介入手术路径规划系统、方法、装置和存储介质与流程

本申请涉及微创手术，特别是涉及一种介入手术路径规划系统、方法、装置和存储介质。

背景技术：

1、随着现代微创手术技术的发展，机器人辅助穿刺技术因其高精度和稳定性得到了广泛应用。然而，在实际操作中，机械臂的路径规划往往受到多种因素的限制，例如人体解剖结构的复杂性、机械臂自身的运动范围以及与周围环境的潜在碰撞风险。传统的路径规划方法通常仅关注单一路径的可行性分析，缺乏对路径邻域范围内可执行性的全面评估，这可能导致用户在调整路径时效率低下或难以找到机械臂可执行的手术路径。

技术实现思路

1、基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种介入手术路径规划系统、方法、装置和存储介质。

2、一种介入手术路径规划系统，所述系统包括处理器，所述处理器用于执行以下步骤：

3、获取介入手术的初始入针路径，所述初始入针路径包括靶点和初始入针点；

4、基于所述初始入针点生成候选入针点，基于所述靶点和所述候选入针点，生成至少一个邻域候选路径；

5、基于所述邻域候选路径、机械臂关节角轻量约束和碰撞约束，确定目标路径。

6、在其中一个实施例中，所述处理器执行所述基于所述初始入针点生成候选入针点，基于所述靶点和所述候选入针点，生成至少一个邻域候选路径还包括执行以下步骤：获取经过所述初始入针点并且垂直于所述初始入针路径的平面；基于所述初始入针点和预设范围，在所述平面上确定候选区域，在所述候选区域上生成离散点，基于所述离散点生成所述候选入针点；基于所述靶点和所述候选入针点，生成至少一个邻域候选路径。

7、在其中一个实施例中，所述处理器执行所述基于所述邻域候选路径、机械臂关节角轻量约束和碰撞约束，确定目标路径还包括执行以下步骤：基于第一位姿、第二位姿和第一关节角构建第一位姿误差矩阵，基于所述第一位姿误差矩阵求解第二关节角，所述第一位姿用于模拟所述机械臂末端位于迭代初始点的位姿，所述第一关节角用于模拟所述机械臂末端位于所述第一位姿时机械臂的关节角，所述第二位姿用于模拟所述机械臂末端位于所述邻域候选路径的所述候选入针点时的位姿，所述第二关节角用于模拟所述机械臂末端位于所述第二位姿时机械臂的关节角；判断所述邻域候选路径是否满足所述机械臂关节角轻量约束，满足所述机械臂关节角轻量约束时，所述机械臂末端位于所述第二位姿时所述第二关节角有解，不满足所述机械臂关节角轻量约束时，所述机械臂末端位于所述第二位姿时所述第二关节角无解；当所述第二关节角有解时，判断所述机械臂末端位于第二位姿时是否满足碰撞约束；将满足所述机械臂关节角轻量约束和所述碰撞约束的所述邻域候选路径作为所述目标路径，所述目标路径为一个或多个。

8、在其中一个实施例中，所述处理器还用于执行以下步骤：基于第一位姿、第三位姿和第一关节角构建第二位姿误差矩阵，基于所述第二位姿误差矩阵求解第三关节角，所述第三位姿用于模拟所述机械臂末端位于所述初始入针路径的初始入针点时的位姿，所述第三关节角用于模拟所述机械臂末端位于所述第三位姿时机械臂的关节角；当所述机械臂末端位于所述第三位姿时所述第三关节角有解，将所述第三关节角作为初始解引入所述第一位姿误差矩阵计算所述第二关节角。

9、在其中一个实施例中，所述邻域候选路径为多条，所述邻域候选路径的所述候选入针点为多个，所述机械臂末端的第二位姿为多个，第一位姿误差矩阵为多个，所述第一位姿误差矩阵与所述邻域候选路径一一对应，所述处理器还用于执行以下步骤：遍历判断每个所述邻域候选路径是否满足所述机械臂关节角轻量约束，当存在任一所述邻域候选路径满足所述机械臂关节角轻量约束时，所述机械臂末端位于子位姿，所述第二位姿包括所述子位姿，子位姿误差矩阵的子关节角有解，所述第一位姿误差矩阵包括所述子位姿误差矩阵，所述第二关节角包括所述子关节角；将所述子关节角作为初始解引入其他第一位姿误差矩阵计算对应的第二关节角，所述其他第一位姿误差矩阵为未遍历过的所述邻域候选路径对应的第一位姿误差矩阵。

10、在其中一个实施例中，所述处理器还用于执行以下步骤：获取所述目标路径的目标入针点；根据所述目标入针点确定目标入针区域，在所述目标入针区域内选择介入入针点，根据所述介入入针点和所述靶点确定介入路径，所述介入路径为一个或多个。

11、在其中一个实施例中，所述处理器还用于执行以下步骤：以不同颜色表示所述目标入针区域与非目标入针区域，所述邻域候选路径由所述目标路径和非目标路径组成，所述非目标入针区域由所述非目标路径的入针点组成。

12、在其中一个实施例中，所述处理器还用于执行以下步骤：调整所述初始入针路径；所述目标入针区域与所述非目标入针区域随所述初始入针路径的调整而变化。

13、一种介入手术路径规划方法，所述方法包括：获取介入手术的初始入针路径，所述初始入针路径包括靶点和初始入针点；基于所述初始入针点生成候选入针点；基于所述靶点和所述候选入针点，生成至少一个邻域候选路径；基于所述邻域候选路径、机械臂关节角轻量约束和碰撞约束，确定目标路径。

14、一种介入手术路径规划装置，所述装置包括：初始入针路径获取模块，用于获取介入手术的初始入针路径，所述初始入针路径包括靶点和初始入针点；候选入针点生成模块，基于所述初始入针点生成候选入针点；邻域候选路径生成模块，基于所述靶点和所述候选入针点，生成至少一个邻域候选路径；目标路径确定模块，基于所述邻域候选路径、机械臂关节角轻量约束和碰撞约束，确定目标路径。

15、一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现以下步骤：

16、获取介入手术的初始入针路径，所述初始入针路径包括靶点和初始入针点；

17、基于所述初始入针点生成候选入针点，基于所述靶点和所述候选入针点，生成至少一个邻域候选路径；基于所述邻域候选路径、机械臂关节角轻量约束和碰撞约束，确定目标路径。

18、一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：获取介入手术的初始入针路径，所述初始入针路径包括靶点和初始入针点；基于所述初始入针点生成候选入针点；基于所述靶点和所述候选入针点，生成至少一个邻域候选路径；基于所述邻域候选路径、机械臂关节角轻量约束和碰撞约束，确定目标路径。

19、与现有技术相比，本发明提供了一种介入手术路径规划系统、方法、装置和存储介质，具有以下有益效果：

20、基于初始入针点生成候选点，覆盖初始入针点的邻域空间生成至少一个邻域候选路径，突破单一路径局限，为在邻域候选路径中搜索目标路径提供基础，并结合机械臂关节角轻量约束和碰撞约束对邻域候选路径进行评估，多维度评估准确高效的得到目标路径，从而系统性提升机器人辅助穿刺的规划质量与效率。

1.一种介入手术路径规划系统，其特征在于，所述系统包括处理器，所述处理器用于执行以下步骤：

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述处理器执行所述基于所述初始入针点生成候选入针点，基于所述靶点和所述候选入针点，生成至少一个邻域候选路径还包括执行以下步骤：

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述处理器执行所述基于所述邻域候选路径、机械臂关节角轻量约束和碰撞约束，确定目标路径还包括执行以下步骤：

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述处理器还用于执行以下步骤：

5.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述邻域候选路径为多条，所述邻域候选路径的所述候选入针点为多个，所述机械臂末端的第二位姿为多个，第一位姿误差矩阵为多个，所述第一位姿误差矩阵与所述邻域候选路径一一对应，所述处理器还用于执行以下步骤：

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述处理器还用于执行以下步骤：

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述处理器还用于执行以下步骤：

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述处理器还用于执行以下步骤：

9.一种介入手术路径规划方法，其特征在于，所述方法包括：

10.一种介入手术路径规划装置，其特征在于，所述装置包括：

11.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求9所述的方法的步骤。