一种手术机器人及其控制方法、装置、以及手术系统与流程

本技术涉及医疗机械，具体涉及一种手术机器人及其控制方法、装置、以及手术系统。

背景技术：

1、微创手术是指利用腹腔镜、胸腔镜等现代医疗器械及相关设备在人体腔体内部施行手术的一种手术方式。相比传统手术方式，微创手术具有创伤小、疼痛轻、恢复快等优势。

2、随着科技的进步，微创手术机器人技术逐渐成熟，并被广泛应用。微创手术机器人通常包括主操作台及从操作设备，主操作台包括手柄，医生通过操作手柄向从操作设备发送控制命令，从操作设备包括驱动臂及装设于驱动臂远端的穿刺装置，穿刺装置用于插入躺卧于手术床的台面的患者的身体开口内，以提供用于医疗器械穿过的通道。

3、在使用手术机器人辅助手术的过程中，医生经常会期望手术床能够移动一定距离或旋转一定角度，从而调整术中患者的体位，以便改善或优化手术操作过程中患者手术部位的视野和操作空间。然而，手术床的运动会引起患者身体开口的运动，而通常手术机器人无法基于手术床的运动信息主动控制穿刺装置跟随身体开口的运动，导致在调整手术床的过程中，对手术机器人的操作较为繁琐、耗时，甚至可能会对患者造成伤害，增加了手术过程中的不确定性风险。

技术实现思路

1、针对上述技术问题，本技术提供一种手术机器人及其控制方法、装置、以及手术系统，可以基于手术机器人与手术床之间的姿态配准信息，在手术床的台面进行姿态自由度的运动时，主动控制驱动臂调整穿刺装置的姿态，提高操作效率和安全性。

2、为解决上述技术问题，本技术提供一种手术机器人的控制方法，所述手术机器人包括具有多个关节的驱动臂，所述驱动臂的远端装设有穿刺装置，所述穿刺装置用于插入躺卧于手术床的台面的患者的身体开口内，所述方法包括：

3、获取所述手术机器人与手术床之间的姿态配准信息；

4、响应于所述手术床的台面在姿态自由度的运动，获取所述手术床的台面在所述姿态自由度的运动信息；

5、基于所述运动信息和所述姿态配准信息确定所述多个关节中第一关节的目标关节量，根据所述目标关节量控制所述第一关节运动，以在所述姿态自由度保持所述穿刺装置相对于所述手术床的台面的姿态。

6、其中一实施例中，所述方法还包括：

7、响应于所述手术床的台面在姿态自由度的运动，控制所述多个关节中关联于位置自由度调节的目标关节，以通过所述目标关节来允许所述驱动臂，基于由所述患者的所述身体开口处的体壁施加的力来跟踪所述身体开口的位置。

8、其中一实施例中，所述位置自由度包括升降自由度，所述控制所述多个关节中关联于位置自由度调节的目标关节，以通过所述目标关节来允许所述驱动臂，基于由所述患者的所述身体开口处的体壁施加的力来跟踪所述身体开口的位置，包括：

9、响应于所述手术床的台面在姿态自由度的运动，控制所述目标关节中的第二关节处于零力状态，所述第二关节包括具有升降自由度的关节，以通过所述第二关节来允许所述驱动臂，基于由所述患者的所述身体开口的体壁施加的力来跟踪所述身体开口在所述升降自由度的运动。

10、其中一实施例中，所述位置自由度包括平移自由度，所述控制所述多个关节中关联于位置自由度调节的目标关节，以通过所述目标关节来允许所述驱动臂，基于由所述患者的所述身体开口处的体壁施加的力来跟踪所述身体开口的位置，包括：

11、响应于所述手术床的台面在姿态自由度的运动，控制所述目标关节中的第三关节处于零力状态，所述第三关节包括具有平移自由度的关节，以通过所述第三关节来允许所述驱动臂，基于由所述患者的所述身体开口的体壁施加的力来跟踪所述身体开口在所述平移自由度的运动；

12、响应于所述第三关节的运动，控制所述目标关节中的第四关节运动，以补偿由于跟踪所述身体开口在所述平移自由度的运动而引起的所述穿刺装置的姿态的变化。

13、其中一实施例中，所述控制所述目标关节中的第四关节运动，包括：

14、获取所述第三关节中的第一旋转关节的运动信息，基于所述第三关节的运动信息生成所述第四关节中的第二旋转关节的运动信息，所述第一旋转关节的运动信息包括运动量和运动方向，所述第二旋转关节的运动信息包括与所述第一旋转关节的运动方向相反的运动方向、和与所述第一旋转关节的运动量大小相同的运动量；

15、根据所述第二旋转关节的运动信息控制所述第二旋转关节运动。

16、其中一实施例中，使用所述手术机器人的基座与所述手术床的基座在水平面上的姿态夹角表征所述手术机器人与所述手术床的相对姿态，所述手术机器人的基准坐标系位于所述手术机器人的基座上，所述手术床的基准坐标系位于所述手术床的基座上。

17、其中一实施例中，所述手术机器人的基座的一侧间隔设置两个测距模块，所述测距模块的检测方向位于水平面上且垂直所述手术机器人的基准坐标系的第一水平坐标轴或第二水平坐标轴；或者，所述手术床的基座的一侧间隔设置两个测距模块，所述测距模块的检测方向位于水平面上且垂直所述手术床的基准坐标系的第一水平坐标轴或第二水平坐标轴；获取所述姿态夹角，包括：

18、获取所述两个测距模块检测的距离值，所述距离值表征所述手术机器人的基座与手术床的基座之间在对应测距模块处的距离；

19、根据所述距离值，计算所述手术机器人的基准坐标系的指定水平坐标轴与所述手术床的基准坐标系的指定水平坐标轴之间的夹角；

20、根据所述夹角确定所述姿态夹角。

21、其中一实施例中，所述方法，还包括：

22、在根据所述手术床的台面在预设自由度的运动控制所述驱动臂的过程中，判断所述手术机器人是否符合第一预设条件；

23、若不符合第一预设条件，则停止根据所述手术床的台面在预设自由度的运动控制所述驱动臂；其中，

24、所述符合第一预设条件，包括以下至少一项：

25、所述穿刺装置与所述身体开口的位置之间处于预设状态；

26、装设于所述驱动臂远端的医疗器械与手术部位的位置之间处于预设状态；

27、所述驱动臂中各关节的可运动范围处于预设运动范围。

28、其中一实施例中，所述方法，还包括：

29、根据所述手术床的台面在预设自由度的运动控制所述驱动臂之前，判断所述手术机器人和/或手术床是否符合第二预设条件；

30、若符合第二预设条件，则根据所述手术床的台面在预设自由度的运动控制所述驱动臂；其中，

31、所述符合第二预设条件，包括以下至少一项：

32、所述手术机器人与患者对接；

33、所述手术机器人的基座与所述手术床的基座处于运动锁定状态；

34、所述手术机器人的主操作台处于允许进入手术操作状态；

35、所述手术机器人与所述手术床之间的通讯连接处于正常状态；

36、所述驱动臂中各关节的可运动范围处于预设运动范围。

37、其中一实施例中，所述驱动臂的远端装设有成像器械，所述成像器械穿过所述穿刺装置进入所述患者的体内，所述方法，还包括：

38、根据所述手术床的台面在预设自由度的运动控制所述驱动臂的过程中，获取所述成像器械采集的图像；

39、响应于识别到所述图像中的目标区符合第三预设条件，向所述手术床发送控制指令，所述控制指令包括用于控制所述手术床延迟调节、停止调节、减速调节中至少一项的指令；其中，

40、所述符合第三预设条件，包括以下至少一项：

41、在所述目标区中识别到目标手术部位或关联于目标手术部位的标记；

42、所述目标手术部位在所述目标区中处于预设姿态。

43、其中一实施例中，所述方法，还包括：

44、根据所述手术床的台面在预设自由度的运动控制所述驱动臂的过程中，响应于所述手术机器人的操作部与装设于所述驱动臂远端的医疗器械之间的取向发生改变，对所述操作部和所述医疗器械之间进行取向对齐。

45、本技术还提供一种手术机器人的控制装置，包括：

46、存储器，用于加载并执行计算机程序；

47、处理器，用于加载并执行所述计算机程序；

48、其中，所述计算机程序由所述处理器加载并执行实现如上所述的手术机器人的控制方法的步骤。

49、本技术还提供一种手术机器人，所述手术机器人包括具有多个关节的驱动臂，所述驱动臂远端装设有穿刺装置，所述穿刺装置用于插入躺卧于手术床的台面的患者的身体开口内；

50、所述手术机器人还包括控制装置，所述控制装置用于执行实现如上所述的手术机器人的控制方法的步骤。

51、本技术还提供一种手术系统，包括手术床与如上所述的手术机器人，所述手术机器人与所述手术床通信连接，所述手术床的台面可在一个或多个自由度进行调节。

52、本技术还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上所述的手术机器人的控制方法的步骤。

53、本技术的手术机器人及其控制方法、装置、以及手术系统、存储介质，手术机器人包括具有多个关节的驱动臂，驱动臂的远端装设有穿刺装置，穿刺装置用于插入躺卧于手术床的台面的患者的身体开口内，控制方包括：获取手术机器人与手术床之间的姿态配准信息；响应于手术床的台面在姿态自由度的运动，获取手术床的台面在姿态自由度的运动信息；基于运动信息和姿态配准信息确定多个关节中第一关节的目标关节量，根据目标关节量控制第一关节运动，以在姿态自由度保持穿刺装置相对于手术床的台面的姿态。本技术可以基于手术机器人与手术床之间的姿态配准信息，在手术床的台面进行姿态自由度的运动时，主动控制驱动臂调整穿刺装置的姿态，提高操作效率和安全性。