1.本发明涉及医疗设备技术领域，特别是涉及一种穿刺手术系统和定位导航方法。
背景技术：2.经皮肺穿刺活检目前主要基于术前电子计算机断层扫描(computed tomography，ct) 判断病灶位置，然后医生基于临床经验确定穿刺路径，穿刺过程中需要医生多次借助ct影 像判断病灶位置，然后手动调整穿刺角度、避开重要组织，直至命中病灶。所以，由于整个 穿刺过程中完全依靠ct影像判断病灶的位置，如果医生经验不足，通常需要增加穿刺角度 的调整次数，意味着病人需要增加暴露在ct辐射下的次数，对病人造成较大的伤害，而且 每次采用ct影像判断病灶位置后调整调整穿刺角度时都需要退出ct设备的机架孔，增长导 致手术时间以及操作风险。
技术实现要素：3.基于此，有必要针对上述提及的技术问题，提供一种穿刺手术系统和定位导航方法。
4.本发明提供了一种穿刺手术系统，所述穿刺手术系统包括：
5.手术单元，所述手术单元具有第一标记单元，所述第一标记单元包括至少三个不共线的 第一标记，所述手术单元用于运动至目标对象的目标位置；
6.图像采集单元，所述图像采集单元用于采集包含所述手术单元和所述目标对象的图像；
7.控制单元，所述控制单元与所述手术单元通信连接，所述控制单元用于获取所述图像， 根据所述图像生成所述目标位置坐标系和所述第一标记单元坐标系之间的第一转换关系，并 根据所述第一转换关系控制所述手术单元运动至所述目标位置。
8.在其中一个实施例中，所述第一标记为钛球，且所述第一标记设置在所述手术单元的末 端。
9.在其中一个实施例中，所述手术单元为机械臂，所述机械臂的末端包括持针器夹，所述 至少三个不共线的第一标记设置于所述持针器夹的一侧表面上。
10.在其中一个实施例中，所述目标对象上设置有第二标记单元，所述第二标记单元包括至 少三个第二标记，所述图像采集单元采集的所述图像中包含所述第二标记单元，所述穿刺手 术系统还包括：
11.穿刺部件，所述穿刺部件安装在所述手术单元的末端，且所述穿刺部件上具有第三标记 单元，所述第三标记单元包括至少两个第三标记；
12.导航单元，所述控制单元和所述导航单元通信连接，所述导航单元用于识别所述第二标 记单元，所述控制单元还用于生成所述目标位置坐标系和所述导航单元坐标系的第二转换关 系，以及所述导航单元用于识别所述第三标记单元，所述控制单元还用于根据所述第二转换 关系在所述图像中实时显示所述穿刺部件；
13.其中，所述第二转换关系为所述导航单元坐标系到所述目标位置坐标系的转换关系。
14.在其中一个实施例中，所述至少三个第一标记围绕所述穿刺部件布置。
15.在其中一个实施例中，所述控制单元还用于实时识别所述第三标记单元，并实时基于所 述第二转换关系，显示所述穿刺部件的实时运动路径于所述图像上。
16.在其中一个实施例中，所述控制单元还用于判断所述实时运动路径是否与规划运动路径 一致，并在所述实时运动路径偏离所述规划运动路径时生成提醒信号进行提醒；
17.其中，所述规划运动路径为根据所述图像中的所述目标位置规划得到。
18.在其中一个实施例中，所述穿刺手术系统还包括：
19.预警单元，所述预警单元与所述控制单元通信连接，所述预警单元用于输出所述提醒信 号。
20.在其中一个实施例中，所述导航单元为磁发生器，所述第二标记和所述第三标记分别为 磁标签。
21.在其中一个实施例中，所述穿刺部件的穿刺针末端具有第四标记单元，所述导航单元还 用于识别所述第四标记单元，所述控制单元依据所述第二转换关系，在所述图像中实时显示 所述穿刺针末端。
22.本发明提供了一种定位导航方法，所述定位导航方法包括：
23.在手术单元上限定第一标记单元；
24.采集包含所述手术单元和目标对象的图像；
25.根据所述图像生成所述目标对象的目标位置坐标系和所述第一标记单元坐标系之间的第 一转换关系；以及，
26.根据所述第一转换关系控制所述手术单元运动至所述目标位置。
27.在其中一个实施例中，所述定位导航方法包括：
28.在目标对象上限定第二标记单元，所述图像中包含所述第二标记单元；
29.在所述手术单元的末端的穿刺部件上限定第三标记单元；
30.利用导航单元识别所述第二标记单元，生成所述目标位置坐标系和所述导航单元坐标系 之间的第二转换关系；
31.利用导航单元识别所述第三标记单元，根据所述第二转换关系在所述图像中实时显示穿 刺部件；其中，所述第二转换关系为所述导航单元坐标系到所述目标位置坐标系的转换关系。
32.在其中一个实施例中，还包括：
33.根据所述第二转换关系，实时识别所述第三标记单元，显示所述穿刺部件的实时运动路 径于所述图像上。
34.在其中一个实施例中，还包括：
35.判断所述实时运动路径是否与规划运动路径一致；
36.若所述实时运动路径偏离所述规划运动路径，则生成提醒信号进行提醒；
37.其中，所述规划运动路径为根据所述图像中的所述目标位置规划得到。
38.在其中一个实施例中，所述定位导航方法包括：
39.在所述穿刺部件的穿刺针末端限定第四标记单元；
40.所述导航单元识别所述第四标记单元，根据所述第二转换关系在所述图像中实时显示所 述穿刺针末端。
41.在其中一个实施例中，还包括，
42.计算所述穿刺针末端和所述目标位置之间的相对位置，判断所述穿刺针的进针深度。
43.本发明提供了一种可读存储介质，其上存储有程序，所述程序被执行时实现所述定位导 航方法的步骤。
44.上述穿刺手术系统和定位导航方法中，图像采集单元可以获取所述目标位置坐标系和所 述第一标记单元坐标系之间的第一转换关系，即在同一标准下直接建立目标位置和第一标记 单元的相对位置关系，该第一转换关系只需要进行一次获取操作即可，如果利用ct设备等 存在风险因素的方式获取第一转换关系时，只需要患者进行一次ct成像，大大降低ct成像 的操作次数，通过降低对目标对象的ct成像次数显著降低风险。
附图说明
45.图1为本发明一个实施例中提供的穿刺手术系统的手术状态示意图；
46.图2为本发明一个实施例中提供的第二标记的爆炸示意图；
47.图3为本发明一个实施例中提供的手术单元的结构示意图；
48.图4为本发明一个实施例中提供的第一标记单元的布置结构示意图1；
49.图5为本发明一个实施例中提供的第一标记单元的布置结构示意图2；
50.图6为本发明一个实施例中提供的穿刺部件的结构示意图；
51.图7为本发明一个实施例中提供的手术单元的运动示意图；
52.图8为本发明一个实施例中提供的手术单元的手术状态示意图；
53.图9为本发明一个实施例中提供的手术单元和平台单元装配三视图；
54.图10为本发明一个实施例中提供的末端执行器的结构示意图；
55.图11为本发明一个实施例中提供的手术单元与目标位置的配准流程图；
56.图12为本发明一个实施例中提供的穿刺路径的手动规划流程图；
57.图13为本发明一个实施例中提供的穿刺路径的自动规划流程图；
58.图14为本发明一个实施例中提供的穿刺针与磁标签的配准流程图；
59.图15为本发明一个实施例中提供的穿刺手术系统的穿刺流程图。
具体实施方式
60.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体 实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是 本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明 内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
61.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚 度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺 时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位 或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件
必 须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
62.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者 隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含 地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等， 除非另有明确具体的限定。
63.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语 应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接， 也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的 连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言， 可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
64.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一 和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特 征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征 水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第 二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
65.需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元 件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连 接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、
ꢀ“
下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
66.参阅图1和图15所示，本发明一实施例提供了一种穿刺手术系统，所述穿刺手术系统包 括手术单元2000、图像采集单元4000和控制单元，所述手术单元2000具有第一标记2200 单元2100，所述第一标记2200单元2100包括至少三个不共线的第一标记2200，所述手术单 元2000用于运动至目标对象1000的目标位置1100，所述图像采集单元4000用于采集包含 所述手术单元2000和所述目标对象1000的图像，所述控制单元与所述手术单元2000通信连 接，所述控制单元用于获取所述图像，根据所述图像生成所述目标位置1100坐标系和所述第 一标记2200单元2100坐标系之间的第一转换关系，并根据所述第一转换关系控制所述手术 单元2000运动至所述目标位置1100。
67.其中，第一转换关系可以理解为是目标位置坐标系到第一标记单元坐标系的转换关系， 将虚拟图像中目标位置的坐标系转换到真实空间中的手术单元的坐标系下，控制真实空间中 的手术单元运动。
68.所述第一标记2200可以为钛球，且所述第一标记2200设置在所述手术单元2000的末端， 具体地，如果所述手术单元2000采用为机械臂时，所述机械臂的末端可以包括持针器2820 夹，进而将所述至少三个不共线的第一标记2200设置于所述持针器2820夹的一侧表面上， 通过不共线的三个第一标记2200在持针器2820夹的同一侧表面上构建出坐标系。如图3至 图5所示，当三个第一标记2200采用钛球时，三个不共线的钛球可以按照如图4和图5的结 构形式布置，因而在如图4中的z轴方向构建所述穿刺部件2800的穿刺针2830道。
69.目标对象1000即活体对象，可以是人体或动物，目标位置1100即目标对象1000的病灶 位置，手术单元2000包括可以对病灶实施手术操作的各类医疗器械，例如腹腔手术器
械、穿 刺手术器械等，本领域技术人员可以根据实际手术需求选择合适的医疗器械，在此不做限定。
70.图像采集单元4000可以采用多种不同的装置、以多种不同的方式获取第一转换关系，进 而使第一转换关系以多种不同的方式呈现或表达出来，例如在其中一个实施例中，所述图像 采集单元4000被配置为能够获取所述第一标记2200和所述目标位置1100的医学图像数据， 根据所述医学图像数据获取所述第一转换关系，例如，图像采集单元4000可以采用断层成像 (computed tomography，ct)或者磁共振成像(nuclear magnetic resonance imaging，nmri) 等能够获取医学图像数据的装置，当图像采集单元4000为断层成像装置时，图像采集单元 4000获取的所述图像为通过所述断层成像装置生成的断层扫描图像，当图像采集单元4000 为磁共振成像装置时，图像采集单元4000获取的所述图像为通过所述磁共振成像装置生成的 磁共振扫描图像，除此之外，本领域技术人员还可以采用其他方式获取医学图像数据。
71.图像采集单元4000可以获取所述目标位置1100坐标系和所述第一标记2200单元2100 坐标系之间的第一转换关系，即在同一标准下直接建立目标位置1100和第一标记2200单元 2100的相对位置关系，该第一转换关系只需要进行一次获取操作即可，如果利用ct设备等 存在风险因素的方式获取第一转换关系时，只需要患者进行一次ct成像，可以显著降低风 险。
72.参阅图11所示，在获取所述目标位置1100坐标系和所述第一标记单元2100坐标系之间 的第一转换关系过程包括：
73.首先，图像采集单元4000采集的图像，分割出第一标记2200和目标位置，在图像坐标 系下获得第一标记2200和目标位置的坐标；例如：
74.在图像坐标系下获取第一标记2200的坐标以及目标位置(病灶)的坐标
75.其次，在第一标记坐标系下计算出目标位置的坐标；例如：
76.对第一标记的的坐标求逆并求解目标位置(病灶)的坐标在第一标记2200的坐标系下的位置：
77.最后，将第一标记坐标系下目标位置的坐标转换至机械臂(手术单元)坐标系下
78.已知第一标记2200在机械臂坐标系下的位置：求解机械臂坐标系下病灶的位 置：
79.本发明中，将第一标记单元引入医学图像中，并将目标位置(病灶)在ct图像坐标系 下的位置转换到机器人坐标系下，机器人通过运动学逆解，计算出机器人各轴的位置及姿态。 控制机械臂将针道摆放到指定位置。其中，将机械臂与病人一起扫描可以减少现有的图像和 机械臂多次配准带入的误差。
80.控制单元可以是图像台车中的处理单元，可以利用图像进行术前规划，术前规划可以包 括但不限于对目标对象1000的器官在图像下进行分割、避开重要器官等操作，然后规划穿刺 路径，对目标对象1000的器官进行分割、避开重要器官等操作时的区域包括皮肤、骨骼、血 管、肺实质、叶间裂和众隔等，规划穿刺路径使穿刺过程中尽可能的避开人体重要组织和器 官，降低穿刺手术对人体的伤害以及提高穿刺手术的成功率。
81.进行穿刺路径的规划可以手动规划或自动规划，参阅图12所示，在手动规划方式中，可 以根据所述图像采集单元4000采集的图像三维重建，分割出血管、器官、气管、肺实质、皮 肤，手动选取皮肤上的入针位置与目标位置1100，在手术单元2000坐标系下，根据运动学 逆解计算手术单元2000的姿态，入针位置在运动范围内则控制手术单元2000运动到入针位 置，否则重新手动选取皮肤上的入针位置与目标位置1100。参阅图13所示，在自动规划方 式中，根据所述图像采集单元4000采集的图像三维重建，分割出血管、器官、气管、肺实质 皮肤，自动规划入针位置及穿刺路径，医生确认规划入针位置及穿刺路径，在手术单元2000 坐标系下，根据运动学逆解计算手术的单元姿态，入针位置在运动范围内则控制手术单元2000 运动到入针位置，否则医生重新确认规划入针位置及穿刺路径。
82.所述目标对象1000上设置有第二标记单元，所述第二标记单元包括至少三个第二标记 1200，其中，所述图像采集单元4000采集的所述图像中包含所述第二标记单元，同时，所述 穿刺手术系统还包括穿刺部件2800和导航单元3000，所述穿刺部件2800安装在所述手术单 元2000的末端，且所述穿刺部件2800上具有第三标记2810单元，所述第三标记2810单元 包括至少两个第三标记2810，例如，第三标记2810可以设置在穿刺部件2800的持针器2820 上，使穿刺部件2800与目标位置1100(病灶)建立相对位置关系。
83.所述控制单元和所述导航单元3000通信连接，所述导航单元3000用于识别所述第二标 记单元，所述控制单元还用于生成所述目标位置1100坐标系和所述导航单元3000坐标系的 第二转换关系，以及所述导航单元3000用于识别所述第三标记2810单元，所述控制单元还 用于生成所述导航单元3000坐标系和所述穿刺部件2800坐标系的第三转换关系，其中，所 述控制单元还用于根据所述第二转换关系和所述第三转换关系在所述图像中实时显示所述穿 刺部件2800，实时显示所述穿刺部件2800能够用于校准所述穿刺部件2800的穿刺运动，一 旦运动发生偏离可以及时发现并做出调整。
84.需要说明的是，图像采集单元4000用于采集目标对象和手术单元2000的图像过程中， 由于第二标记单元1200预先设置于目标位置1100附近的区域中，因此，图像采集单元4000 采集的图像中包括了目标位置1100和第二标记单元1200，即，可以知道图像坐标系下，目 标位置1100和第二标记单元1200的各自的位置信息和相对位置信息。
85.又由于，导航单元3000可以识别第二标记单元1200，因此，可以获得第二标记单元1200 在导航单元3000下的位置，对图像坐标系下的第二标记单元1200的位置信息和导航单元3000 坐标系的第二标记单元1200的位置信息进行配准，获得第二转换关系，实现图像(目标位置 1100坐标系)和导航单元(第二标记单元1200坐标系)的配准。
86.进一步，导航单元3000还可以识别第三标记单元，因此，可以获得第三标记单元(穿刺 部件坐标系)在导航单元3000下的位置信息，基于导航设备坐标系和图像坐标系之间的第二 转换关系，将第三标记单元的位置信息转换至图像坐标系中，并在图像中实时显示穿刺部件。
87.其中，第二转换关系可以理解为将真实空间中的第二标记单元的位置信息转换到虚拟图 像中的转换关系，即，将真实空间的穿刺部件通过上述第二转换关系转换到虚拟图像中，实 现在虚拟图像中显示真实的穿刺部件的运动。
88.导航单元3000可以采用磁导航或光导航的方式识别第二标记单元并生成位置信息，控制 单元将第二标记单元的位置信息和图像中的第二标记单元的位置信息配准，形成
第二转换关 系，用于将导航单元3000采集的真实空间的位置信息转换到虚拟图像中，后进行显示。
89.所述至少三个第一标记2200可以围绕所述穿刺部件2800布置，例如穿刺部件2800整体 安装于持针器2820夹的时候，由于所述至少三个第一标记2200设置在持针器2820夹上，所 以能够使所述至少三个第一标记2200围绕所述穿刺部件2800形成布置。
90.第二标记1200和第三标记2810可以为同种类或非同种类的部件，例如所述第二标记1200 可以为磁标记部件、光学标记部件和非光学标记部件中的至少一者，所述第三标记2810也可 以为磁标记部件、光学标记部件和非光学标记部件中的至少一者，在其中一个实施例中，所 述导航单元3000为磁发生器，第二标记1200和第三标记2810为磁标签。
91.所述第二标记1200可以包括保护壳1210和部件本体1220，参阅图2所示，保护壳1210 可以具有上壳、下壳，上壳和下壳相对装配构成保护壳1210，上壳和下壳相对分开可以将所 述部件本体1220装配在所述保护壳1210的内腔中，所述保护壳1210具有连接部1230，连 接部1230可以采用卡扣形式、粘接形式等，例如保护壳1210的外壁具有粘接层，利用粘接 层将整个第二标记1200粘接在所述目标对象1000上。每次使用时只需要用酒精擦拭保护壳 1210即可，不会对第二标记1200的部件本体1220造成伤害，可以有效地延长使用寿命，而 且成本低廉。
92.所述控制单元还用于实时获取第三标记的位置信息，并根据所述第二转换关系，实时计 算，显示所述穿刺部件2800的实时运动路径于所述图像上，根据前文可知，所述规划运动路 径为根据所述图像中的所述目标位置1100规划得到，此时，所述实时运动路径与规划运动路 径都同时显示在图像上，因此可以利用所述控制单元判断所述实时运动路径是否与规划运动 路径一致，如果实时运动路径与规划运动路径一致则证明穿刺操作在预期内，而一旦判断所 述实时运动路径偏离所述规划运动路径，则可以生成提醒信号进行提醒。具体的，穿刺手术 系统可以包括预警单元，所述预警单元与所述控制单元通信连接，然后利用所述预警单元输 出所述提醒信号，该提醒信号可以为声音信息或图像信息。
93.参阅图14所示，在一个具体的实施例中，在生成提醒信号时可以将图像采集单元4000 与磁标签配准，计算出目标位置1100在磁导航坐标系下的位置，校准穿刺针2830，将穿刺 针2830的坐标系配准到磁导航坐标，在磁导航下实时配准穿刺针2830、三维图像，实时显 示配准穿刺针2830、三维图像，穿刺路径偏离实时检查，穿刺路径偏差时生成提醒信号进行 提醒，提醒信号可以采用声音、图像等。
94.在其中一个实施例中，所述穿刺部件2800的穿刺针2830末端还具有第四标记2831单元， 所述第四标记2831单元包括至少两个第四标记2831，所述导航单元3000还用于识别所述第 四标记2831单元，所述控制单元根据第二转换关系将所述第四标记2731对应的位置信息转 换到图像中实时显示所述穿刺针2830末端。穿刺部件2800实际采用穿刺针2830实施实际的 穿刺操作，穿刺针2830可以安装在穿刺部件2800的持针器2820上，因此，穿刺针2830末 端代表了穿刺针2830的实际穿刺深度，并能够在图像中实时观察到穿刺针2830末端与病灶 (目标位置)之间的实际位置关系，获得穿刺深度，辅助医生进行穿刺手术。
95.参阅图8至图15所示，在其中一个实施例中，同时，所述导航单元3000能够用于获取 所述第五标记1300坐标系和所述第二标记1200坐标系下的摆位关系，所述导航单元3000能 够根据所述运动范围信息和所述摆位关系生成所述手术单元2000相对于所述目标
对象1000 的可安装范围，该可安装范围是手术单元2000相对于目标对象1000的安装范围，在可安装 范围内安装手术单元2000，能够保证手术单元2000的可活动范围足以覆盖目标对象1000的 目标区域，以达到手术目的为准。
96.参阅图10所示，可以在手术单元2000的末端执行器等位置确定至少两个第五标记1300， 至少两个所述第五标记1300可以为柱状部件，且两个所述第五标记1300的轴线相互平行， 定义两个第五标记1300的轴向为y轴，定义两个第五标记1300的中点相连的方向为z轴， 然后基于y轴和z轴便可以定义三维空间中的x轴。
97.在摆位关系下计算手术单元2000的可安装范围后，可以利用显示单元7000进行显示， 同时在显示单元7000上可以通过不同颜色对手术单元2000的可安装范围进行标注，例如绿 色可以表示可安装范围，红色提示可安装范围以外的区域，在手术单元2000的摆放过程中实 时显示手术单元2000的位置，提示摆放到能满足要求的位置。手术单元2000的运动范围信 息表示手术单元2000实施手术操作时可以实施操作的可活动范围，例如手术单元2000为机 械臂时则可以表示机械臂的可活动范围。
98.穿刺手术系统可以包括医疗台车，因此手术单元2000可以采用医疗台车等方式装配，并 利用医疗台车实现对手术单元2000的移动、调整，或者在其中一个实施例中，穿刺手术系统 还可以不利用台车，而直接利用供患者手术过程中躺卧的平台单元5000装配手术单元2000， 平台单元5000可以包括能够与ct设备配合的手术平台，根据患者躺卧的位置以及手术单元 2000的可活动范围等因素，将所述手术单元2000设置在所述平台单元5000上，使手术单元 2000能够完成对患者的手术操作。
99.继续参阅图8所示，手术单元2000可以直接安装在平台单元5000上或者利用支撑装置 6000间接地安装在平台单元5000上，在其中一个实施例中，所述平台单元5000上可拆卸地 设置有支撑装置6000，将支撑装置6000调整到合适的位置，然后将所述手术单元2000设置 在所述支撑装置6000上，手术单元2000相对于支撑装置6000的装配可以采用任意的结构形 式，例如插接形式、卡扣形式、粘接形式、螺纹形式等，在此不做限定。平台单元5000上可 以设置碳纤维板，然后利用魔术贴将支撑装置6000粘贴在碳纤维板上。
100.当手术单元2000装配在平台单元5000上后，手术单元2000的可安装范围便可以在平台 单元5000上构建，例如在其中一个实施例中，利用所述手术单元2000具有运动范围信息， 所述控制单元能够根据所述摆位关系和所述运动范围信息将所述平台单元5000划分为可安 装区域和非安装区域，所述可安装区域被配置为用于构建所述手术单元2000相对于所述目标 对象1000的可安装范围。利用显示单元7000进行显示时，在显示单元7000上可以通过绿色 表示可安装区域，红色提示非安装区域，在手术单元2000的摆放过程中实时显示手术单元 2000的位置，提示摆放到可安装区域内。
101.手术单元2000可以根据手术的需求选择合适的结构形式，并包含足够的自由度，完成相 应的手术操作，参阅图7所示，在其中一个实施例中，所述手术单元2000包括一级运动部 2300、二级运动部2400、三级运动部2500、四级运动部2600和五级运动部2700。
102.所述一级运动部2300活动设置在所述平台单元5000上，所述平台单元5000具有一级回 转基准轴线，所述一级运动部2300被配置为能够沿着所述一级回转基准轴线定轴转动；所述 二级运动部2400活动设置在所述一级运动部2300上，所述一级运动部2300具有二级回转基 准轴线，所述二级运动部2400被配置为能够沿着所述二级回转基准轴线定轴转
动；所述三级 运动部2500活动设置在所述二级运动部2400上，所述二级运动部2400具有三级回转基准轴 线，所述三级运动部2500被配置为能够沿着所述三级回转基准轴线定轴转动；所述四级运动 部2600活动设置在所述三级运动部2500上，所述三级运动部2500具有四级直线导向轨迹， 所述四级运动部2600被配置为能够沿着所述四级直线导向轨迹直线往复运动；所述五级运动 部2700活动设置在所述四级运动部2600上，所述四级运动部2600具有五级回转基准轴线， 所述五级运动部2700被配置为能够沿着所述五级回转基准轴线定轴转动。
103.对于各个回转基准轴线和直线导向轨迹之间的相互关系，所述一级回转基准轴线与所述 二级回转基准轴线相互垂直，所述二级回转基准轴线与所述三级回转基准轴线相互垂直，所 述一级回转基准轴线与所述三级回转基准轴线相互垂直，所述三级回转基准轴线与所述四级 直线导向轨迹相互平行，所述二级回转基准轴线与所述五级回转基准轴线相互平行。
104.根据手术单元2000实施的手术种类，手术单元2000的末端可以装配不同类型的手术器 械，手术器械包括但不限于腹腔镜、穿刺针2830等，在其中一个实施例中，所述手术单元 2000包括穿刺部件2800，所述穿刺部件2800设置在所述五级运动部2700上，穿刺部件2800 可以直接装配在五级运动部2700的末端，也可以通过持针器2820等器件间接地装配在五级 运动部2700的末端，例如，五级运动部2700的末端具有末端执行器，持针器2820装配在末 端执行器上。
105.参阅图15所示，在一个具体的实施例中，可以将机器人导航标识与病人一同进行ct扫 描，重建d模型，即对人体和机器人进行重建，分割机器人导航标识与病灶，计算机器人与 病灶的角度与距离，避开骨骼、器官及重要血管规划路径，机器人运动到入针点，在此过程 中，可以配准磁标签与病灶的位置，校准穿刺针2830的长度，实时显示穿刺针2830与病灶 的位置关系，一切准备好后，便可以实施穿刺的操作，最后可以通过扫描确认。
106.本发明提供了一种定位导航方法，所述定位导航方法包括：在手术单元2000上限定第一 标记2200单元2100，采集包含所述手术单元2000和目标对象1000的图像，根据所述图像 生成所述目标位置1100坐标系和所述第一标记2200单元2100坐标系之间的第一转换关系， 并根据所述第一转换关系控制所述手术单元2000运动至所述目标位置1100。获取所述目标 位置1100坐标系和所述第一标记2200单元2100坐标系之间的第一转换关系，即在同一标准 下直接建立目标位置1100和第一标记2200单元2100的相对位置关系，该第一转换关系只需 要进行一次获取操作即可，如果利用ct设备等存在风险因素的方式获取第一转换关系时， 只需要患者进行一次ct成像，可以显著降低风险。
107.在其中一个实施例中，所述定位导航方法包括：在目标对象1000上限定第二标记单元， 所述图像中包含所述第二标记单元，在所述手术单元2000的末端的穿刺部件2800上限定第 三标记2810单元，根据所述第二标记单元在图像中的位置关系和在导航设备下的位置关系生 成第二转换关系，以及识别第三标间单元的位置关系，并根据所述第二转换关系在所述图像 中实时显示所述穿刺部件2800，使穿刺部件2800与目标位置1100(病灶)建立相对位置关 系。
108.在其中一个实施例中，所述定位导航方法包括：在所述穿刺部件2800的穿刺针2830末 端限定第四标记2831单元，根据所述第二转换关系在所述图像中实时显示所述穿
刺针2830 末端，穿刺针2830末端代表了穿刺针2830的实际穿刺深度，并能够在图像中实时观察到穿 刺针2830末端与病灶之间的实际位置关系，辅助医生进行穿刺手术。
109.本发明提供了一种可读存储介质，其上存储有程序，所述程序被执行时实现所述定位导 航方法的步骤。而且在其中一个实施例中还提供一种计算机设备，其包括处理器和如上所述 的可读存储介质，所述处理器用于执行所述可读存储介质上存储的所述程序。
110.以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中 的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾， 都应当认为是本说明书记载的范围。
111.以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因 此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不 脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因 此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
技术特征：1.一种穿刺手术系统，其特征在于，所述穿刺手术系统包括：手术单元，所述手术单元具有第一标记单元，所述第一标记单元包括至少三个不共线的第一标记，所述手术单元用于运动至目标对象的目标位置；图像采集单元，所述图像采集单元用于采集包含所述手术单元和所述目标对象的图像；控制单元，所述控制单元与所述手术单元通信连接，所述控制单元用于获取所述图像，根据所述图像生成所述目标位置坐标系和所述第一标记单元坐标系之间的第一转换关系，并根据所述第一转换关系控制所述手术单元运动至所述目标位置。2.根据权利要求1所述的穿刺手术系统，其特征在于，所述第一标记为钛球，且所述第一标记设置在所述手术单元的末端。3.根据权利要求1所述的穿刺手术系统，其特征在于，所述手术单元为机械臂，所述机械臂的末端包括持针器夹，所述至少三个不共线的第一标记设置于所述持针器夹的一侧表面上。4.根据权利要求1所述的穿刺手术系统，其特征在于，所述目标对象上设置有第二标记单元，所述第二标记单元包括至少三个第二标记，所述图像采集单元采集的所述图像中包含所述第二标记单元，所述穿刺手术系统还包括：穿刺部件，所述穿刺部件安装在所述手术单元的末端，且所述穿刺部件上具有第三标记单元，所述第三标记单元包括至少两个第三标记；导航单元，所述控制单元和所述导航单元通信连接，所述导航单元用于识别所述第二标记单元，所述控制单元还用于生成所述目标位置坐标系和所述导航单元坐标系的第二转换关系，以及所述导航单元用于识别所述第三标记单元，所述控制单元还用于根据所述第二转换关系在所述图像中实时显示所述穿刺部件；其中，所述第二转换关系为所述导航单元坐标系到所述目标位置坐标系的转换关系。5.根据权利要求4所述的穿刺手术系统，其特征在于，所述至少三个第一标记围绕所述穿刺部件布置。6.根据权利要求4所述的穿刺手术系统，其特征在于，所述控制单元还用于实时识别所述第三标记单元，并实时基于所述第二转换关系，显示所述穿刺部件的实时运动路径于所述图像上。7.根据权利要求6所述的穿刺手术系统，其特征在于，所述控制单元还用于判断所述实时运动路径是否与规划运动路径一致，并在所述实时运动路径偏离所述规划运动路径时生成提醒信号进行提醒；其中，所述规划运动路径为根据所述图像中的所述目标位置规划得到。8.根据权利要求7所述的穿刺手术系统，其特征在于，所述穿刺手术系统还包括：预警单元，所述预警单元与所述控制单元通信连接，所述预警单元用于输出所述提醒信号。9.根据权利要求4所述的穿刺手术系统，其特征在于，所述导航单元为磁发生器，所述第二标记和所述第三标记分别为磁标签。10.根据权利要求4所述的穿刺手术系统，其特征在于，所述穿刺部件的穿刺针末端具有第四标记单元，所述导航单元还用于识别所述第四标记单元，所述控制单元依据所述第
二转换关系，在所述图像中实时显示所述穿刺针末端。11.一种定位导航方法，其特征在于，所述定位导航方法包括：在手术单元上限定第一标记单元；采集包含所述手术单元和目标对象的图像；根据所述图像生成所述目标对象的目标位置坐标系和所述第一标记单元坐标系之间的第一转换关系；以及，根据所述第一转换关系控制所述手术单元运动至所述目标位置。12.根据权利要求11所述的定位导航方法，其特征在于，所述定位导航方法包括：在目标对象上限定第二标记单元，所述图像中包含所述第二标记单元；在所述手术单元的末端的穿刺部件上限定第三标记单元；利用导航单元识别所述第二标记单元，生成所述目标位置坐标系和所述导航单元坐标系之间的第二转换关系；利用导航单元识别所述第三标记单元，根据所述第二转换关系在所述图像中实时显示穿刺部件；其中，所述第二转换关系为所述导航单元坐标系到所述目标位置坐标系的转换关系。13.根据权利要求12所述的定位导航方法，其特征在于，还包括：根据所述第二转换关系，实时识别所述第三标记单元，显示所述穿刺部件的实时运动路径于所述图像上。14.根据权利要求13所述的定位导航方法，其特征在于，还包括：判断所述实时运动路径是否与规划运动路径一致；若所述实时运动路径偏离所述规划运动路径，则生成提醒信号进行提醒；其中，所述规划运动路径为根据所述图像中的所述目标位置规划得到。15.根据权利要求12所述的定位导航方法，其特征在于，所述定位导航方法包括：在所述穿刺部件的穿刺针末端限定第四标记单元；所述导航单元识别所述第四标记单元，根据所述第二转换关系在所述图像中实时显示所述穿刺针末端。16.根据权利要求15所述的定位导航方法，其特征在于，还包括，计算所述穿刺针末端和所述目标位置之间的相对位置，判断所述穿刺针的进针深度。17.一种可读存储介质，其上存储有程序，其特征在于，所述程序被执行时实现根据权利要求11-16中任一项所述的定位导航方法的步骤。
技术总结本发明涉及一种穿刺手术系统和定位导航方法，手术单元具有第一标记单元，第一标记单元包括至少三个不共线的第一标记，手术单元用于运动至目标对象的目标位置，图像采集单元用于采集包含手术单元和目标对象的图像，控制单元与手术单元通信连接，控制单元用于获取图像，根据图像生成目标位置坐标系和第一标记单元坐标系之间的第一转换关系，并根据第一转换关系控制手术单元运动至目标位置。获取目标位置坐标系和第一标记单元坐标系之间的第一转换关系，即在同一标准下直接建立目标位置和第一标记单元的相对位置关系，如果利用CT设备等存在风险因素的方式获取第一转换关系时，只需要患者进行一次CT成像，通过降低对目标对象的CT成像次数降低风险。CT成像次数降低风险。CT成像次数降低风险。
技术研发人员：ꢀ(74)专利代理机构
受保护的技术使用者：上海术航机器人有限公司
技术研发日：2022.07.01
技术公布日：2022/11/1
