一种手术机器人VR术前规划方法及系统

摘要

本发明提供了一种手术机器人VR术前规划方法及系统。方法包括：步骤S1，构建虚拟现实场景；步骤S2，于虚拟现实场景中，根据手术机器人中的光学定位器的视野范围构建虚拟光束锥体；步骤S3，根据虚拟现实场景中的物体与光束锥体的接触情况，生成规划路径。本发明的技术方案有益效果在于：提供一种手术机器人VR术前规划方法及系统，根据光学定位器的视野范围构建虚拟光束锥体，并根据物体与虚拟光束锥体的接触情况生成规划路径，以指示操作人员、手术器械于手术过程中的移动路径，使其不再干扰到光学定位器与感光球之间的红外光束，进而使光学定位系统正常工作，使光学定位系统的定位结果更加准确。

说明书

技术领域

本发明涉及到手术机器人领域，尤其涉及一种手术机器人VR术前规划方法及系统。

背景技术

随着VR(Virtual Reality Technology，虚拟现实技术)技术的大规模普及应用，VR与医疗行业的融合度也越来越高，为医生和病患都带来了极大的便利。手术机器人应运而生，手术机器人具有光学导航系统、光写定位系统和机械臂系统不仅具有多自由度的手术器械，使得手术更加灵巧，还能向医生提供医生放大的三维影像，让手术做得更加精细。

但是，手术机器人在手术过程中，光学定位系统需要光学定位器发出的红外光束时刻都能照射到骨盆参考架和机械臂参考架上与骨盆参考架和机械臂参考架上设置的感光球之间的红外光束被遮挡，就会影响光学定位系统的正常工作，从而影响实时位置解算，严重影响系统精度和手术效果，可能产生严重后果。

然而，于实际操作过程中，手术操作人员、手术器械会随着手术进程而相应地进行移动，从而干扰到光学定位器与感光球之间的红外光束，导致定位结果不准确，而手术操作人员根据不准确的定位结果继续手术，极有可能影响到手术效果，造成患者的生命危险。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，现提供一种手术机器人VR术前规划方法及系统。

其中，一种手术机器人VR术前规划方法，应用于手术机器人，包括：

步骤S1，构建一虚拟现实场景；

步骤S2，于所述虚拟现实场景中，根据所述手术机器人中的光学定位器的视野范围构建虚拟光束锥体；

步骤S3，根据所述虚拟现实场景中的物体与所述光束锥体的接触情况，生成规划路径。

优选的，所述步骤S1，包括：

步骤S11，于三维虚拟环境中构建一虚拟现实场景；

步骤S12，获取所述手术场景中的物体的实时状态数据，并转换为渲染数据；

步骤S13，根据所述渲染数据实时渲染所述虚拟现实场景。

优选的，所述步骤S2，包括：

步骤S21，对所述光学定位器发出的光束的视野范围进行测算；

步骤S22，根据测算的所述视野范围进行三维建模，生成所述虚拟光束锥体。

优选的，所述步骤S3，包括：

步骤S31，预先定义所述物体的第一活动范围和所述虚拟光束锥体的第二活动范围；

步骤S32，获取手术过程中所述物体与所述光束锥体之间的接触情况；

步骤S33，根据所述接触情况、所述第一活动范围以及所述第二活动范围生成所述规划路径。

优选的，所述步骤S31中，所述第一活动范围为所述物体于六自由度下的移动范围和转动范围。

优选的，所述步骤S31中，包括：

步骤S311，获取所述光学定位器的组成部件的部件运动范围；

步骤S312，根据所述运动范围，定义所述虚拟光束锥体的所述第二活动范围。

优选的，所述部件运动范围为所述组成部件的转动自由度和所述转动角度。

优选的，所述虚拟光束锥体的所述第二活动范围为所述虚拟光束锥体绕所述光学定位器定轴转动的角度。

优选的，还包括：

于手术过程中，控制所述虚拟光束锥体的显示与隐藏。

一种手术机器人VR术前规划系统，应用于手术机器人，包括：

一第一构建模块，用于构建一虚拟现实场景；

一第二构建模块，连接所述第一构建模块，用于根据所述虚拟现实场景中，所述手术机器人中的光学定位器的视野范围构建一虚拟光束锥体；

一规划模块，连接所述第二构建模块，用于根据所述虚拟现实场景中的物体与所述虚拟光束锥体的接触情况，生成规划路径。

本发明的技术方案有益效果在于：提供一种手术机器人VR术前规划方法及系统，根据光学定位器的视野范围于虚拟现实场景中构建虚拟光束锥体，并根据虚拟现实场景中的物体与虚拟光束锥体的接触情况，生成规划路径，以指示操作人员、手术器械于手术过程中的移动路径，使其不再干扰到光学定位器与感光球之间的红外光束，进而使光学定位系统始终保持正常工作，使光学定位系统的定位结果更加准确。

附图说明

图1为本发明的优选实施方式中，手术机器人VR术前规划方法的流程示意图；

图2为本发明的优选实施方式中，步骤S1的流程示意图；

图3为本发明的优选实施方式中，步骤S2的流程示意图；

图4为本发明的优选实施方式中，步骤S3的流程示意图；

图5为本发明的优选实施方式中，步骤S31的流程示意图；

图6为本发明的优选实施方式中，手术机器人VR术前规划系统的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。

本发明提供一种手术机器人VR术前规划方法及系统。其中，一种手术机器人VR术前规划方法，应用于手术机器人，如图1所示，包括：

步骤S1，构建一虚拟现实场景；

步骤S2，于虚拟现实场景中，根据手术机器人中的光学定位器的视野范围构建虚拟光束锥体；

步骤S3，根据虚拟现实场景中的物体与虚拟光束锥体的接触情况，生成规划路径。

具体地，考虑到手术过程中，常由于手术操作人员的移动阻碍了光学定位器与感光球之间的红外光束，影响到光学定位系统的正常工作，导致定位不准确，进而严重干涉到手术精确度和手术效果的问题，本发明提供一种手术机器人VR术前规划方法，通过步骤S1至步骤S4，基于虚拟现实技术，构建一虚拟现实场景，并根据光学定位器的视野范围于虚拟现实场景中构建对应的虚拟光束锥体，进而，可以基于手术过程中，操作人员、手术器械等物体的移动路径与虚拟现实场景中的虚拟光束锥体之间的接触情况，生成手术的规划路径，以便于手术过程中，指导操作人员、手术器械的移动路径，使其不再干扰到光学定位器与感光球之间的红外光束，进而使光学定位系统始终保持正常工作，使定位结果更加准确。

需要说明的是，考虑到光学定位器与感光球之间的红外收发不受干扰才能实现精确定位，因此，将除光学定位器与感光球之外的所有手术器械，以及手术操作人员均视为“物体”，通过获取物体与虚拟光束锥体的干扰情况，可以得出物体对光学定位器与感光球之间的红外收发的干扰情况。

本发明优选的实施方式中，如图2所示，步骤S1，包括：

步骤S11，于三维虚拟环境中构建一虚拟现实场景；

步骤S12，获取手术场景中的物体的实时状态数据，并转换为渲染数据；

步骤S13，根据渲染数据实时渲染虚拟现实场景。

具体地，在构建虚拟现实场景的过程中，由于手术过程中的操作人员、手术器械会发生移动等，因此可通过步骤S11至步骤S13，获取手术场景中的物体的实时状态数据，并转换为渲染数据对虚拟现实场景进行渲染。

本发明优选的实施方式中，如图3所示，步骤S2，包括：

步骤S21，对光学定位器发出的光束的视野范围进行测算；

步骤S22，根据测算的视野范围进行三维建模，生成虚拟光束锥体。

具体地，通过步骤S21至步骤S22，对光学定位器发出的光束的视野范围进行测算，并根据测算的视野范围进行三维建模，从而得到虚拟光束锥体。

本发明优选的实施方式中，如图4所示，步骤S3，包括：

步骤S31，预先定义物体的第一活动范围和虚拟光束锥体的第二活动范围；

步骤S32，获取手术过程中物体与光束锥体之间的接触情况；

步骤S33，根据接触情况、第一活动范围以及第二活动范围生成规划路径。

本发明优选的实施方式中，步骤S31中，第一活动范围为物体于六自由度下的移动范围和转动范围。

本发明优选的实施方式中，如图5所示，步骤S31中，包括：

步骤S311，获取光学定位器的组成部件的部件运动范围；

步骤S312，根据运动范围，定义虚拟光束锥体的第二活动范围。

本发明优选的实施方式中，部件运动范围为组成部件的转动自由度和转动角度。

本发明优选的实施方式中，虚拟光束锥体的第二活动范围为虚拟光束锥体绕光学定位器定轴转动的角度。

具体地，构建对应于手术全程的虚拟现实场景，并定义手术过程中的物体的第一活动范围，以及虚拟光束锥体的第二活动范围，基于手术过程中的物体移动情况获取物体与虚拟光束锥体的接触情况，并根据该接触情况、物体的第一活动范围、虚拟光束锥体的第二活动范围生成术前规划路径，以指示手术操作人员于手术过程中的移动路径、手术器械的移动路径以及光学定位器的移动路径。

进一步地，可预先获取物体于六自由度下的移动范围和转动范围，以定义物体的第一运动范围。

进一步地，可通过步骤S311至步骤S312，预先测量光学定位器的组成部件的转动自由度和转动角度，再根据转动自由度和转动角度，定义虚拟光束锥体的第二活动范围。其中，最后得到第二活动范围可视为虚拟光束锥体可绕光学定位器定轴转动的角度。

本发明优选的实施方式中，还包括：于手术过程中，控制虚拟光束锥体的显示与隐藏。具体地，可及时控制虚拟光束锥体隐藏，以符合实际操作需求。

其中，一种手术机器人VR术前规划系统，应用于手术机器人，如图6所示，包括：

一第一构建模块1，用于构建一虚拟现实场景；

一第二构建模块2，连接第一构建模块1，用于根据虚拟现实场景中，手术机器人中的光学定位器的视野范围构建一虚拟光束锥体；

一规划模块3，连接第二构建模块2，用于根据虚拟现实场景中的物体与光束锥体的接触情况，生成规划路径。

具体地，为避免手术过程中，操作人员、手术器械的移动阻碍光学定位器与感光球之间的红外光束，进而影响到光学定位系统的正常工作，本发明还提供一种手术机器人VR术前规划系统，首先通过第一构建模块1，构建一虚拟现实场景，随后可通过第二构建模块2，根据虚拟现实场景中，手术机器人中的光学定位器的视野范围构建一虚拟光束锥体，最后可利用规划模块3，根据虚拟现实场景中的物体与光束锥体的接触情况，生成规划路径，具体的操作方法已于上述说明清楚，此处不再赘述。

本发明的技术方案有益效果在于：提供一种手术机器人VR术前规划方法及系统，根据光学定位器的视野范围于虚拟现实场景中构建虚拟光束锥体，并根据虚拟现实场景中的物体与虚拟光束锥体的接触情况，生成规划路径，以指示操作人员、手术器械于手术过程中的移动路径，使其不再干扰到光学定位器与感光球之间的红外光束，进而使光学定位系统始终保持正常工作，使光学定位系统的定位结果更加准确。

以上仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。