手術輔助系統及相關手術輔助方法

專利類型

發明

專利國別 (專利申請國家)

中華民國

專利申請案號

109142490

專利證號

I 750930

專利獲證名稱

手術輔助系統及相關手術輔助方法

專利所屬機關 (申請機關)

國立交通大學

獲證日期

2021/12/21

技術說明

本論文提出一套基於擴增實境(Augmented Reality, AR)的機器人輔助手術導航系統，結合機器輔助準確穩定的特性及AR可視化輔助之監控系統可以在手術前根據3D醫學模型規劃機械臂的軌跡，並允許外科醫生透過擴增實境監督手術過程中的執行效果。為了實現圖像引導手術，本論文使用基於標記之手眼校正，得出空間座標系與機械臂座標系轉換，並進行手術機器人影像導航任務。本論文以機械臂鑽骨手術任務為設計目標，提出一個基於AR可視化及3D醫療模型之即時監視與調控設計，並用於監督及調整機械臂之執行軌跡。論文中，使用制定AR標記，進行智慧眼鏡虛擬物件投影，並提出一種座標轉換算法達成AR虛擬座標系與世界座標系對位匹配問題，將監控UI介面虛擬系統座標的軌跡規劃轉換成機械臂軌跡。本論文以實驗室研製之六自由度機械臂系統進行驗證實驗，於該平台的實驗結果顯示，使用者可以透過AR智慧眼鏡調整骨骼模型上鑽入點的位置和方向，並將軌跡資訊傳輸給機械臂執行。所提出的基於AR可視化設計的機器人導航方法可以有效地提高手術操作的安全性。 In this thesis, we propose an AR-based robotic system that can plan and execute a trajectory based on a 3D medical model and allow the surgeon to supervise the execution in the surgical process. In order to achieve image-guided surgery, a hand-eye calibration procedure is developed by using AprilTag to obtain the transformation between the workspace coordinate and the robot system coordinate, and perform the image navigation task of the surgical robot to complete a pedicle screw insertion task. A procedure of robot supervised control is proposed to assign and modify the robot trajectory based on AR visualization and 3D model. A specified AR marker is used to project virtual objects in the AR glasses. We developed a robot registration algorithm to match the AR virtual coordinate and the workspace coordinate, and convert the planned trajectory into robot trajectory. Experimental results on the lab-built robotic system show that a user can adjust the position and orientation of the insertion point on a bone model, and transmit the trajectory information to the robot for execution. The proposed visualization-based robot navigation method can effectively enhance the safety of surgical operation.

備註

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