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一种肿瘤放疗辅助 机器人制作方法

阅读：490发布：2020-05-15

专利汇可以提供一种肿瘤放疗辅助机器人制作方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开了一种肿瘤放疗辅助机器人制作方法，包含以下步骤：A、肿瘤放疗辅助机器人系统手术过程分析及系统构建；通过对人工植入粒子手术过程的观察，结合临床医师的放射治疗实践经验，制定肿瘤放疗机器人手术方案；B、肿瘤放疗辅助机器人运动分析及空间配准；C、制定肿瘤放疗辅助机器人安全控制机制；D、肿瘤放疗辅助机器人系统实验研究。本发明所研制的肿瘤放疗辅助机器人具有精度高、误差小，能够规避障碍物，能够提高位姿设定空间，进针空间，放射性粒子植入等方面的安全性。，下面是一种肿瘤放疗辅助机器人制作方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种肿瘤放疗辅助机器人制作方法，其特征在于，包含以下步骤：
肿瘤放疗辅助机器人系统手术过程分析及系统构建；通过对人工植入粒子手术过程的观察，结合临床医师的放射治疗实践经验，制定肿瘤放疗机器人手术方案；
肿瘤放疗辅助机器人运动分析及空间配准；
制定肿瘤放疗辅助机器人安全控制机制；
肿瘤放疗辅助机器人系统实验研究。
2.根据权利要求1所述的一种肿瘤放疗辅助机器人制作方法，其特征在于，所述步骤B具体包括（1）D-H法正运动学解算；建立机器人空间坐标系，解决机器人各关节和末端之间的对应位姿关系；（2）解析法求解逆运动学：根据末端工具位姿，解算对应的关节变量；（3）蒙特卡洛法求工作空间：工作空间就是末端所能到达的位置[23]，根据D-H参数法求解到机器人末端在坐标系下的位置，通过机器人各关节变量的对应范围，随机遍历各关节范围，末端的集合就是其工作空间；（4）验证雅克比矩阵正确性。
3.根据权利要求1或2所述的一种肿瘤放疗辅助机器人制作方法，其特征在于，所述步骤D具体是通过在动物组织模型上进行模拟实验，考核可行性。
4.根据权利要求1所述的一种肿瘤放疗辅助机器人制作方法，其特征在于，所述手术过程包括空间配准、术中对病灶靶点的定位、穿刺、放射性粒子植入、术后精度效果评价；硬件系统应包含手术机器人、视觉导航系统、末端套管针装置和六维力传感器。
5.根据权利要求2所述的一种肿瘤放疗辅助机器人制作方法，其特征在于，步骤（4）具体是利用光学定位系统坐标系、机器人基坐标系、机器人末端工具中心坐标系、机器人末端固连的被动刚体坐标系与穿套管针针尖坐标系之间的转换关系，并从平面测量法、旋转配准法和直线旋转自动配准法中选取一种精度最高的配准方案进行轨道规划。

说明书全文

一种肿瘤放疗辅助 机器人制作方法

技术领域

[0001] 本发明涉及医疗电子技术，具体是一种肿瘤放疗辅助机器人制作方法。

背景技术

[0002] 目前，肿瘤疾病发病率日益提高，据不完全统计，2017年仅我国每天被确诊患有肿瘤疾病的人数多达1万人，平均每分钟就有7人，肿瘤已成为影响人们生活质量的重要原因，因此发展有效的治疗方法是临床迫切需要解决的问题。另一方面，随着生活水平的提高，国民对于卫生健康及自身疾病的预防、诊断、治疗给予了越来越多的关注，对医疗技术手段也提出了越来越高的要求。

[0003] 在肿瘤疾病临床治疗中，放射治疗是普遍采用的检查、治疗手段，但其存在靶区控制精度低，稳定性差等问题，亟待采用自动化装备来辅助实施，将放射性粒子植入肿瘤内部，从而杀死癌细胞将是更加具有应用前景的治疗手段。随着机器人技术在定位、控制等方面的快速发展，其应用范围也逐渐向医疗领域渗透。伴随着影像技术在医疗领域的广泛应用，形成了一个新的医疗研究热点：基于视觉导航的医疗机器人手术系统。该系统中机器人具有稳定、准确、快速地按照术前规划路径动作的优点；而图像导航手术具有解刨部位可视化的优点，两者结合可使手术精度大大提高。

发明内容

[0004] 本发明的目的在于提供一种肿瘤放疗辅助机器人制作方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

[0005] 为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种肿瘤放疗辅助机器人制作方法，包含以下步骤：
A、肿瘤放疗辅助机器人系统手术过程分析及系统构建；通过对人工植入粒子手术过程的观察，结合临床医师的放射治疗实践经验，制定肿瘤放疗机器人手术方案；
B、肿瘤放疗辅助机器人运动分析及空间配准；
C、制定肿瘤放疗辅助机器人安全控制机制；
D、肿瘤放疗辅助机器人系统实验研究。

[0006] 作为本发明的进一步技术方案：所述步骤B具体包括（1）D-H法正运动学解算；建立机器人空间坐标系，解决机器人各关节和末端之间的对应位姿关系；（2）解析法求解逆运动学：根据末端工具位姿，解算对应的关节变量；（3）蒙特卡洛法求工作空间：工作空间就是末[23]端所能到达的位置，根据D-H参数法求解到机器人末端在坐标系下的位置，通过机器人各关节变量的对应范围，随机遍历各关节范围，末端的集合就是其工作空间；（4）验证雅克比矩阵正确性。

[0007] 作为本发明的进一步技术方案：所述步骤D具体是通过在动物组织模型上进行模拟实验，考核可行性。

[0008] 作为本发明的进一步技术方案：所述手术过程包括空间配准、术中对病灶靶点的定位、穿刺、放射性粒子植入、术后精度效果评价；硬件系统应包含手术机器人、视觉导航系统、末端套管针装置和六维力传感器。

[0009] 作为本发明的进一步技术方案：步骤（4）具体是利用光学定位系统坐标系、机器人基坐标系、机器人末端工具中心坐标系、机器人末端固连的被动刚体坐标系与穿套管针针尖坐标系之间的转换关系，并从平面测量法、旋转配准法和直线旋转自动配准法中选取一种精度最高的配准方案进行轨道规划。

[0010] 与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明所研制的肿瘤放疗辅助机器人具有精度高、误差小，能够规避障碍物，能够提高位姿设定空间，进针空间，放射性粒子植入等方面的安全性。附图说明

[0011] 图1为本发明肿瘤放疗辅助机器人的手术流程图。

具体实施方式

[0012] 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做出创造性劳动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。

[0013] 请参阅图1，一种肿瘤放疗辅助机器人制作方法，包含以下步骤：A.肿瘤放疗辅助机器人系统手术过程分析及系统构建通过对人工植入粒子手术过程的观察，结合临床医师的放射治疗实践经验，制定肿瘤放疗机器人手术方案。手术过程包括空间配准、术中对病灶靶点的定位、穿刺、放射性粒子植入、术后精度效果评价；硬件系统应包含手术机器人、视觉导航系统、末端套管针装置和六维力传感器；软件系统应包含机器人上位机控制系统、手术空间配准算法及安全控制机制。

[0014] B.肿瘤放疗辅助机器人运动分析及空间配准（1）D-H法正运动学解算：建立机器人空间坐标系，解决机器人各关节和末端之间的对应位姿关系。

[0015] （2）解析法求解逆运动学：根据末端工具位姿，解算对应的关节变量。

[0016] （3）蒙特卡洛法求工作空间：工作空间就是末端所能到达的位置，根据D-H参数法求解到机器人末端在坐标系下的位置，通过机器人各关节变量的对应范围，随机遍历各关节范围，末端的集合就是其工作空间。

[0017] （4）验证雅克比矩阵正确性。

[0018] 空间配准主要是5个坐标系之间的转换关系，光学定位系统坐标系、机器人基坐标系、机器人末端工具中心坐标系、机器人末端固连的被动刚体坐标系与穿套管针针尖坐标系。并从平面测量法、旋转配准法和直线旋转自动配准法中选取一种精度最高的配准方案进行轨道规划。

[0019] C.肿瘤放疗辅助机器人安全控制机制研究放射手术系统安全机制，手术过程中，机器人与环境交互会出现多种情况，例如规划路径中出现障碍物，必须采取主动适应外部环境的控制方法。因为进行手术空间划分，不同空间采取不同控制策略。

[0020] D.肿瘤放疗辅助机器人系统实验研究针对肿瘤放疗辅助机器人系统进行实验研究，在动物组织模型上进行模拟实验，考核可行性。

[0021] 对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

[0022] 此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

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