基于多模态医学影像的机器人穿刺系统及其控制方法与流程

本发明涉及医疗设备，尤其涉及一种基于多模态医学影像的机器人穿刺系统及其控制方法。

背景技术：

1、穿刺是临床比较常用的一种检查手段，也是比较常用的诊断和治疗手段。，在临床医学场景中，穿刺常用于将穿刺针刺入体腔内，抽取分泌物做化验，向体腔注入气体或造影剂做造影检查，或向体腔内注入药物等。

2、相关技术中，穿刺操作由经验丰富操作稳定的专业人员来执行，但采用这种操作方式，穿刺定位的精准度受操作人员的主观影响，稳定性较差。在一些场景中，借助超声图像来进行穿刺定位，但同事操作超声探头和穿刺针比较困难，且超声图像的参考信息有限，也无法保证穿刺定位的准确度。而且在此情形下，考虑到操作人员的安全问题，往往难以采用存在辐射性的成像方式，使得穿刺定位可以来的图像数据的成像方式受限，无法有效辅助穿刺定位。

技术实现思路

1、本发明提供了一种基于多模态医学影像的机器人穿刺系统及其控制方法，以解决相关技术中用户手动穿刺的稳定性差以及成像方式受限等技术问题。

2、根据本发明的一方面，提供了一种基于多模态医学影像的机器人穿刺系统，该系统包括：二维正交的x光设备、超声成像设备、机器人框架和人机交互设备；所述二维正交x光设备包括扫描床；所述机器人框架固定于所述扫描床上，所述机器人框架包括可伸缩和/或旋转角度的第一机械臂，所述第一机械臂的末端安装有穿刺针头；所述人机交互设备包括超声成像控制模块，x光成像控制模块和穿刺位置控制模块；其中，

3、所述超声成像控制模块，用于响应于第一成像控制信号，控制所述超声成像设备采集目标穿刺对象的超声图像；

4、所述x光成像控制模块，用于响应于第二成像控制信号，控制所述二维正交的x光设备采集所述目标穿刺对象的x光图像；

5、所述穿刺位置控制模块，用于显示所述超声图像和/或所述x光图像，以及，响应于针对所述x光图像或所述超声图像的位置选择操作，基于选中的图像位置确定目标穿刺位置，并控制所述第一机械臂将所述穿刺针头移动至所述目标穿刺位置。

6、所述机器人框架包括可伸缩和/或旋转角度的第二机械臂，所述第二机械臂上固定有所述超声成像设备的超声探头。

7、可选地，所述人机交互设备还包括超声探头调整模块；其中，

8、所述超声探头调整模块，用于响应于针对所述超声探头输入的探头调整操作，生成与所述第二机械臂对应的控制信号，基于所述控制信号控制所述第二机械臂对所述超声探头的位置信息和/或姿态信息进行调整。

9、可选地，所述人机交互设备还包括图像配准模块；其中，

10、所述图像配准模块，用于将所述x光图像和所述超声图像进行配准，并基于配准结果将所述目标穿刺位置显示在所述x光图像和所述超声图像中。

11、可选地，所述x光成像控制模块包括成像模式设置单元和控制信号生成单元；其中，

12、所述成像模式设置单元，用于响应于针对所述二维正交的x光设备的成像模式设置操作，确定与所述二维正交的x光设备对应的目标成像模式，其中，所述目标成像模式包括ct成像模式和cbct成像模式；

13、所述控制信号生成单元，用于在所述ct成像模式下，生成ct控制信号，基于所述ct控制信号控制所述二维正交的x光设备获取所述目标穿刺对象的ct图像；或者，用于在所述cbct成像模式下，生成cbct控制信号，基于所述cbct控制信号控制所述二维正交的x光设备获取所述目标穿刺对象的cbct透视图像。

14、可选地，所述人机交互设备还包括穿刺路径规划模块；其中，

15、所述穿刺路径规划模块，用于显示所述cbct透视图像，以及，响应于作用于所述cbct透视图像的路径信息设置操作，基于设置的路径关联信息生成目标穿刺路径，其中，所述路径关联信息包括进针信息、绕行部位信息、穿刺深度以及穿刺结束位置中的至少一项。

16、可选地，所述人机交互设备还包括对象运动检测模块；其中，

17、所述对象运动检测模块，用于基于所述cbct透视图像确定所述目标穿刺对象的运动信息，在所述运动信息满足预设预警条件的情况下，生成穿刺预警信息。

18、可选地，所述穿刺位置控制模块包括转换关系存储单元、穿刺位置选择单元、坐标转换单元和穿刺针头控制单元；其中，

19、所述转换关系存储单元，用于建立并存储所述人机交互设备对应的图像坐标系、所述扫描床对应的空间坐标系、所述超声成像设备的超声探头对应的空间坐标系以及所述穿刺针头对应的空间坐标系之间的坐标转换关系；

20、所述穿刺位置选择单元，用于显示所述超声图像和/或所述x光图像，以及，接收针对所述x光图像或所述超声图像的位置选择操作，获取选中的图像位置作为图像穿刺位置；

21、所述坐标转换单元，用于基于所述坐标转换关系将所述图像穿刺位置转换为所述目标穿刺对象对应的目标穿刺位置；

22、所述穿刺针头控制单元，用于获取所述穿刺针头的当前空间位置，基于所述当前空间位置和所述目标穿刺位置控制所述第一机械臂将所述穿刺针头移动至所述目标穿刺位置。

23、可选地，所述人机交互设备还包括穿刺引导模块；其中，

24、所述穿刺引导模块，用于响应于引导触发事件，播放与所述引导触发事件对应的穿刺引导信息，其中，所述穿刺引导信息用于引导所述目标穿刺对象执行预设动作。

25、根据本发明的另一方面，提供了一种基于多模态医学影像的机器人穿刺系统的控制方法，所述机器人穿刺系统包括：二维正交的x光设备、超声成像设备、机器人框架和人机交互设备；所述二维正交x光设备包括扫描床；所述机器人框架固定于所述扫描床上，所述机器人框架包括可伸缩和/或旋转角度的第一机械臂，所述第一机械臂的末端安装有穿刺针头；所述人机交互设备包括超声成像控制模块，x光成像控制模块和穿刺位置控制模块；其中，所述机器人穿刺系统的控制方法，包括：

26、通过所述超声成像控制模块，响应于第一成像控制信号，控制所述超声成像设备采集目标穿刺对象的超声图像；

27、通过所述x光成像控制模块，响应于第二成像控制信号，控制所述二维正交的x光设备采集所述目标穿刺对象的x光图像；

28、通过所述穿刺位置控制模块，显示所述超声图像和/或所述x光图像，以及，响应于针对所述x光图像或所述超声图像的位置选择操作，基于选中的图像位置确定目标穿刺位置，并控制所述第一机械臂将所述穿刺针头移动至所述目标穿刺位置。

29、本发明实施例的技术方案，通过二维正交的x光设备采集的目标穿刺对象的x光图像和超声成像设备采集的目标穿刺对象的超声图像，能够结合x光图像和超声图像的成像优势，清楚展示出目标穿刺对象的组织信息，为穿刺定位提供丰富的数据依据；通过机器人框架上可伸缩和/或旋转角度的第一机械臂可以支持对穿刺针头的多种位姿变化，实现对穿刺针头的灵活调整；通过人机交互设备可以实现对超声成像的控制模块、对x光成像的控制以及对穿刺位置的控制模块，实现了基于合x光图像和超声图像对目标穿刺位置的定位以及对穿刺针头的控制，由于人机交互设备的设置位置可以自主确定这就减少了对于用户位置的限制，用户可以在x射线的辐射范围外操控人机交互设备，保证操作安全，且解决了相关技术中用户手动穿刺的稳定性差以及成像方式受限等技术问题，实现了提升穿刺系统的智能化程度，并提高了穿刺定位的精度和定位效率的有益效果。

30、应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本发明的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本发明的范围。本发明的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。