[发明专利]导管机器人及其配准方法、可读存储介质

说明书

本申请提出一种导管机器人及其配准方法、可读存储介质，该方法包括：利用设置在导管和/或导管搭载的器械上的传感器获取导管和/或器械的实际路径点；根据第一变换矩阵获取导管和/或器械在解剖模型中与实际路径点对应的模拟路径点；在管道中心线分成的多个管道中心线分段中确定与模拟路径点对应的目标管道中心线分段；计算目标管道中心线分段的形心；若形心与目标管道中心线分段包括的多个骨架点均不相同，则确定形心与模拟路径点之间的连线，从多个骨架点中选择与连线之间的距离最短的一个作为实际路径点的匹配点。通过上述方式，本申请能够提高点云配准的精确度，从而提高导管术中导航的准确性。

技术领域

本申请涉及手术机器人技术领域，具体而言，涉及一种导管机器人、导管机器人的配准方法、及可读存储介质。

背景技术

微创医疗技术意图减少在医疗程序期间损害的组织量，以减少患者恢复时间、不适感以及有害副作用。在微创医疗技术中经常需要通过患者解剖结构中的自然孔口或通过外科手术切口插入导管，在术中导航系统的配合下，穿过人体管道的复杂结构从而到达或邻近靶目标。

大部分情况下，导管是沿着人体管道（例如支气管、血管、输尿管等）运动，而不会以损伤管道的方式自由穿梭，因此可以认为导管/器械的移动路径受限于人体管道内，与人体管道的中心线具有相似性，特别是对于较小的管道，由于径向的可活动范围有限，移动路径与中心线的相似度更高。

根据这一原理，术中导航系统可以采用点云配准来实时检测和显示导管末端和/或导管搭载的器械末端的位置。具体的，可以通过传感器采集导管/器械移动的路径数据，并与患者的解剖模型中的管道中心线数据进行匹配，通过点云配准确定二者之间的坐标变换，从而得到导管/器械的实时位置。

相关技术中的点云配准采用的欧氏距离最短的准则来寻找对应点对，然后根据对应点对计算坐标转换。然而由于人体管道的复杂性以及患者运动的影响，采用欧式距离最短的准则往往可能出现错误的对应点对，例如，与导管的路径点对应的管道中心线上的点不在导管当前所在的管道内等，从而导致点云配准的精度不高，影响了导管术中导航的准确性。

发明内容

本申请实施例提供了一种导管机器人的配准方法、装置及终端设备，可以解决相关技术中难以为路径数据进行准确配准的问题。

第一方面，本申请实施例提供了一种导管机器人，该导管机器人包括机械臂，与机械臂的动力部进行接合的导管器械，与机械臂通讯连接的处理器，导管器械包括被设置成与动力部接合的器械盒以及与器械盒连接的导管，导管和/或导管搭载的器械上设置有用于测量导管和/或器械的位置的传感器，处理器被配置成执行以下步骤：利用传感器获取导管和/或器械的实际路径点；根据第一变换矩阵获取导管和/或器械在解剖模型中与实际路径点对应的模拟路径点，解剖模型包括管道中心线；在管道中心线分成的多个管道中心线分段中确定与模拟路径点对应的目标管道中心线分段；计算目标管道中心线分段的形心；若形心与目标管道中心线分段包括的多个骨架点均不相同，则确定形心与模拟路径点之间的连线，从多个骨架点中选择与连线之间的距离最短的一个作为实际路径点的匹配点。

其中，处理器被配置成在确定形心与模拟路径点之间的连线之后执行以下步骤：若形心是多个骨架点中的一个，则获取模拟路径点到投影线的第一垂足，并获取各骨架点到投影线的第二垂足，投影线为通过目标管道中心线分段两个端点的直线；选择与第一垂足之间的距离最短的第二垂足对应的骨架点作为实际路径点的匹配点。

其中，处理器被配置成执行以下步骤：利用实际路径点及其匹配点组成的第一点对更新点对集合；若点对集合满足第一条件，则使用点对集合更新第一变换矩阵，其中第一条件包括点对集合中的点对数量大于预设值。

其中，处理器被配置成在利用实际路径点及其匹配点组成的匹配点对更新点对集合中执行以下步骤：判断点对集合中是否存在包括匹配点的第二点对；若不存在，则将第一点对加入点对集合，若存在，则根据实际路径点与匹配点计算第一距离，根据第二点对中的路径点与匹配点计算第二距离，若第一距离小于第二距离，则将第二点对替换为第一点对。