[发明专利]一种基于运动捕捉的放疗手术系统

说明书

一种基于运动捕捉的放疗手术系统，涉及一种放疗手术系统，解决了现有主从式机器人操作系统使用时需身体各部位协同配合共同操作，操作负担重；且操作系统的主手机构由于自身结构限制，影响操作人员手臂运动行程的问题。本发明包括位于操作室的动作捕捉系统、上位机和手持工具，以及位于手术室的手术机械臂和视觉采集器；在操作者的大臂、前臂、手背、以及手持工具，共4个部位上均粘贴有至少3个红外靶球；动作捕捉镜头采集操作者操作手臂上的4个部位上的红外靶球的图像，并上传至上位机进行处理，获得每个部位上所有红外靶球的空间位置，并根据每个部位上所有红外靶球的空间位置生成控制指令对手术机械臂进行控制。本发明主要应用在放疗手术中。

技术领域

本发明涉及一种放疗手术系统，特别是一种结合动作捕捉设备的放疗手术系统。

背景技术

粒子植入近距离放疗是将放射性粒子通过穿刺针植入肿瘤中，通过衰变产生的射线杀死癌细胞。目前该技术已经投入临床治疗。由于其能够合理控制辐射剂量、手术创口小等特点，在多种癌症治疗方案中较有优势，采用粒子植入近距离放疗手术方案能够获得较高的手术成功率和较小的复发率。但是，在目前的应用中，该手术方案有依赖医生手术经验、植入位置存在误差等问题，由于手术过程需多次使用CT、并且植入粒子本身带有辐射，医生在粒子植入手术过程中承受的辐射剂量较大。

为防止医生在粒子植入手术过程中承受辐射的问题，现有技术中采用遥操作技术，在保证精准传递医生手臂动作的前提下，可将医生隔离到远离辐射的环境；但是目前的手术机器人大多采用主从式方案，大部分是针对腹腔镜手术的通用手术机器人系统，现有主从式机器人操作系统中，多采用通用式主手机构，一方面，受到主手机构本身结构的限制，医生进行操作时需要配合主手机构的工作空间、运动方式等进行动作，医生手部的运动和手术所需动作在使用主手机构时存在变形，医生工作空间受限，影响医生手臂运动行程，医生所做动作和手术操作动作不符，不符合操作直觉；另一方面，医生对主手机构操作的过程中，除双手进行手术操作运动外，还需进行脚踏、眼动等额外控制操作，共同协作才能使机器人系统理解医生控制意图进行操作，这对医生带来较大的操作负担；因此，以上问题亟需解决。

发明内容

本发明目的是为了解决现有主从式机器人操作系统使用时需身体各部位协同配合共同操作，操作负担重；且操作系统的主手机构由于自身结构限制，影响操作人员手臂运动行程的问题；本发明提供了一种基于运动捕捉的放疗手术系统。

一种基于运动捕捉的放疗手术系统，包括位于操作室的动作捕捉系统1、上位机2和手持工具3，以及位于手术室的手术机械臂4和视觉采集器5；

视觉采集器5，用于采集患者7待手术区域的图像，并上传至上位机2进行显示；

动作捕捉系统1包括多个动作捕捉镜头1-1和多个红外靶球；

在操作者6的大臂、前臂、手背、以及手中的手持工具3，共4个部位上均粘贴有红外靶球，且每个部位上至少有3个红外靶球；

所有的动作捕捉镜头1-1均匀布设在操作者6周围，用于实时采集操作者6操作手臂上的4个部位上的红外靶球的图像，并上传至上位机2；

上位机2对接收的红外靶球的图像进行处理，获得每个部位上所有红外靶球的空间位置，并根据每个部位上所有红外靶球的空间位置生成控制指令对手术机械臂4进行控制。

优选的是，上位机2对接收的红外靶球的图像进行处理，获得每个部位上所有红外靶球的空间位置，并根据每个部位上所有红外靶球的空间位置生成控制指令对手术机械臂4进行控制的实现方式为：

上位机2从所接收的红外靶球的图像中提取每个部位上所有红外靶球的空间位置，并根据每个部位上所有红外靶球的空间位置解算出当前时刻4个部位质心的位置和姿态；再根据当前时刻4个部位质心的位置和姿态，生成控制指令对手术机械臂4进行控制。