基于联动约束的智能手术无影灯控制方法及设备

本发明涉及设备智能控制，尤其涉及一种基于联动约束的智能手术无影灯控制方法及设备。

背景技术：

1、现有手术无影灯通常依赖人工手动调节，医生或护士需要通过按键、触摸面板或直接推动灯体完成亮度、色温、光斑及照射位置调整。

2、然而，目前医护人员双手常处于无菌操作状态，频繁接触控制面板或手动调整灯体极易破坏无菌环境，增加感染风险；单一控制方式难以兼顾语音指令、触控操作、图形界面监控等不同场景需求，缺乏多模态融合；此外目前的无影灯难以结合患者体位、术区位置或导航工具的位置进行自动或半自动联动，调整效率低，还普遍缺少手术场景下的安全约束逻辑，例如在不同工作模式下对亮度、色温、光斑和机械臂动作的联动限制不足，容易造成误操作或设备冲突，且多设备协同时，灯光状态、机械臂动作状态及各控制终端之间缺乏统一的状态同步机制，导致控制不一致和响应延迟。

3、因此，亟需一种能够支持多模态输入、可与视觉定位和机械臂深度联动，并具备严格安全约束与实时状态同步能力的基于联动约束的智能手术无影灯控制方案。

技术实现思路

1、本发明提供一种基于联动约束的智能手术无影灯控制方法及设备，用以解决目前现有技术中手术无影灯通常依赖人工手动调节存在的技术问题。

2、本发明提供一种基于联动约束的智能手术无影灯控制方法，包括如下步骤：

3、接收针对手术无影灯的操作输入，并对所述操作输入进行解析，得到控制指令；所述控制指令至少包括目标控制对象及控制意图；

4、根据当前手术的工作模式及所述手术无影灯的设备状态，对所述控制指令进行安全约束校验；

5、在所述安全约束校验过程中，当所述控制指令中的所述目标控制对象为承载所述手术无影灯的位姿调节机构，且所述控制意图为空间运动时，确定所述工作模式、所述手术无影灯的照明状态及多源环境感知状态是否满足预设的运动前置互锁规则；所述多源环境感知状态包括所述位姿调节机构的运动路径干涉预警状态、视觉定位状态及机械臂运动状态中的至少一种 ；

6、若满足所述运动前置互锁规则，则根据所述控制意图生成相应的驱动指令，并根据所述驱动指令控制所述目标控制对象执行目标动作。

7、根据本发明提供的基于联动约束的智能手术无影灯控制方法，对所述控制指令进行安全约束校验之前，还包括：

8、若在预设时间窗口内解析得到多个所述控制指令，或者，当前解析到的所述控制指令与当前正在执行的驱动指令存在资源调用冲突，则基于预设的优先级仲裁规则确定进行安全约束校验的目标控制指令；

9、其中，所述控制指令包括异常阻断指令、状态调节指令及视觉联动指令，所述优先级仲裁规则包括所述异常阻断指令的优先级高于所述状态调节指令，所述状态调节指令的优先级高于所述视觉联动指令；且当多个所述控制指令的指令类型相同，但指令来源不同时，来源于语音输入通道的所述控制指令的优先级高于来源于图形界面输入通道的所述控制指令；

10、相应地，所述根据当前手术的工作模式及所述手术无影灯的设备状态，对所述控制指令进行安全约束校验，包括：

11、根据当前手术的工作模式及所述手术无影灯的设备状态，对所述目标控制指令进行安全约束校验。

12、根据本发明提供的基于联动约束的智能手术无影灯控制方法，所述基于预设的优先级仲裁规则确定所述目标控制指令之后，还包括：

13、若所述目标控制指令为所述异常阻断指令，则跳过所述安全约束校验，并生成对应的急停驱动指令，以控制所述位姿调节机构和所述手术无影灯进入安全锁定状态；

14、若所述目标控制指令为所述状态调节指令，且当前正在执行的所述驱动指令对应视觉联动控制意图，则中断视觉跟随运动任务，并对所述状态调节指令执行所述安全约束校验。

15、根据本发明提供的基于联动约束的智能手术无影灯控制方法，所述确定所述工作模式、所述手术无影灯的照明状态及多源环境感知状态是否满足预设的运动前置互锁规则，包括：

16、获取当前的多源环境感知状态；所述多源环境感知状态包括所述位姿调节机构的运动路径干涉预警状态、及视觉定位状态及机械臂运动状态；

17、若所述运动路径干涉预警状态指示存在物理碰撞风险或人员侵入，则判定不满足预设的运动前置互锁规则；

18、若所述运动路径干涉预警状态指示安全，且所述工作模式为清洁模式、所述手术无影灯的照明状态为开启状态，则判定不满足预设的运动前置互锁规则；

19、若所述运动路径干涉预警状态指示安全，且所述机械臂运动状态指示所述位姿调节机构当前正在执行其他运动序列，则判定不满足预设的运动前置互锁规则；

20、若所述运动路径干涉预警状态指示安全，且所述工作模式为手术模式、所述视觉定位状态为目标丢失状态时，则判定不满足预设的运动前置互锁规则；

21、若所述运动路径干涉预警状态指示安全，且所述工作模式为手术模式、所述空间运动的运动速度超过预设阈值，则确定所述手术无影灯的照明状态对应的照明参数是否处于预设的安全参数限制范围；

22、若未处于所述安全参数限制范围，则判定不满足预设的运动前置互锁规则；

23、若处于所述安全参数限制范围，则判定满足预设的运动前置互锁规则；

24、若所述运动路径干涉预警状态指示安全，且所述工作模式为手术模式、所述视觉定位状态为有效跟踪状态、所述机械臂运动状态指示所述位姿调节机构未执行其他运动序列及所述空间运动的运动速度未超过所述预设阈值，则判定满足预设的运动前置互锁规则。

25、根据本发明提供的基于联动约束的智能手术无影灯控制方法，所述确定所述工作模式、所述手术无影灯的照明状态及多源环境感知状态是否满足预设的运动前置互锁规则之后，还包括：

26、若不满足所述运动前置互锁规则，则拦截所述控制指令，并触发异常处理策略；

27、其中，所述异常处理策略包括：

28、当所述运动路径干涉预警状态指示存在物理碰撞风险或人员侵入时，控制所述位姿调节机构执行防碰撞急停动作；

29、当所述工作模式与所述照明状态存在安全冲突时，将所述手术无影灯的照明参数调节至预设安全值；

30、当所述视觉定位状态为目标丢失状态时，中止所述目标控制对象的当前运动序列并输出环境感知丢失提示；

31、当所述机械臂运动状态指示所述位姿调节机构当前正在执行其他运动序列时，输出运动冲突提示，并将当前控制指令加入待执行队列；

32、当所述工作模式为手术模式且所述照明参数超出所述安全参数限制范围时，将所述照明参数调节至所述安全参数限制范围内，并返回执行所述确定所述工作模式、所述手术无影灯的照明状态及多源环境感知状态是否满足预设的运动前置互锁规则的步骤。

33、根据本发明提供的基于联动约束的智能手术无影灯控制方法，所述根据所述控制意图生成相应的驱动指令，并根据所述驱动指令控制所述目标控制对象执行目标动作，包括：

34、当所述控制意图为视觉联动意图时，获取手术区域图像；

35、确定所述手术区域图像中的目标对象信息；所述目标对象信息包括附着于手术导航工具的视觉定位标记的三维位姿或人体关键点的三维坐标；

36、根据当前图像帧的所述目标对象信息，更新所述手术无影灯的目标照射区域，以及所述位姿调节机构的目标位姿；

37、根据更新后的所述目标照射区域和所述目标位姿，通过逆运动学解算生成用于驱动所述位姿调节机构的位姿补偿参数；

38、根据所述位姿补偿参数，生成所述位姿调节机构的预期跟随轨迹，并对所述预期跟随轨迹进行干涉碰撞检测；若未检测到碰撞风险，则基于所述预期跟随轨迹生成相应的驱动指令，并根据所述驱动指令控制所述位姿调节机构跟随所述目标照射区域。

39、根据本发明提供的基于联动约束的智能手术无影灯控制方法，所述根据所述驱动指令控制所述位姿调节机构跟随所述目标照射区域，还包括：

40、确定所述位姿调节机构在空间运动过程中的物理位置；

41、确定所述物理位置与所述目标照射区域之间的相对距离变化量；

42、将所述相对距离变化量转换为所述手术无影灯的光斑尺寸补偿参数或焦距补偿参数；

43、根据所述光斑尺寸补偿参数或所述焦距补偿参数，调节所述手术无影灯的光斑尺寸或焦距。

44、根据本发明提供的基于联动约束的智能手术无影灯控制方法，所述根据所述控制意图生成相应的驱动指令，并根据所述驱动指令控制所述目标控制对象执行目标动作，包括：

45、当所述控制意图为位姿调节机构控制意图时，根据所述控制指令中携带的位移参数生成包含位移矢量的驱动指令，或根据所述控制指令中携带的模式参数生成包含模式编码的驱动指令；

46、将所述驱动指令发送至所述位姿调节机构的驱动器，以控制所述位姿调节机构移动至目标空间位置，或执行所述模式编码对应的机械运行动作；或者，

47、当所述目标控制对象为所述手术无影灯的照明调节模块，且所述控制意图为照明参数调整时，对所述控制指令中携带的控制参数进行通信协议转换，生成相应的驱动指令，并将所述驱动指令发送至所述照明调节模块对应的控制器，以控制所述照明调节模块调整对应的照明状态。

48、根据本发明提供的基于联动约束的智能手术无影灯控制方法，所述接收针对手术无影灯的操作输入，并对所述操作输入进行解析，得到控制指令，包括：

49、当操作输入为语音信号时，将所述语音信号转换为文本序列；

50、对所述文本序列进行词法拆解，提取所述文本序列中的意图特征词、设备特征词以及控制参数特征词；

51、确定所述意图特征词匹配的控制意图、所述设备特征词匹配的目标控制对象以及所述控制参数特征词匹配的控制参数；

52、将所述控制意图、所述目标控制对象以及所述控制参数组合为控制指令。

53、根据本发明提供的基于联动约束的智能手术无影灯控制方法，所述根据所述控制意图生成相应的驱动指令，并根据所述驱动指令控制所述目标控制对象执行目标动作之后，还包括：

54、采集所述手术无影灯执行所述目标动作后的灯光状态事件以及所述位姿调节机构执行所述目标动作后的机械臂动作事件；

55、将所述灯光状态事件和所述机械臂动作事件封装为事件消息；

56、基于消息队列发布订阅机制，将所述事件消息广播至多个控制终端，以触发所述多个控制终端进行状态同步更新。

57、本发明还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述任一种所述的基于联动约束的智能手术无影灯控制方法。

58、本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述的基于联动约束的智能手术无影灯控制方法。

59、本发明还提供一种计算机程序产品，包括计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述基于联动约束的智能手术无影灯控制方法。

60、本发明提供的基于联动约束的智能手术无影灯控制方法及设备，通过将操作输入解析为包含目标控制对象和控制意图的标准化控制指令，并在执行前进行基于工作模式和设备状态的安全约束校验，且针对位姿调节机构空间运动指令还设置运动前置互锁规则，实现了手术场景下灯光控制与机械臂运动之间的安全互锁约束，如此多模态的操作输入使人员无需物理接触控制面板即可完成精准的无影灯调节，有效保护了手术无菌环境；此外安全约束校验机制防止了因误操作引发的设备冲突或安全事故，提升了基于联动约束的智能手术无影灯控制系统的安全可靠性。