一种用于机器人辅助微创手术的触诊器械及触诊方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于医疗器械和诊断技术领域，更为具体地讲，设及一种用于机器人辅助 微创手术的触诊器械及触诊方法。
【背景技术】
[0002] 在当代外科手术中，微创手术由于其创口小、术后恢复快、住院时间短等优点在临 床得到广泛应用。近年来，机器人技术不断的用于微创手术领域，增强了医生手术操作的灵 活性、协调性和稳定性，进一步的拓展了微创手术的应用范围。
[0003] 如图1所示，W美国In化itive Su巧ical公司的"达芬奇"手术机器人为例，它是目 前全球最先进的微创手术机器人，也是唯一商用化的手术机器人。它由主控台、（床旁)从动 机器手臂和立体内窥成像系统组成。手术医生通过观察探入体内的立体内窥镜实时反馈影 像，操作主控台上的控制杆，远程控制多个从动机器手臂及探入体内的微创手术器械完成 手术。然而，即便操作最先进的"达芬奇"进行微创手术也存在诸多限制。由于无法感知触觉 信息，医生在进行机器人辅助微创手术时，无法对病人进行触诊，运使得医生丧失了 一种能 够快速、直接检测软组织或器官病变的最重要途径。
[0004] 其次，W常规手术中的肿瘤检查为例，医生常通过对体内软组织的触摸和按压，根 据软组织硬度分布，判断肿瘤位置和大小。如何在机器辅助微创手术中实现有效的触觉，已 经成微创手术领域亟待解决的问题。
[0005] 随着新型传感器技术的发展，国外有学者开始尝试采用微型触觉或力觉传感器进 行软组织硬度测量，然而微型传感器往往结构复杂、机构精密，对工作环境要求高，设计和 制造成本高，目前仅停留在实验室阶段，难W临床应用。另外，微型传感器最终将触觉或力 觉转换为电信号输出，需要占用手术机器人系统的信号通道，不利于与现有手术机器人系 统的集成。此外，在触诊方法方面，仅仅依赖微型传感器，对单点进行硬度测试，无法实现完 整的触诊感知。触觉或力觉传感器仅能给出单个或若干个点的力反馈信息，无法基于软组 织触诊区域的3D形态和具体部位给出完整的触诊区硬度分布图，不便于医生的诊断。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种用于机器人辅助微创手术的触 诊器械及触诊方法，可直接安装在手术机器人的从动机器手臂上，无需手术机器人的直接 驱动，无额外电信号的输出，可W为医生诊断提供可靠的触诊依据。
[0007] 为实现上述发明目的，本发明一种用于机器人辅助微创手术的触诊器械，其特征 在于，包括：
[000引一外筒，利用医用金属材料制造;在外筒的前半段为中空结构，且前端口标有色 环，方便在图像中定位，在外筒的后半段为实屯、结构，用于连接机器人手臂；
[0009] 一内部弹黃，为线性压缩弹黃，用医用金属材料制造，安装于外筒内，且一端与外 筒的后半段固定，另一端与活动的探忍连接;所述的内部弹黃的承受压力与缩进距离成正 比，；
[0010] -探忍，用医用金属材料制作的金属细杆，直径略小于外筒内径，探忍的部分杆体 插入外筒内与内部弹黃连接，另一部分杆体探出外筒，当探忍前端正面受到压力后压迫内 部弹黃回缩，再通过外露的杆体上标有不同颜色的色环刻度计算出触诊区域的软组织硬 度。
[0011] 本发明还提供了一种利用触诊器械进行触诊的方法，其特征在于，包括W下步骤：
[0012] (1)、利用立体内窥镜获取触诊区图像；
[0013] (2)、对触诊区离散化
[0014] 基于触诊区图像，将触诊区离散化为N个均匀分布的触诊点，初始化触诊点序号n = l，n = l，2，...，N;
[0015] (3)、触诊区3D重构
[0016] 基于触诊区图像，利用立体视觉匹配技术重构触诊区的3D形态，从而确定每个触 诊点的立维坐标；
[0017] (4)、机器手臂移至第n个触诊点
[0018] 通过手术机器人控制系统，控制机器手臂移至第n个触诊点的初位，此时机器手臂 上的触诊器械轴线垂直于触诊区表面，探忍刚刚接触第n个触诊点的初位，且保持内部弹黃 不受力，探忍自然外露长度为^;
[0019] (5)、机器手臂伸进长度^:
[0020] 通过手术机器人控制系统，控制机器手臂沿触诊器械轴线向前伸进长度^，到达 第n个触诊点的终位；
[0021] (6)、测量探忍受力后外露长度L2
[0022] 当触诊器械到达第n个触诊点的终位时，内部弹黃不再受力，测量此时的探忍自然 外露长度L2;
[0023] (7)、计算第n个触诊点硬度
[0025]再将第n个触诊点硬度存入到触诊点硬度数据集；
[00%] (8)、判断n是否小于N，如果n<N时，则将触诊点序号加1，即n = n+l，再返回步骤 (4);反之，则执行步骤(9);
[0027] (9)、输出软组织硬度分布图
[0028] 从触诊点硬度数据集中提取所有N个触诊点的硬度值，再基于各触诊点在触诊区 图像中的位置，利用二维插值，估计每个触诊点W外的像素点的硬度，从而得到与触诊区图 像大小相同的硬度分布图。
[0029] 本发明的发明目的是运样实现的：
[0030] 本发明一种用于机器人辅助微创手术的触诊器械包括:外筒、内部弹黃探忍，其直 接安装在手术机器人的机器手臂上，与立体内窥镜配合使用，进行体内软组织触诊。具体触 诊过程为:先控制机器手臂至触诊点初位，测量出探忍自然外露长度，然后控制从动机器手 臂至触诊点终位，再测量出此时探忍外露长度，进而计算出触诊点的硬度;通过对均匀分布 在触诊区上的触诊点逐个检测后，利用二维插值技术获得触诊区硬度分布图，方便医生对 病变区域的定位。
[0031] 同时，本发明一种用于机器人辅助微创手术的触诊器械及触诊方法还具有W下有 益效果：
[0032] (1)、触诊器械结构简单，由纯机械构件组成，制造、维护和使用简单，可直接安装 在手术机器人机器手臂上，无需手术机器人直接控制或驱动，无电信号传输，不占用手术机 器人信号通道，易于与现有手术机器人系统的集成。
[0033] (2)、充分利用手术机器人系统中标配的立体内窥镜，从其获取的触诊区图像中检 测触诊器械探忍受力后的外露长度，从而计算出触诊点的硬度;无需增加新的装置，无需力 传感器或触觉触感器；另外，触诊器械外筒端口和外露探忍上标识有不同颜色的色环和色 环刻度，简化了基于图像的探忍外露长度检测，提高了检测的效率和精度。
[0034] (3)、通过对触诊区的离散化，获得均匀分布的触诊点，逐个检测硬度后，利用二维 插值技术获得触诊区硬度分布图，触诊结果更直观，方便医生对病变区域的定位。
【附图说明】
[0035] 图1是"达芬奇"微创手术机器人原理图；
[0036] 图2本发明一种用于机器人辅助微创手术的触诊器械结构及使用示意图；
[0037] 图3是本发明一种用于机器人辅助微创手术的触诊方法流程图；
[0038] 图4是本发明一种用于机器人辅助微创手术的触诊方法原理示意图；
[0039] 图5是利用本发明所述的触诊结果示意图。
【具体实施方式】
[0040] 下面结合附图对本发明的【具体实施方式】进行描述，W便本领域的技术人员更好地 理解本发明。需要特别提醒注意的是，在W下的描述中，当已知功能和设计的详细描述也许 会淡化本发明的主要内容时，运些描述在运里将被忽略。
[0041 ]实施例
[0042] 图2本发明一种用于机器人辅助微创手术的触诊器械结构及使用示意图。
[0043] 在本实施例中，如图2所示，本发明一种用于机器人辅助微创手术的触诊器械，包 括:外筒、内部弹黃和探忍。
[0044] 其中，外筒是利用医用金属材料制造;在外筒的前半段为中空结构，且前端口标有 色环，方便