端7 ;其中，導光臂5連接激光器4，將激光器4發出的激光引導出；機械臂I連接至信息處理及控制終端7 ;機械臂通過末端夾持器與導光臂5物理連接，控制導光臂5的位置和方向，從而控制激光的輸出對準病人活動床6上的色素病變區域；掃描儀2和攝像頭3分別固定在同一個機架上，共同組成視覺伺服系統，視野均為病人活動床6上的色素病變區域；掃描儀2和攝像頭3分別連接至信息處理及控制終端7。機械臂采用六自由度機械臂，掃描儀采用三維掃描儀；機械臂與激光器和導光臂分別位于病人活動床6的兩側，活動范圍覆蓋病人活動床6的頭部區域。
[0036]圖2為本本發明的智能化激光微創手術系統的結構框圖。
[0037]如圖3所示，本發明的圖像引導下的智能化激光微創手術系統的控制方法，包括以下步驟:
[0038]I)對掃描儀和機械臂進行聯合標定，使二者工作在同一坐標系；
[0039]2)將機械臂與導光臂連接，對機械臂末端進行校正，使激光聚焦處設置為機械臂末端；
[0040]3)初始化標定攝像頭，進行圖像校準；
[0041]4)將色素病變區域暴露在掃描儀和攝像頭的視野內，掃描儀對色素病變區域進行掃描，將數據傳輸至信息處理及控制終端，獲取色素病變區域的位置信息；
[0042]5)攝像頭對色素病變區域進行成像，將色素病變區域的實時圖像傳輸至信息處理及控制終端，獲取色素病變區域的顏色特征；
[0043]6)信息處理及控制終端自動分析色素病變區域的幾何特征和顏色特征，通過與預先設定好的專家系統的數據檢索對比，提取色素病變區域的紅R、綠G和藍B三種顏色的信息；
[0044]7)信息處理及控制終端中的專家系統根據提取的顏色特征信息確定輻照使用的激光的波長、強度及輻照時間；
[0045]8)根據攝像頭提供的實時圖像，精確定位色素病變區域的每個點的三位坐標(X，1，z)，信息處理及控制終端根據采集到的圖像預先生成機械臂的運動路徑；
[0046]9)信息處理及控制終端按照運動路徑控制機械臂的移動，從而控制導光臂引導激光輻照于色素病變區域，進行完全自主的激光輻照，直至機械臂按照預先生成的運動路徑完成全部操作，激光輻照自動停止。
[0047]如圖4所示，自主激光輻照，具體包括以下步驟:
[0048]a)啟動輻照程序:打開激光器，激光通過導光臂輻照在色素病變區域；
[0049]b)掃描儀實時進行目標位置檢測，信息處理及控制終端判斷色素病變區域的位置是否發生位移，如果否，繼續進行激光輻照，如果是，進入步驟c);
[0050]c)判斷位移是否超過限定值，如果否，進入步驟d)，如果是，則激光輻照停止；
[0051]d)信息處理及控制終端進行位置校準，判斷位置校準是否成功，如果是，激光輻照繼續進行，如果否，則激光輻照停止，避免發生危險。
[0052]最后需要注意的是，公布實施方式的目的在于幫助進一步理解本發明，但是本領域的技術人員可以理解:在不脫離本發明及所附的權利要求的精神和范圍內，各種替換和修改都是可能的。因此，本發明不應局限于實施例所公開的內容，本發明要求保護的范圍以權利要求書界定的范圍為準。
【主權項】
1.一種圖像引導下的智能化激光微創手術系統，其特征在于，所述智能化激光微創手術系統包括:機械臂、掃描儀、攝像頭、激光器、導光臂、病人活動床和信息處理及控制終端；其中，所述導光臂連接激光器，將激光器發出的激光引導出；所述機械臂連接至信息處理及控制終端；所述機械臂通過末端夾持器與導光臂物理連接，控制導光臂的位置和方向，從而控制輸出的激光對準病人活動床上的色素病變區域；所述掃描儀和攝像頭分別固定在同一個機架上，共同組成視覺伺服系統，視野為病人活動床上的色素病變區域；所述掃描儀對色素病變區域進行掃描，將數據傳輸至信息處理及控制終端，獲取色素病變區域的位置信息；所述攝像頭將色素病變區域的實時圖像傳輸至信息處理及控制終端，獲取色素病變區域的顏色特征；所述信息處理及控制終端自動分析色素病變區域的幾何特征和顏色特征，生成機械臂的運動路徑，按照運動路徑控制機械臂的移動，從而控制導光臂引導激光作用在色素病變區域，進行完全自主激光輻照。2.如權利要求1所述的智能化激光微創手術系統，其特征在于，所述機械臂采用六自由度機械臂。3.如權利要求1所述的智能化激光微創手術系統，其特征在于，所述掃描儀為三維掃描儀，對色素病變區域進行掃描，然后將三維點云數據通過數據接口傳送至信息處理及控制終端，獲取位置的三維信息。4.圖像引導下的智能化激光微創手術系統的控制方法，其特征在于，控制方法包括以下步驟: 1)對掃描儀和機械臂進行聯合標定，使二者工作在同一坐標系； 2)將機械臂與導光臂連接，對機械臂末端進行校正，使激光聚焦處設置為機械臂末端; 3)初始化標定攝像頭，進行圖像校準； 4)將色素病變區域暴露在掃描儀和攝像頭的視野內，掃描儀對色素病變區域進行掃描，將數據傳輸至信息處理及控制終端，獲取色素病變區域的位置信息； 5)攝像頭對色素病變區域進行成像，將色素病變區域的實時圖像傳輸至信息處理及控制終端，獲取色素病變區域的顏色特征； 6)信息處理及控制終端自動分析色素病變區域的幾何特征和顏色特征，通過與預先設定好的專家系統的數據檢索對比，提取色素病變區域的紅R、綠G和藍B三種顏色的信息； 7)信息處理及控制終端根據提取的顏色特征信息確定輻照使用的激光的波長、強度及輻照時間； 8)根據攝像頭提供的實時圖像，精確定位色素病變區域的每個點的三位坐標(X，y，z)，信息處理及控制終端根據采集到的圖像預先生成機械臂的運動路徑； 9)信息處理及控制終端按照運動路徑控制機械臂的移動，從而控制導光臂引導激光輻照于色素病變區域，進行完全自主的激光輻照，直至機械臂按照預先生成的運動路徑完成全部操作，激光輻照自動停止。5.如權利要求4所述的控制方法，其特征在于，在步驟8)中，進一步包括:根據導光臂與色素病變區域的接觸距離，夾持器和導光臂的位置對機械臂的運動路徑進行校正，調整合適的位姿，使得夾持器能夠搭載導光臂進行激光輻照。6.如權利要求4所述的控制方法，其特征在于，在步驟9)中，自主激光輻照包括以下步驟: a)啟動輻照程序:打開激光器，激光通過導光臂輻照在色素病變區域； b)掃描儀實時進行目標位置檢測，信息處理及控制終端判斷色素病變區域的位置是否發生位移，如果否，繼續進行激光輻照，如果是，進入步驟c); c)判斷位移是否超過限定值，如果否，進入步驟d)，如果是，則激光輻照停止； d)信息處理及控制終端進行位置校準，判斷位置校準是否成功，如果是，激光輻照繼續進行，如果否，則激光輻照停止。
【專利摘要】本發明公開了一種圖像引導下的智能化激光微創手術系統及其控制方法。本發明的智能化激光微創手術系統包括：機械臂、掃描儀、攝像頭、激光器、導光臂、病人活動床和信息處理及控制終端；本發明基于三維圖像信息的智能化激光微創手術系統，能夠精確識別色素病變區域，嚴格控制激光劑量，激光輻照在色素性病變區域，使激光微創手術更加高效、精確、安全，在獲得足夠病人信息后，系統自動完成手術；作用于人體表面，可應用于色素沉著病變激光微創手術中，裝備有視覺伺服系統及六自由度輕量級機械臂，具有自主性，實現了完全自動化；另外，智能化微創手術系統拓展性強，可以應用于多種基于體表的微創手術，如高強度聚焦超聲HIFU拉皮去皺手術。
【IPC分類】A61B5/00, A61N5/067
【公開號】CN105169570
【申請號】
【發明人】任秋實, 劉曦, 于澤寬, 楊昆, 李文昭, 江曉蕓, 王國鶴
【申請人】北京大學
【公開日】2015年12月23日
【申請日】2015年9月24日