板121的上表面固定连接，第二底板1300的上表面通过螺纹连接方式固定连接有第一滑块1301，第一直线模组1302设于第一滑块1301上方，第一直线模组1302连接有用于驱动第一直线模组1302实现相对于第一上板121的直线运动的第一电机1304；第二上板1303的下表面与第一直线模组1302通过螺纹连接方式固定连接，第二上板1303的下表面电机板1306安装有第二电机1305，第二电机1305的输出轴通过转轴1308连接第一力传感器1310的输入端，第一力传感器1310的输出端与软镜装载平台15固定连接。
44.具体地，第一电机1304驱动第一直线模组1302内丝杆进行旋转运动，丝杆再将旋转运动转换为第一直线模组1302的直线运动，第一直线模组1302可以在第一滑块1301上滑动，可实现线性及旋转驱动模块13中除第一滑块1301和第二底板1300外的部分相对第一上板121作直线运动。由于软镜装载平台15与线性及旋转驱动模块13相连，因此软镜装载平台15也被第一电机1304带动，实现相对第一上板121的直线运动，进而软镜10也能被带动作直线运动，实现软镜10的前进和回撤功能。第二电机1305的输出轴通过联轴器1307和转轴
1308相连，转轴1308通过第一连接法兰1309和第一力传感器1310相连，第一力传感器1310则与软镜装载平台15固定连接，实现了通过第二电机1305带动软镜装载平台15进行旋转运动，进而带动软镜10进行旋转运动。第一力传感器1310用于检测软镜装载平台15受到的轴向力和轴向扭矩，其中轴向力是指沿软镜的旋转轴方向的力，轴向扭矩是指绕软镜的旋转轴方向的扭矩；软镜10的旋转轴与转轴1308的轴线重合。在手术中，软镜10与环境，如患者的组织器官等，产生的交互力信息会通过软镜装载平台15传递到第一力传感器1310上，进而被第一力传感器1310检测到，上述交互力信息会被发送给主操控端2的通讯模块23，经处理模块22处理后反馈给手术医生。
45.传统手术中需要多名助手辅助，其中一个助手根据软镜视频图像来判断是否需要灌流、以及需要多大的灌流速度，存在助手和主刀医生沟通不畅、协调不佳的问题。本发明实施例提出的机器人系统基于智能内窥镜灌流模块14可以实现安全、智能的自动灌流操作，处理模块22还用于基于训练好的神经网络模型，接收软镜的视频图像，并输出视野的清晰程度和手术状态信息；智能内窥镜灌流模块14包括灌流速度控制器和灌流机构；灌流速度控制器用于依次根据医生指令、肾内压力和神经网络的输出信息，计算得到灌流速度信息，并控制灌流机构进行术中灌流。本发明实施例的软镜介入手术机器人系统，可以根据软镜视频图像等信息自动控制灌流，医生不再需要手动灌流，既减轻了医生的劳动强度，还提高了手术的安全性，具备安全、智能的灌流功能。
46.神经网络模型可以运行在主操控端2的处理模块22中，一优选实施方式如图5所示。将软镜10的视频图像输入事先训练好的神经网络1和神经网络2，神经网络1输出视野的清晰程度，神经网络2输出手术状态，神经网络1可以是分类神经网络，输出描述视野清晰程度的离散值，也可以是回归神经网络，输出连续的值来描述视野清晰程度；神经网络2则可以是简单的二分类网络，输出两种手术状态，即需要清晰视野的状态和无需清晰视野的状态。在其他的一些实施例中，神经网络1和2也可以用一个神经网络来替代，同时输出视野清晰程度和手术状态，甚至可以直接输出从图像的角度判别得到的预期灌流速度，只要在神经网络训练的时候对数据做相应的处理即可。训练神经网络的数据可以从模型实验、和或动物实验、和或临床数据中获得，由手术经验丰富的医生来对图像进行标注，标注内容和神经网络的输出一致即可，如图5中的视野清晰程度、手术状态，或者医生直接针对图像给出期望的灌流速度。
47.下一步，灌流速度控制器综合考虑神经网络的输出、医生指令、以及肾内压力来输出最终的灌流速度。具体而言，医生指令处于最高优先级，在设备运行正常的情况下，灌流速度控制器优先满足医生指令的需求；肾内压力信息的优先级高于神经网络的输出，也即灌流速度控制器将优先根据患者肾内压力生成容许的灌流速度范围，肾内压力信息的获取可以利用压力传感器导丝来测量等本领域已知方式。通过上述方式，本发明实施例的机器人系统可以实现安全、智能的灌流操作，无需助手辅助灌流。
48.本领域技术人员可以理解的是，在本发明的其他实施例中，神经网络可以是深度卷积神经网络、全连接神经网络等，也可以用机器学习领域其他常用方法替代，如支持向量机等，只要能通过数据驱动的方式拟合出图像输入和目标输出之间的关系即可
49.参阅图6的灌流机构的结构示意图，灌流机构包括第二直线模组1401、注射器1404、推杆槽1403、入水管1405、出水管1406、连接杆1407；注射器1404的外筒和第二直线模
组1401均固定于第二上板1303的上表面，随线性及旋转驱动模块13一起移动，第二直线模组1401上连接有第二滑块1402，第二滑块1402可在第二直线模组1401上来回移动；注射器1404的推杆置于推杆槽1403中，推杆槽1403与第二滑块1402通过连接杆1407固定连接，第二直线模组1401连接有第三电机1400，第三电机1400用于驱动实现来回移动注射器1404的推杆。入水管1405和出水管1406通过三通管与注射器1404管嘴相连，入水管1405和出水管1406的管路上均设有单向阀，利用单向阀控制灌流液流向，使得入水管1405只能进水，出水管1406只能出水，从而实现推杆槽1403来回移动时，将灌流液体从入水管1405吸入注射器1404，并注出出水管1406。由于出水管1406和软镜10的工作通道相连，因此灌流液可以进一步被注入软镜10的工作通道中，实现灌流功能。
50.在其他的一些实施例中，也可使用除电机外的其他动力发生装置，比如气动或液压装置，也可使用除直线模组外的其他能产生直线运动的装置，比如曲柄滑块、齿轮齿条等。
51.图7为机器人1的软镜装载平台15去除上壳后的结构图，软镜装载平台15包括第三底板150和设于第三底板150上表面的软镜末端驱动结构151和辅助手术器械递送结构152；软镜10置于第三底板150上，软镜10的末端弯曲旋钮卡在软镜末端驱动结构151中，以此实现软镜末端弯曲旋钮的操控。
52.参照图8所示，软镜末端驱动结构151包括主动齿轮1511、从动齿轮1512和第二力传感器1514；主动齿轮1511通过第四电机1510带动旋转，主动齿轮1511用于将旋转运动传递给从动齿轮1512，主动齿轮1511通过中间齿轮将旋转运动传递给从动齿轮1512。从动齿轮1512与第二力传感器1514固定连接，从动齿轮1512通过第二连接法兰1513与第二力传感器1514固定连接，第二力传感器1514的端面上设有卡槽1515，软镜10的手柄设有弯曲旋钮，弯曲旋钮卡在卡槽1515中，从而实现电机驱动软镜旋钮旋转的同时能精确测量旋钮所受的扭矩。旋钮扭矩和轴向力、轴向扭矩信息均会被发送给主操控端2的通讯模块23，经处理模块22处理后利用操纵器21实时反馈给手术医生。相比于现有技术，本实施例中的系统具备更完整、更准确的力反馈功能，包括软镜10与环境交互产生的轴向力、轴向扭矩和末端弯曲扭矩，有助于提升医生手感，从而进一步提高手术安全性。
53.参照图9所示，辅助手术器械递送结构152去除外壳后包括第五电机1520、第一齿轮1521、第二齿轮1522、第三齿轮1523、齿轮轴1524、主动摩擦轮转轴1525、主动摩擦轮1526、从动摩擦轮1527、从动摩擦轮支架1528和调整弹簧1529；主动摩擦轮1526通过齿轮被第五电机1520带动旋转，具体地，第五电机1520的输出轴连接第一齿轮1521，第一齿轮1521、第二齿轮1522和第三齿轮1523依次相互啮合，齿轮轴1524与主动摩擦轮转轴1525固定连接，从而实现主动摩擦轮1526被第五电机1520带动旋转；从动摩擦轮1527通过调整弹簧1529紧压在主动摩擦轮1526上，具体地，从动摩擦轮支架1528具有腔体，从动摩擦轮1527部分容置于从动摩擦轮支架1528的腔体内部，调整弹簧1529设于从动摩擦轮支架1528的内部，且调整弹簧1529的另一端抵持于外壳，以使从动摩擦轮支架1528连同从动摩擦轮1527紧压在主动摩擦轮1526上，辅助手术器械如光纤等从主动摩擦轮1526与从动摩擦轮1527中间穿过，从而实现将激光光纤等器械递送至软镜10工作通道内，并且由于调整弹簧1529的弹力，从动摩擦轮1527和主动摩擦轮1526之间间距是灵活的，可自适应不同外径的多种辅助手术器械。
54.虽然软镜10与环境之间的交互作用力会传递到机器人1关节处的第一力传感器1310和第二力传感器1514上，但传感器还会受到其他内在因素造成的力的作用，这些力包括重力、惯性力、机构的摩擦力等。这会导致传感器的信号不能准确反映软镜10和环境之间的交互力。因此，为了将更加精确的软镜10与环境的交互力反馈给操作者，处理模块22还用于处理第一力传感器1310和第二力传感器1514的力信息，以对第一力传感器1310和第二力传感器1514的信号进行修正，得到软镜10与环境之间的交互力。
55.在一些优选的实施例中，机器人系统中利用如图10所示的方式处理第一力传感器1310和第二力传感器1514的力信息。具体而言，采用数据驱动的方法建立神经网络模型3，实时估计由内在因素造成的力的大小，并将其从第一力传感器1310和第二力传感器1514的信号中剔除，以此得到软镜10和环境之间的交互力，并将其在操纵器21上重现。更为优选地，用于估计内在因素造成的力值的神经网络3可按照以下方式进行训练：让机器人1操作软镜10进行随机运动，具体方式可以是让机器人1跟随计算机生成的随机轨迹来运动，亦可让操作者手动操作操纵器21来控制机器人1运动。此过程中，软镜10的运动不受任何的限制，因此软镜10与环境的交互作用力可视为零。同时，以一定的采样频率采集机器人1的关节角度和第一力传感器1310和第二力传感器1514的信号。将角度序列作为神经网络3的输入，将相应的传感器信号作为输出，训练神经网络。在本发明的其他实施例中，神经网络可以是全连接神经网络、长短期记忆神经网络等，也可以用机器学习领域其他常用方法替代，如线性回归模型等，只要能通过数据驱动的方式拟合出关节角度输入和力值输出之间的关系即可。
56.为了更清楚地了解本发明实施例中软镜介入手术机器人系统的工作情况，以下结合上述各个优选技术特征详细描述本发明实施例中软镜介入手术机器人系统的工作过程。本发明描述的具备力反馈功能的软镜介入手术机器人系统通过以下步骤，实现安全、高效的输尿管软镜术。
57.1.数据驱动模型的调校：
58.首先需要对机器人系统中的数据驱动模型进行训练和调校，以实现更加精准的交互力反馈以及智能安全的灌流功能，具体训练方式在前文已进行了详细的说明，此处不再赘述。
59.2.术前准备工作：
60.将做好消毒灭菌防护工作的机器人1移动至相对患者合适的位置，将软镜10安装在机器人1的软镜装载平台15上，并将智能内窥镜灌流模块14的出水管1406连入软镜10的工作通道，并在主操控端2下发指令排空管路中的空气，并将高度调整机构12调节到合适的高度位置；机器人1其他关节复位。
61.3.术中操作：
62.准备工作结束后，医生可坐在主操控端2上通过操纵器21来远程控制软镜10、辅助手术器械以及灌流来进行手术。同时，机器人1将自身状态发送给主操控端2，并实时展现给手术医生。具体而言，力信息会经过处理模块22处理后通过操纵器21反馈给医生，经处理模块22处理后的力信息能更加精准的反映软镜10和环境的交互力信息，可以增强医生的手感和手术安全性。
63.本发明上述实施例的软镜介入手术机器人系统，可以实现软镜的所有操控需求，
并同时具备辅助手术器械操控功能和灌流功能等，功能全面，传统手术中需要多人配合完成的介入操作，在本发明的软镜介入手术机器人系统的辅助下可由一个医生完成，手术更加高效；而且，可以根据软镜视频图像等信息自动控制灌流，医生不再需要手动灌流，既减轻了医生的劳动强度，还提高了手术的安全性，具备安全、智能的灌流功能；相比于现有技术，具备更完整、更准确的力反馈功能，包括软镜与环境交互产生的轴向力、轴向扭矩和末端弯曲扭矩，有助于提升医生手感，从而进一步提高手术安全性。本发明实施例中的系统更加智能高效，不仅可以用于输尿管软镜术，还可用于支气管软镜术等软镜介入手术，应用范围广泛。
64.以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。上述各优选特征在互不冲突的情况下，可以任意组合使用。