別體感動作信號都是基于具體的坐標系實現(xiàn)的，并且，根據(jù)所述體感動作信號進行手術操作也是基于具體的坐標系實現(xiàn)，但上述的這兩個坐標系通常是不相同的，需要對體感動作信號進行相應的坐標系轉(zhuǎn)換，以用于手術操作。為此，步驟S202包括:
[0056]步驟S2021:將所述體感動作信號對應的坐標系數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到所述執(zhí)行設備的坐標系上得到手術操作對應的坐標系數(shù)據(jù)；
[0057]步驟S2022:根據(jù)所述手術操作對應的坐標系數(shù)據(jù)進行手術操作。
[0058]通過上述的步驟S201和步驟S202可實現(xiàn)醫(yī)生不直接接觸其他手術設備。為了進一步提高手術過程中的無菌水平，本實施例所述方法還可以包括:
[0059]對所述手術操作進行隔離。隔離可以通過一個密封無菌的包含執(zhí)行設備102的無菌膜，還可以是其他能夠?qū)崿F(xiàn)無菌效果的設備。
[0060]為了對手術操作進行精確控制，本實施例所述方法還可以包括:采集并顯示所述手術操作的圖像信息。為了進一步提高所述圖像信息的采集效果，本步驟可以通過三維鏡頭實現(xiàn)對圖像信息的采集，并通過三維顯示器進行顯示。
[0061]實施例3
[0062]以下通過一個實際的場景對本發(fā)明進行詳細說明。
[0063]以骨科手術為例，信號采集設備101通過一個體感動作信號識別設備實現(xiàn)。執(zhí)行設備102采用機械臂實現(xiàn)，優(yōu)選六自由度機械手臂。隔離設備需用一個無菌膜，無菌膜覆蓋在機械臂上，使得機械臂與外界無接觸。圖像采集單元通過三個攝像頭組成，三個攝像頭采集的圖像組合成三維視圖；圖像顯示單元采用三維顯示器，以顯示所述三維視圖。信號采集設備101和執(zhí)行設備102通過有線或無線連接；圖像采集單元和圖像顯示單元通過有線或無線連接。
[0064]實驗開始前先要通過體感動作設定單元對手術操作對應的體感動作信號進行設定，本實施例通過手勢來定義體感動作信號。之后就可以在信號采集設備101的設定區(qū)域通過手勢對機械臂進行相應的控制，如機械臂的開始、停止、旋轉(zhuǎn)或平移等操作，還可以兩個手進行組合實現(xiàn)對應的操作，具體視實際需要而定。以下對單手操作和雙手操作具體說明:
[0065](I)單手操作
[0066]單手定位方式適用于手術初期，機器人末端接近手術部位過程中的運動控制，要求過程流暢，對精度要求不高，故采用主從運動控制，位姿與速度都由操作者速度控制。通過識別拇指、手掌建立右手坐標系。
[0067]保證傳感器與機器人坐標系各坐標軸方向相同。實時計算右手相對于傳感器坐標系X\Y\Z軸的平移分量X，y，Z及旋轉(zhuǎn)分量Rx，Ry, Rz。通過坐標系轉(zhuǎn)換計算引導機器人末端跟隨操作者運動。這種方式下運動參考坐標系為機器人自身坐標系，操作者依據(jù)多角度攝像頭觀察機器人位置姿態(tài)，控制機器人運動。
[0068]如，在骨科定位手術中，醫(yī)生通過單手定位引導機器人末端靠近患者手術部位，過程中避開障礙物，將機器人末端安裝的工具其置于X光發(fā)射端與患者之間進行牽引針的手術定位。牽引針可以用來進行空心釘手術或骨折復位手術。
[0069]以左手的手勢作為開關量，當左手手勢狀態(tài)為握拳時，信號采集設備101開始控制機械臂。左手手勢為張手時，信號采集設備101結束對機械臂的控制。以右手手勢來控制機械臂的旋轉(zhuǎn)或平移。接下來只需要將雙手的坐標變化與機械臂的末端移動量建立聯(lián)系(坐標系數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換)即可。
[0070]三個攝像頭實時采集機械臂的運動情況，并將采集的圖像組成三維視圖；然后通過三維顯示器顯示給操作者，并可以對三維視圖進行放大縮小等操作，使操作者能夠根據(jù)實際情況對機械臂進行調(diào)整。
[0071](2)雙手操作
[0072]雙手定位方式適用于骨科手術中，要求高精度、速度可在幾個檔位調(diào)整。圖3中，雙手左手坐標為(xl，yl，zl)，右手坐標為(x2，y2，z2)，輸入機器人的控制量為(x，y，z，Rx，Ry, Rz)。其中，X為機器人的X軸平移分量；y為機器人的Y軸平移分量；z為機器人的Z軸平移分量；Rx為機器人的X軸上的旋轉(zhuǎn)分量；Ry為機器人的Y軸上的旋轉(zhuǎn)分量；Rz為機器人的Z軸上的旋轉(zhuǎn)分量。
[0073]以左手的手勢作為開關量，當左手手勢狀態(tài)為握拳時，開始操作，計算左手坐標最大變化量(如Δχ)所在方向。以右手手勢來控制機械臂的旋轉(zhuǎn)或平移，張手時為旋轉(zhuǎn)，握拳時為平移。每次運動一個固定步長，從而保證機器人末端勻速運動。此處，步長包括距離步長和角度步長；當運動只有距離變化時，距離步長為一設定距離值，并以該距離步長對運動進行計數(shù)；當運動只有角度變化時，角度步長為一設定角度，并以該角度步長對運動進行計數(shù)；當運動既有距離又有角度時，通過距離步長和角度步長同時對運動進行計數(shù)。
[0074]左手手勢為張手時，結束操作。接下來只需要將雙手的坐標變化與機械臂的末端移動量建立聯(lián)系(坐標系數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換)即可。操作過程中，依據(jù)機器人自身關節(jié)參數(shù)，顯示機器人末端固連的工具的3維圖像，作為操作者觀察依據(jù)。
[0075]特殊情況下，醫(yī)生可以通過調(diào)整機械臂的每個電機的角度控制機器人。該模式下，使用左手選擇需要調(diào)節(jié)的電機編號，右手左右平移控制電機正反向旋轉(zhuǎn)。
[0076]在骨科復位手術中，在牽引針固定于骨上后，通過X光掃描與患者CT數(shù)據(jù)配準，生成機器人末端固連的骨的三維圖像通過顯示器顯示給操作者，并可以對三維視圖進行放大縮小等操作，使操作者能夠根據(jù)實際情況對機械臂進行調(diào)整。醫(yī)生依據(jù)實時的虛擬三維圖像反饋，使用雙手定位對機器人進行位置與角度的調(diào)整，帶動骨的復位。最終完成骨折復位手術如圖4所示。
[0077]在本申請所提供的幾個實施例中，應該理解到，所揭露的設備和方法，可以通過其它的方式實現(xiàn)。以上所描述的設備實施例僅僅是示意性的，例如，所述單元的劃分，僅僅為一種邏輯功能劃分，實際實現(xiàn)時可以有另外的劃分方式，如:多個單元或組件可以結合，或可以集成到另一個系統(tǒng)，或一些特征可以忽略，或不執(zhí)行。另外，所顯示或討論的各組成部分相互之間的耦合、或直接耦合、或通信連接可以是通過一些接口，設備或單元的間接耦合或通信連接，可以是電性的、機械的或其它形式的。
[0078]上述作為分離部件說明的單元可以是、或也可以不是物理上分開的，作為單元顯示的部件可以是、或也可以不是物理單元，即可以位于一個地方，也可以分布到多個網(wǎng)絡單元上；可以根據(jù)實際的需要選擇其中的部分或全部單元來實現(xiàn)本實施例方案的目的。
[0079]另外，在本發(fā)明各實施例中的各功能單元可以全部集成在一個處理模塊中，也可以是各單元分別單獨作為一個單元，也可以兩個或兩個以上單元集成在一個單元中；上述集成的單元既可以采用硬件的形式實現(xiàn)，也可以采用硬件加軟件功能單元的形式實現(xiàn)。
[0080]本領域普通技術人員可以理解:實現(xiàn)上述方法實施例的全部或部分步驟可以通過程序指令相關的硬件來完成，前述的程序可以存儲于一計算機可讀取存儲介質(zhì)中，該程序在執(zhí)行時，執(zhí)行包括上述方法實施例的步驟；而前述的存儲介質(zhì)包括:移動存儲設備、只讀存儲器(Read-Only Memory，ROM)、隨機存取存儲器(Random Access Memory，RAM)、磁碟或者光盤等各種可以存儲程序代碼的介質(zhì)。
[0081]以上所述，僅為本發(fā)明的【具體實施方式】，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發(fā)明揭露的技術范圍內(nèi)，可輕易想到變化或替換，都應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護范圍應以所述權利要求的保護范圍為準。
【主權項】
1.一種根據(jù)體感動作信號進行手術的裝置，其特征在于，所述裝置包括: 信號采集設備，用于采集并識別體感動作信號； 執(zhí)行設備，用于根據(jù)所述體感動作信號進行手術操作。
2.根據(jù)權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述信號采集設備包括: 體感動作設定單元，用于對所述體感動作信號進行設定。
3.根據(jù)權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述執(zhí)行設備包括: 坐標校正單元，用于將所述體感動作信號對應的坐標系數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到所述執(zhí)行設備的坐標系上得到手術操作對應的坐標系數(shù)據(jù)； 執(zhí)行單元，用于根據(jù)所述手術操作對應的坐標系數(shù)據(jù)進行手術操作。
4.根據(jù)權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述裝置還包括: 隔離設備，用于對所述手術操作進行隔離。
5.根據(jù)權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述裝置還包括: 圖像設備，用于采集并顯示所述手術操作的圖像信息。
6.一種根據(jù)體感動作信號進行手術的方法，其特征在于，所述方法包括: 采集并識別體感動作信號； 根據(jù)所述體感動作信號進行手術操作。
7.根據(jù)權利要求6所述的方法，其特征在于，在所述采集并識別體感動作信號的步驟之前還包括: 對所述體感動作信號進行設定。
8.根據(jù)權利要求6所述的方法，其特征在于，所述根據(jù)所述體感動作信號進行手術操作包括: 將所述體感動作信號對應的坐標系數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到所述執(zhí)行設備的坐標系上得到手術操作對應的坐標系數(shù)據(jù)； 根據(jù)所述手術操作對應的坐標系數(shù)據(jù)進行手術操作。
9.根據(jù)權利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法還包括: 對所述手術操作進行隔離。
10.根據(jù)權利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法還包括: 采集并顯示所述手術操作的圖像信息。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種根據(jù)體感動作信號進行手術的裝置，所述裝置包括：信號采集設備，用于采集并識別體感動作信號；執(zhí)行設備，用于根據(jù)所述體感動作信號進行手術操作。本發(fā)明還同時公開了一種根據(jù)體感動作信號進行手術的方法。
【IPC分類】A61B19-00
【公開號】CN104758062
【申請?zhí)枴緾N201510181254
【發(fā)明人】王豫, 朱罡, 裴葆青, 喬惠婷, 師述昌, 孫志彬, 翟柏松
【申請人】北京航空航天大學
【公開日】2015年7月8日
【申請日】2015年4月16日