(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211186436.5 (22)申请日 2022.09.28 (71)申请人 真健康(北京)医疗科技有限公司 地址 100192 北京市海淀区永 泰庄北路1号 天地邻枫2号楼3层3 08室 (72)发明人 张昊任　史纪鹏　高鹏飞　陈向前　 (74)专利代理 机构 北京力致专利代理事务所 (特殊普通 合伙) 11900 专利代理师 陈博旸 (51)Int.Cl. A61B 17/34(2006.01) A61B 34/00(2016.01) A61B 34/35(2016.01) G06F 17/16(2006.01) (54)发明名称 穿刺装置的控制方法、 设备及系统 (57)摘要 本发明提供一种穿刺装置的控制方法、 设备 及系统， 其中所述方法包括确定用户选择的约束 模式， 包括姿态约束模式和入针约束模式； 在姿 态约束模式下， 监测操作装置的穿刺针模拟杆的 端部是否在弧面区域上， 当离开所述弧面区域 时， 通过操作装置对所述穿刺针模拟杆提供约束 力； 根据所述穿刺针模拟杆的姿态数据实时控制 穿刺针的姿态； 在入针约束模式下， 获取穿刺针 的当前方向， 监测操作装置中的穿刺针模拟杆的 行进方向与所述当前方向是否一致， 以引导穿刺 针模拟杆的操作者将所述行进方向回归所述当 前方向； 根据所述穿刺针模拟杆的行进数据实时 控制所述 穿刺针行进。 权利要求书2页 说明书10页 附图3页 CN 115281802 A 2022.11.04 CN 115281802 A 1.一种穿刺装置的控制方法， 其特 征在于， 所述方法包括： 确定用户选择的约束模式， 包括姿态约束模式和入针约束模式； 在姿态约束模式下， 获取当前的入针深度， 以所述入针深度为半径、 操作装置上的不动 点为圆心确定弧面区域， 监测操作装置的穿刺针模拟杆的端部是否在所述弧面区域上， 当 离开所述弧面区域时， 通过操作装置对所述穿刺针模拟杆提供约束力， 以引导穿刺针模拟 杆的操作者将所述端部回归所述弧面区域； 根据所述穿刺针模拟杆的姿态数据实时控制穿 刺针的姿态； 在入针约束模式下， 获取穿刺针的当前方向， 监测操作装置中的穿刺针模拟杆的行进 方向与所述当前方向是否一致， 当所述行进方向与所述当前方向不一致时， 通过操作装置 对所述穿刺针模拟杆提供约束力， 以引导穿刺针模拟杆的操作者将所述行进方向回归所述 当前方向； 根据所述 穿刺针模拟杆的行进数据实时控制所述 穿刺针行进。 2.根据权利要求1所述的方法， 其特 征在于， 所述方法还 包括： 采集穿刺针所承受的阻力数据； 通过操作装置根据所述阻力数据向所述穿刺针模拟杆提供作用力， 从而反馈给所述穿 刺针模拟杆的操作者， 用于模拟穿刺针进入人体后行进和/或姿态调整时所承受的阻力。 3.根据权利要求1或2所述的方法， 其特 征在于， 所述方法还 包括： 在入针约束模式下， 获取目标入针深度， 监测实 际入针深度是否超过所述目标入针深 度， 当所述实际入针深度超过所述 目标入针深度时， 通过操作装置对所述穿刺针模拟杆提 供约束力， 从而反馈给 所述穿刺针模拟杆的操作者。 4.根据权利要求1或2所述的方法， 其特征在于， 所述穿刺装置被机械臂控制且在CT范 围内， 在根据所述穿刺针模拟杆的姿态数据实时控制穿刺针的姿态的步骤中， 基于CT坐标 系、 机械臂的坐标系和穿刺针模拟杆的坐标系的对应关系控制穿刺针的姿态， 以使得操作 者对所述 穿刺针模拟杆的姿态调整动作 与CT图像显示的穿刺针姿态变化保持一 致。 5.根据权利要求4所述的方法， 其特征在于， 根据 所述穿刺针模拟杆的姿态数据实时控 制穿刺针的姿态包括： 确定CT坐标系与机械臂坐标系的第一对应关系数据， 以及RCM坐标系与CT坐标系的第 二对应关系数据； 基于所述第 一对应关系数据和所述第 二对应关系数据， 计算工具坐标系与 所述机械臂 坐标系的第三对应关系数据； 利用所述姿态数据和所述第三对应关系数据实时控制穿刺针的姿态。 6.根据权利要求5所述的方法， 其特征在于， 所述确定CT坐标系与机械臂坐标系的第一 对应关系数据， 包括： 建立CT坐标系相对机 械臂的基坐标系的转换矩阵 ， 其中， 为当前机械臂工具坐标系相对于机械臂基坐标系的转换矩阵， 为 末端工具坐标系相对机械臂工具坐标系的转换矩阵， 为光学定位系统坐标系相对权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115281802 A 2末端工具坐标系的转换矩阵， 为CT坐标系相对光学定位系统坐标系的转换矩阵。 7.根据权利要求5或6所述的方法， 其特征在于， 基于所述第一对应关系数据和所述第 二对应关系数据， 计算工具坐标系与所述机 械臂坐标系的第三对应关系数据， 包括： 计算目标机 械臂工具坐标系相对于 机械臂坐标系的转换矩阵 ， = 其中， 为CT坐标系相对机械臂基坐标系的转换矩阵， 为RCM坐标系相对CT坐 标系的转换矩阵， 为因穿刺针模拟杆调整产生 的入针坐标系相对RCM坐标系的转换 矩阵， 为工具坐标系相对 入针坐标系的转换矩阵。 8.根据权利要求1或2所述的方法， 其特 征在于， 在确定用户选择的约束模式前还 包括： 获取穿刺针的当前姿态数据； 根据所述当前姿态数据设置所述穿刺针模拟杆的姿态， 用于在实施穿刺前， 使穿刺针 模拟杆的初始姿态与穿刺针的初始姿态一 致。 9.一种穿刺装置的控制设备， 其特征在于， 包括： 至少一个处理器； 以及与所述至少一 个处理器通信连接的存储器； 其中， 所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行 的指 令， 所述指 令被所述至少一个处理器执行， 以使 所述至少一个处理器执行如权利要求 1‑8中 任意一项所述的穿刺装置的控制方法。 10.一种穿刺装置的远程控制系统， 其特征在于， 包括远程控制设备和操作装置， 其中 所述远程控制设备用于执行如权利要求1 ‑8中任意一项所述的穿刺装置的控制方法； 所述 操作装置包括 穿刺针模拟杆， 供操作者手动操作， 用于模拟穿刺针的姿态和进针运动。 11.一种远程 穿刺手术系统， 其特 征在于， 包括： 穿刺装置， 包括执行单元和穿刺针， 所述执行单元用于调整所述穿刺针的空间位置、 姿 态和进针运动； 操作装置， 包括穿刺针模拟杆， 供操作者操作， 用于模拟所述穿刺针的姿态和进针运 动； 控制设备， 用于利用权利要求1 ‑8中任意一项所述的穿刺装置的控制方法控制所述穿 刺装置。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115281802 A 3