一种手术介入机器人的控制系统及其方法与流程

本发明涉及机器人控制系统，具体为一种手术介入机器人的控制系统及其方法。背景技术：1、许多外科手术涉及将针头经皮插入患者体内用于活组织检查和药物递送，包括将针尖放置在体内的病变、器官或血管中，以进行医疗过程。需要插入针头的外科手术的例如包含疫苗接种、血液/流体采样、区域麻醉、组织活检、导管插入、低温消融、电解消融、近距离放射治疗、神经外科、深部脑刺激和各种微创手术(mis)等。其中，ct 介入手术或磁共振介入手术是一种目前常用的微创外科手术，是在影像设备的引导下，通过穿刺针或其他介入器械进入人体，进行疾病诊断或治疗的一种方法。ct或磁共振介入技术已接近到达实时、安全、快速和准确地用于经皮介入治疗。2、如现有技术公开号为cn 111839741 a的发明专利公开了一种操作机器人的控制系统和方法，通过控制系统的处理器将机器人空间与成像空间集成一体来校准机器人，也处理含三维成像设备读取患者内的靶体三维图像，并计算出靶体在综合空间中的位置数据。通过靶体在综合空间中的位置数据，处理器自动控制操纵器将细长工具的纵轴与靶体对准。该方法虽然在一定程度上降低了手术的复杂度，提高了手术的效率，且降低了患者和手术人员长期暴露在辐射环境的危害。然而，该控制系统中，机械臂用于将调节机制定位到插针点上方；进行对细长工具进行微调以角度校准的调节机制包括基座（机器人下环）以及用于角度调整的包括多个臂的平台（机器人上环）。其穿刺针通过机器人上环定位，体表入针点作为起始点进行穿刺，由于人体表面皮肤肌肉为软组织，因此当针插入和移动过程中，入针点位置会产生变形偏移，进而产生穿刺误差，需要不断调整机器人上环，不利于医生操作，影响介入操作的稳定性和准确性。调节机制结构相对复杂而且组件较多，细长工具插入推进时插入深度不易于控制，且调节机制由于机器人下环的限制，穿刺针调整时容易受到障碍限制，影响了校准的准确性。另外，穿刺过程无法实时ai校准，可能损失周围的血管、器官等，导致患者二次损伤。3、因此，亟需提供一种试图解决至少一些以上问题的手术介入机器人的控制系统及其方法。技术实现思路1、为解决上述背景技术中存在的问题，本发明采用以下技术方案：2、一方面，本发明提供一种手术介入机器人的控制系统，包括控制器，以及与控制器电连接的介入机器人和成像设备；所述介入机器人配置为进行介入外科手术过程中，将外科手术工具与闭塞目标进行对准；所述成像设备配置为进行介入外科手术过程中，采集患者体内的闭塞目标的图像数据以及介入机器人的介入控制点图像数据并发送到控制器；所述控制器配置为进行介入外科手术过程中，根据所述成像设备采集的闭塞目标的图像数据控制所述介入机器人，使外科手术工具与患者体内的闭塞目标定位对准，并规划外科手术工具插入到闭塞目标的最优穿刺路径；3、所述介入机器人包括机械臂、至少一个致动器、至少一个支撑臂以及位于支撑臂上对外科手术工具进行角度取向的万向球头；一旦外科手术工具与最优穿刺路径重合，则控制器控制所述机械臂将所述外科手术工具按照最优穿刺路径推进。4、作为本发明优选方案，外科手术工具包括穿刺针。5、作为本发明优选方案，操作所述介入机器人包括操作介入机器人到最优穿刺路径位置，固定机械臂，控制器控制所述万向球头进行穿刺针角度取向调整，调整使得穿刺针与最优穿刺路径重合，获得穿刺针准确到达闭塞目标的直线路径。6、作为本发明优选方案，万向球头内还包括稳定所述穿刺针的组件，所述组件为弹性部件以使得插入穿刺针后加紧稳定穿刺针不发生滑动，同时当向穿刺针施加向上或向下的压力时，穿刺针进行向上或向下移动。7、另一方面，本发明还提供一种手术介入机器人的控制方法，应用于如上所述的一种手术介入机器人的控制系统，包括如下步骤：8、成像设备采集并生成第一图像数据，并将所述第一图像数据发送至控制器；9、控制器根据所述第一图像数据，模拟介入机器人最优穿刺路径；10、根据最优穿刺路径，控制器控制机械臂上外科手术工具的夹持点位和控制介入机器人到最优穿刺路径坐标位置；11、在成像设备的实时成像下进行外科手术工具角度调整，直到外科手术工具与模拟出的最优穿刺路径一致；12、在成像设备的实时成像下，控制器控制机械臂进行外科手术工具的穿刺推进。13、作为本发明优选方案，控制器根据所述第一图像数据，模拟介入机器人最优穿刺路径，具体包括如下过程：14、控制器分析所述第一图像数据获得的初始三维图像数据，通过所述初始三维图像数据重构获得患者体内三维图像；15、根据重构的患者体内三维图像规划多种预期穿刺路径，并用不同颜色的虚线表示；16、分析前述预期穿刺路径，输出最优穿刺路径。17、作为本发明优选方案，所述分析前述预期穿刺路径，输出最优穿刺路径，包括：分析所述预期穿刺路径的虚线在患者体内的分布情况和在患者体外的分布情况；将多种预期穿刺路径进行对比，选取路径障碍最少且周向的其他闭塞障碍分布最少以及体外操作空间足够，并综合穿刺路径距离较短的预期穿刺路径为最优穿刺路径；一旦确定最优穿刺路径，则其他的预期穿刺路径不再显示，只保留最优穿刺路径的虚线。18、作为本发明优选方案，所述根据最优穿刺路径，控制器控制机械臂上外科手术工具的夹持点位和控制介入机器人到最优穿刺路径坐标位置，包括：计算所述虚线表示的最优穿刺路径在患者体内由闭塞目标至患者体表插针点构成的线段的第一距离；根据所述第一距离，控制器控制机械臂上的夹持组件移动所述外科手术工具，直到由外科手术工具的穿刺端点到夹持点的距离基本等于所述第一距离为止，形成外科手术工具的夹持点位；19、控制已经固定好外科手术工具的介入机器人到最优穿刺路径坐标位置，包括控制所述机械臂移动，使得万向球头的中心点移动到所述最优穿刺路径的虚线在患者体外的线段上为止，在移动过程中，控制所述机械臂使外科手术工具的穿刺端始终未触及体表及其他物体。20、作为本发明优选方案，在成像设备的实时成像下进行外科手术工具角度调整，直到外科手术工具与模拟出的最优穿刺路径一致，具体包括如下过程：21、控制器调整机械臂上外科手术工具的位置，使得外科手术工具与计算出的最优穿刺路径重合；22、调整成像设备的x光角度，使得x光角度与外科手术工具延伸方向一致；23、调整x光角度，使得x光角度与外科手术工具形成夹角，校验外科手术工具与最优穿刺路径一致。24、作为本发明优选方案，在成像设备的实时成像下进行外科手术工具角度调整，直到外科手术工具与模拟出的最优穿刺路径一致，具体包括如下过程：25、调整成像设备的x光角度，使得x光角度与外科手术工具延伸方向一致；26、在x光角度下控制器调整机械臂上外科手术工具的位置，使得外科手术工具与最优穿刺路径重合；27、调整x光角度，使得x光角度与外科手术工具形成夹角，校验外科手术工具与最优穿刺路径一致。28、与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：29、1.本发明通过在机械臂上直接形成外科手术工具角度取向调整机构，无需底座支撑等复杂的调节机制，调节灵活度以及调节空间均得到较大提高，进一步提高介入操作的稳定性和准确性。30、2. 本发明通过控制器ai模拟最优穿刺路径，并在显示设备上以颜色虚线表示替换现有技术中的经皮表面插入点，可以很好地克服现有技术中经皮表面插入点发生偏移导致细长工具的微调校准精度存在偏差，影响介入操作的稳定性和准确性的问题。31、3. 本发明通过成像设备实时采集图像数据并根据图像数据进行介入机器人的位置实时校准，从而校准穿刺针与最优穿刺路径高度一致，进一步提高了穿刺的精准度和稳定性。32、4.本发明通过机械臂替代人工推进或其他插针推进设备，具体为通过ai控制机械臂插入操作能使本发明的穿刺校准更精确，穿刺时间更短，降低了患者暴露辐射环境的时间。同时，介入手术的操作者无需在辐射环境现场，而是通过控制器在显示设备端即可实时监控介入手术的操作过程，提高介入手术的成功率且大大节约了专业人员的成本需求。