本發(fā)明涉及醫(yī)療器械，尤其涉及一種介入手術(shù)機(jī)器人路徑規(guī)劃方法、系統(tǒng)及介質(zhì)。

背景技術(shù)：

1、在介入手術(shù)中，尤其是針對(duì)肝臟、心臟等重要器官的復(fù)雜手術(shù)，準(zhǔn)確的導(dǎo)航和定位對(duì)于手術(shù)成功至關(guān)重要。傳統(tǒng)的介入手術(shù)通常依賴單一成像模式，然而單一成像方式的局限性容易導(dǎo)致信息不足，增加手術(shù)難度和風(fēng)險(xiǎn)。

2、多模態(tài)信息融合技術(shù)可以結(jié)合不同成像方式的優(yōu)勢(shì)，彌補(bǔ)單一成像技術(shù)的缺陷，實(shí)現(xiàn)對(duì)手術(shù)區(qū)域的更全面和精確的評(píng)估。同時(shí)，超聲作為一種實(shí)時(shí)成像技術(shù)，在介入手術(shù)中有著獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，可以實(shí)時(shí)反饋患者體內(nèi)組織變化。然而，現(xiàn)有的超聲引導(dǎo)系統(tǒng)與其他成像技術(shù)結(jié)合不足，無法提供全面的決策支持。

3、傳統(tǒng)的介入手術(shù)通常依賴單一成像模式(如超聲、cta或ct)，這種單一成像模式存在以下幾個(gè)缺點(diǎn)：

4、(1)信息局限性：單一成像模式只能提供有限的組織信息。例如：

5、ct：能提供高分辨率的三維成像，但通常是在手術(shù)前采集的靜態(tài)圖像，缺乏手術(shù)過程中實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)的反饋。

6、cta：主要用于顯示血管結(jié)構(gòu)的形態(tài)學(xué)信息，如血管狹窄、動(dòng)脈瘤、血栓等。盡管對(duì)血管的病理狀況能有詳細(xì)的展示，但對(duì)其他軟組織、神經(jīng)、肌肉或周圍器官的信息相對(duì)不足，因此難以提供全面的解剖學(xué)視圖。

7、超聲：雖然具有實(shí)時(shí)成像的優(yōu)勢(shì)，但其圖像質(zhì)量容易受到患者體內(nèi)氣體、骨骼或脂肪組織的影響，分辨率和對(duì)比度相對(duì)較低，對(duì)深部組織的成像效果較差。

8、(2)缺乏實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)信息

9、靜態(tài)成像模式(如ct或cta)只能在手術(shù)前提供患者的解剖結(jié)構(gòu)，而手術(shù)過程中身體結(jié)構(gòu)可能會(huì)發(fā)生變化(如組織位移、器官形變)，單一的成像模式無法實(shí)時(shí)更新這些信息，導(dǎo)致醫(yī)生必須依賴術(shù)前的影像來引導(dǎo)手術(shù)，這可能與手術(shù)中的實(shí)際情況不符。

10、(3)無法綜合多方面信息

11、單一成像方式通常只能捕捉一種特定類型的信息(如超聲的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)或ct的高分辨率解剖圖像)，無法全面反映復(fù)雜解剖區(qū)域的多個(gè)方面。對(duì)于需要兼顧血管、神經(jīng)、組織等多種結(jié)構(gòu)的介入手術(shù)，單一影像模式容易遺漏關(guān)鍵信息，增加手術(shù)風(fēng)險(xiǎn)。

12、(4)誤差較大

13、由于單一成像模式的局限性，醫(yī)生在操作時(shí)必須依靠個(gè)人經(jīng)驗(yàn)來彌補(bǔ)成像技術(shù)的不足。這種主觀判斷可能導(dǎo)致誤差，尤其是在處理復(fù)雜的介入手術(shù)時(shí)，定位的準(zhǔn)確性和精度可能不夠，增加了誤操作或并發(fā)癥的風(fēng)險(xiǎn)。

14、(5)難以識(shí)別關(guān)鍵解剖結(jié)構(gòu)

15、某些關(guān)鍵解剖結(jié)構(gòu)(如小血管、神經(jīng)纖維等)在單一成像模式下可能無法清晰呈現(xiàn)，尤其是對(duì)于軟組織、腫瘤等的邊界識(shí)別不清晰，增加了手術(shù)中誤傷重要結(jié)構(gòu)的風(fēng)險(xiǎn)。

16、(6)成像技術(shù)的局限性

17、各種成像技術(shù)都有其固有的物理局限性。例如：

18、ct需要較長時(shí)間的掃描和處理，難以提供手術(shù)過程中實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)的反饋。

19、cta依賴于使用對(duì)比劑來增強(qiáng)血管的可視性，造影劑注射速度、劑量和患者的循環(huán)狀況也可能影響cta圖像的質(zhì)量和準(zhǔn)確性。

20、超聲容易受到偽影的干擾，圖像可能存在噪點(diǎn)。

21、以上背景技術(shù)內(nèi)容的公開僅用于輔助理解本發(fā)明的發(fā)明構(gòu)思及技術(shù)方案，其并不必然屬于本專利申請(qǐng)的現(xiàn)有技術(shù)，也不必然會(huì)給出技術(shù)教導(dǎo)；在沒有明確的證據(jù)表明上述內(nèi)容在本專利申請(qǐng)的申請(qǐng)日之前已經(jīng)公開的情況下，上述背景技術(shù)不應(yīng)當(dāng)用于評(píng)價(jià)本技術(shù)的新穎性和創(chuàng)造性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供一種介入手術(shù)機(jī)器人路徑規(guī)劃方法、系統(tǒng)及介質(zhì)，能夠高效、準(zhǔn)確地規(guī)劃介入手術(shù)機(jī)器人的路徑。

2、為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

3、一種介入手術(shù)機(jī)器人路徑規(guī)劃方法，所述方法包括以下步驟：

4、確定一目標(biāo)對(duì)象的體表點(diǎn)集和靶點(diǎn)p；

5、確定介入手術(shù)機(jī)器人的執(zhí)行裝置在所述目標(biāo)對(duì)象的體內(nèi)的起點(diǎn)和終點(diǎn)，并確定在機(jī)械臂的驅(qū)動(dòng)下，所述執(zhí)行裝置從所述起點(diǎn)到所述終點(diǎn)可能經(jīng)過的路徑點(diǎn)的集合為路徑點(diǎn)集；

6、在所述路徑點(diǎn)集中任取一點(diǎn)作為目標(biāo)路徑點(diǎn)q，在所述體表點(diǎn)集中的任取一點(diǎn)作為目標(biāo)體表點(diǎn)g，根據(jù)所述靶點(diǎn)p、所述目標(biāo)路徑點(diǎn)q和所述目標(biāo)體表點(diǎn)g確定第一向量組合，所述第一向量組合包括第一向量和第二向量所述第一向量的起點(diǎn)為所述目標(biāo)路徑點(diǎn)q、其終點(diǎn)為所述目標(biāo)體表點(diǎn)g，所述第二向量的起點(diǎn)為所述質(zhì)心p、其終點(diǎn)為所述目標(biāo)體表點(diǎn)g；

7、遍歷所有所述第一向量組合，判斷所述第一向量和第二向量之間的夾角是否小于預(yù)設(shè)的第一角度，若是，則確定當(dāng)前第一向量組合對(duì)應(yīng)的目標(biāo)體表點(diǎn)為候選體表點(diǎn)以及確定當(dāng)前第一向量組合對(duì)應(yīng)的目標(biāo)路徑點(diǎn)為候選路徑點(diǎn)；

8、根據(jù)所述候選體表點(diǎn)和所述候選路徑點(diǎn)規(guī)劃介入手術(shù)機(jī)器人的路徑以得到規(guī)劃路徑。

9、進(jìn)一步地，承前所述的任一技術(shù)方案或多個(gè)技術(shù)方案的組合，根據(jù)所述候選體表點(diǎn)和所述候選路徑點(diǎn)規(guī)劃介入手術(shù)機(jī)器人的路徑，包括以下步驟：

10、針對(duì)每個(gè)所述候選體表點(diǎn)，確定其對(duì)應(yīng)的機(jī)械臂的位姿，并根據(jù)所述機(jī)械臂的位姿確定所述執(zhí)行裝置的起始點(diǎn)b和末點(diǎn)e；

11、根據(jù)所述靶點(diǎn)p、起始點(diǎn)b和末點(diǎn)e確定第二向量組合，所述第二向量組合包括第三向量和第四向量

12、遍歷所有所述第二向量組合，判斷所述第三向量和第四向量之間的夾角是否小于預(yù)設(shè)的第二角度，若是，則確定所述第二向量組合對(duì)應(yīng)的所述候選體表點(diǎn)為終選體表點(diǎn)；

13、根據(jù)所述終選體表點(diǎn)和所述候選路徑點(diǎn)規(guī)劃介入手術(shù)機(jī)器人的路徑以得到規(guī)劃路徑。

14、進(jìn)一步地，承前所述的任一技術(shù)方案或多個(gè)技術(shù)方案的組合，所述第二角度的取值范圍為1°至6°。

15、進(jìn)一步地，承前所述的任一技術(shù)方案或多個(gè)技術(shù)方案的組合，所述第二角度的取值范圍為1°或2°或3°或4°或5°或6°。

16、進(jìn)一步地，承前所述的任一技術(shù)方案或多個(gè)技術(shù)方案的組合，還包括確定所述目標(biāo)對(duì)象的不可選點(diǎn)集；

17、根據(jù)所述終選體表點(diǎn)和所述候選路徑點(diǎn)規(guī)劃介入手術(shù)機(jī)器人的路徑，還包括：

18、確定不在所述不可選點(diǎn)集范圍內(nèi)的候選路徑點(diǎn)為終選路徑點(diǎn)；

19、根據(jù)所述終選體表點(diǎn)和所述終選路徑點(diǎn)規(guī)劃介入手術(shù)機(jī)器人的路徑以得到規(guī)劃路徑。

20、進(jìn)一步地，承前所述的任一技術(shù)方案或多個(gè)技術(shù)方案的組合，所述第一角度的取值范圍為8°至12°。

21、進(jìn)一步地，承前所述的任一技術(shù)方案或多個(gè)技術(shù)方案的組合，所述第一角度的取值范圍為8°或9°或10°或11°或12°。

22、進(jìn)一步地，承前所述的任一技術(shù)方案或多個(gè)技術(shù)方案的組合，還包括以下步驟：

23、獲取一目標(biāo)對(duì)象的ct圖像，對(duì)所述ct圖像進(jìn)行分割以得到在ct坐標(biāo)系下的所述目標(biāo)對(duì)象的體表點(diǎn)集和病變區(qū)點(diǎn)集；

24、確定所述病變區(qū)點(diǎn)集的質(zhì)心為所述靶點(diǎn)p，并確定所述靶點(diǎn)p在ct坐標(biāo)系下的靶點(diǎn)坐標(biāo)；

25、根據(jù)所述ct坐標(biāo)系到機(jī)械臂坐標(biāo)系的變換關(guān)系，將所述ct坐標(biāo)系下的靶點(diǎn)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為機(jī)械坐標(biāo)系下的靶點(diǎn)坐標(biāo)。

26、進(jìn)一步地，承前所述的任一技術(shù)方案或多個(gè)技術(shù)方案的組合，對(duì)所述ct圖像進(jìn)行分割還得到所述目標(biāo)對(duì)象的骨骼點(diǎn)集；

27、根據(jù)所述骨骼點(diǎn)集，在非骨骼區(qū)域手動(dòng)地確定所述執(zhí)行裝置在所述目標(biāo)對(duì)象的體內(nèi)的起點(diǎn)和終點(diǎn)。

28、進(jìn)一步地，承前所述的任一技術(shù)方案或多個(gè)技術(shù)方案的組合，還包括以下步驟：

29、基于多模態(tài)影像數(shù)據(jù)構(gòu)建所述目標(biāo)對(duì)象的三維模型以得到虛擬目標(biāo)對(duì)象，所述三維模型包括匹配所述目標(biāo)對(duì)象的虛擬的皮膚組織、軟組織和骨骼；

30、預(yù)先構(gòu)建所述介入手術(shù)機(jī)器人的三維模型，并且為所述介入手術(shù)機(jī)器人的三維模型配置控制器以得到虛擬介入手術(shù)機(jī)器人，所述虛擬介入手術(shù)機(jī)器人包括機(jī)械臂和執(zhí)行裝置，所述執(zhí)行裝置設(shè)置在所述機(jī)械臂的末端，所述控制器被配置為控制所述機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)以及控制所述執(zhí)行裝置動(dòng)作；

31、利用所述虛擬介入手術(shù)機(jī)器人對(duì)虛擬目標(biāo)對(duì)象進(jìn)行介入模擬以得到規(guī)劃路徑。

32、根據(jù)本發(fā)明的另一方面，本發(fā)明提供了一種介入手術(shù)機(jī)器人路徑規(guī)劃系統(tǒng)，基于如上任一技術(shù)方案或多個(gè)技術(shù)方案的組合所述的介入手術(shù)機(jī)器人路徑規(guī)劃方法規(guī)劃介入手術(shù)機(jī)器人的路徑以得到規(guī)劃路徑。

33、根據(jù)本發(fā)明的另一方面，本發(fā)明提供了一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，用于存儲(chǔ)程序指令，所述程序指令被配置為調(diào)用而執(zhí)行如上任一技術(shù)方案或多個(gè)技術(shù)方案的組合所述的方法的步驟。

34、本發(fā)明提供的技術(shù)方案帶來的有益效果如下：

35、a.本發(fā)明提供的介入手術(shù)機(jī)器人路徑規(guī)劃方法通過遍歷目標(biāo)對(duì)象的體表點(diǎn)、從執(zhí)行裝置在目標(biāo)對(duì)象的體內(nèi)的起點(diǎn)和終點(diǎn)之間可能經(jīng)過的路徑點(diǎn)，通過計(jì)算由路徑點(diǎn)到體表點(diǎn)的第一向量和由靶點(diǎn)到路徑點(diǎn)的第二向量的夾角是否滿足小于預(yù)設(shè)的第一角度，并根據(jù)篩選出來的滿足條件的候選點(diǎn)進(jìn)行介入手術(shù)機(jī)器人路徑規(guī)劃，能夠更高效、準(zhǔn)確地規(guī)劃介入手術(shù)機(jī)器人的路徑；

36、b.本發(fā)明基于初篩出來的候選點(diǎn)，進(jìn)一步判斷在所有候選體表點(diǎn)下機(jī)械臂位姿對(duì)應(yīng)的執(zhí)行末端的起始點(diǎn)和末點(diǎn)，并通過計(jì)算由起始點(diǎn)到末點(diǎn)的第三向量和由末點(diǎn)到靶點(diǎn)的第四向量之間的夾角是否滿足小于預(yù)設(shè)的第二角度，并根據(jù)滿足條件的點(diǎn)用于規(guī)劃介入手術(shù)機(jī)器人的路徑，不僅能夠保證執(zhí)行裝置對(duì)準(zhǔn)靶點(diǎn)并且能夠保證靶點(diǎn)區(qū)域是超聲可見的；

37、c.本發(fā)明提供的介入手術(shù)機(jī)器人路徑規(guī)劃方法及系統(tǒng)通過多模態(tài)信息融合構(gòu)建虛擬目標(biāo)對(duì)象和虛擬介入機(jī)器人，能夠準(zhǔn)確高效地模擬介入過程，提升介入手術(shù)的準(zhǔn)確性和效率，幫助醫(yī)生在介入手術(shù)過程中做出更加精準(zhǔn)的決策。