CN222464649U - 远程通信系统以及手术机器人系统 - Google Patents

Abstract

本公开涉及医疗器械领域，公开一种远程通信系统以及手术机器人系统。该远程通信系统包括与主端设备连接的主端通信装置和与从端设备连接的从端通信装置；主端通信装置用于从主端设备接收上行主端信号，将其转换为无线主端信号并传输至移动通信网络；从端通信装置用于从移动通信网络接收无线主端信号，将其转换为下行从端信号并传输至从端设备；从端通信装置还用于从从端设备接收上行从端信号，将其转换为无线从端信号并传输至移动通信网络；主端通信装置还用于从移动通信网络接收无线从端信号，将其转换为下行主端信号并传输至主端设备。远程通信系统的主端通信装置与从端通信装置能够进行远程通信，为实现远程手术提供了基础。

Description

远程通信系统以及手术机器人系统

技术领域

本公开涉及医疗器械领域，尤其涉及一种远程通信系统以及手术机器人系统。

背景技术

腔镜手术是近年来逐渐发展、被广泛运用的手术形式，具有创口小等优势，大大减小了病人的康复时间、不适体验和愈后副作用。通过手术机器人系统执行腔镜手术，尤其是单孔腔镜手术，能够通过计算机远程操控技术优化手术形式。

然而，目前国内仍存在优势医疗资源分布不均衡的问题，偏远地区的患者常常需要到大型医疗中心就诊，就诊成本显著高于本地就诊。

实用新型内容

在一些实施例中，本公开提供了一种远程通信系统，包括：

主端通信装置和从端通信装置，主端通信装置与主端设备连接，从端通信装置与从端设备连接；

主端通信装置用于从主端设备接收上行主端信号，将上行主端信号转换为无线主端信号并传输至移动通信网络；从端通信装置用于从移动通信网络接收无线主端信号，将无线主端信号转换为下行从端信号并传输至从端设备；并且

从端通信装置还用于从从端设备接收上行从端信号，将上行从端信号转换为无线从端信号并传输至移动通信网络；主端通信装置还用于从移动通信网络接收无线从端信号，将无线从端信号转换为下行主端信号并传输至主端设备。

在一些实施例中，上行从端信号包括原始图像，无线从端信号包括无线图像信号，从端通信装置还用于从从端设备接收原始图像，将原始图像转换成无线图像信号，并将无线图像信号传输至移动通信网络；

主端通信装置还用于从移动通信网络接收无线图像信号，将无线图像信号转换成目标图像，并将目标图像传输至主端设备。

在一些实施例中，从端通信装置包括：

前端图像处理器，输入端与从端设备连接以接收原始图像，前端图像处理器被配置为对原始图像进行前端处理得到上行图像信号。

在一些实施例中，从端通信装置包括第二终端单元，第二终端单元的输入端与前端图像处理器连接以接收上行图像信号，第二终端单元用于将上行图像信号转换为无线图像信号并传输至移动通信网络。

在一些实施例中，主端通信装置包括：

第一终端单元，第一终端单元用于从移动通信网络接收无线图像信号，并将无线图像信号转换为下行图像信号；以及

后端图像处理器，输入端与第一终端单元连接以接收下行图像信号，输出端与主端设备连接，后端图像处理器被配置为对下行图像信号进行后端处理得到目标图像并传输至主端设备。

在一些实施例中，原始图像包括来自从端设备的双目相机的左相机的多帧左相机连续图像和来自双目相机的右相机的多帧右相机连续图像，

前端图像处理器包括：

合成电路，将多帧左相机连续图像和多帧右相机连续图像合成为混合图像序列；以及

编码电路，输入端与合成电路连接以接收混合图像序列，编码电路对混合图像序列进行编码以得到上行图像信号；

后端图像处理器包括：

解码电路，解码电路将下行图像信号解码为目标图像。

在一些实施例中，编码电路对混合图像序列进行分组以形成多个图像组，并且对每个图像组中的第一帧图像进行帧内编码，对每个图像组中的其他帧图像进行帧间编码。

在一些实施例中，合成电路将多帧左相机连续图像和多帧右相机连续图像进行交错合成，混合图像序列包括交错分布的左相机图像和右相机图像。

在一些实施例中，编码电路将混合图像序列中相邻的左相机图像和右相机图像分为一组。

在一些实施例中，后端图像处理器还包括：

拆分电路，输入端与解码电路连接，拆分电路将来自解码电路的目标图像拆分成多帧左相机连续图像和多帧右相机连续图像。

在一些实施例中，无线从端信号包括无线操作信号，下行主端信号包括下行操作信号，第一终端单元还用于从移动通信网络接收无线操作信号，并将无线操作信号转换为本地下行操作信号；

主端通信装置还包括第一IO模块，用于接收来自第一终端单元的本地下行操作信号，将本地下行操作信号转换为下行操作信号并传输至主端设备。

在一些实施例中，上行主端信号包括上行控制信号，无线主端信号包括无线控制信号，第一IO模块还用于从主端设备接收上行控制信号，并将上行控制信号转换为本地上行控制信号；

第一终端单元还用于从第一IO模块接收本地上行控制信号，将本地上行控制信号转换为无线控制信号并传输至移动通信网络。

在一些实施例中，第二终端单元还用于从移动通信网络接收无线控制信号，并将无线控制信号转换为本地下行控制信号，下行从端信号包括下行控制信号；

从端通信装置还包括第二IO模块，用于接收来自第二终端单元的本地下行控制信号，将本地下行控制信号转换为下行控制信号并传输至从端设备。

在一些实施例中，上行从端信号包括上行操作信号，第二IO模块还用于从从端设备接收上行操作信号，并将上行操作信号转换为本地上行操作信号；

第二终端单元还用于从第二IO模块接收本地上行操作信号，将本地上行操作信号转换为无线操作信号并传输至移动通信网络。

在一些实施例中，下行控制信号包括能量控制信号，从端通信装置还包括：

继电器，输入端与第二IO模块连接以接收能量控制信号，继电器用于将能量控制信号转化为开关量控制信号并传输至从端设备，开关量控制信号用于控制从端设备的能量手术工具的能量接通或断开。

在一些实施例中，主端通信装置还包括第一交换机，

第一终端单元和第一IO模块通过第一交换机连接，第一交换机用于将来自第一IO模块的本地上行控制信号转发至第一终端单元，还用于将来自第一终端单元的本地下行操作信号转发至第一IO模块；

第一终端单元和后端图像处理器通过第一交换机连接，第一交换机还用于将来自第一终端单元的下行图像信号转发至后端图像处理器。

在一些实施例中，从端通信装置包括第二交换机，

第二终端单元和第二IO模块通过第二交换机连接，第二交换机用于将来自第二IO模块的本地上行操作信号转发至第二终端单元，还用于将来自第二终端单元的本地下行控制信号转发至第二IO模块；

第二终端单元和前端图像处理器通过第二交换机连接，第二交换机还用于将来自前端图像处理器的上行图像信号转发至第二终端单元。

在一些实施例中，本公开还提供了一种手术机器人系统，包括：

如本公开一些实施例中任一项的远程通信系统；

主端设备，包括至少一个主操作器，至少一个主操作器用于接收用户操作，远程通信系统的主端通信装置设置在主端设备上；以及

从端设备，包括至少一个机械臂，远程通信系统的从端通信装置设置在从端设备上。

在一些实施例中，主端通信装置与主端设备可拆卸地连接，和/或从端通信装置与从端设备可拆卸地连接。

本公开的一些实施例具有以下技术效果中的一项或多项：远程通信系统中的主端通信装置和从端通信装置之间能够远程通信，主端设备和从端设备从而能够实现远程通信，为实现远程手术提供了基础；能够实现控制信号、操作信号、图像信号等信号的远程传输；能够节省处理双目相机的图像所需要的编码电路和解码电路；便于减少左相机图像和右相机图像之间的冗余信息，从而有利于减少主端通信装置和从端通信装置之间远程传输的无线图像信号的数据量；有利于缩短网络传输时延、节省带宽，从而有助于提升远程传输信号的稳定性。

附图说明

为了更清楚地说明本公开实施例中的技术方案，下面将对本公开实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍。下面描述中的附图仅仅示出本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据本公开实施例的内容和这些附图获得其他的实施例。

图1示出根据本公开一些实施例的远程通信系统与主端设备、从端设备以及移动通信网络的连接关系的示意框图；

图2示出根据本公开另一些实施例的远程通信系统中部分信号传输链路的示意框图；

图3示出根据本公开一些实施例的远程通信系统的结构示意框图；

图4A示出根据本公开一些实施例的远程通信系统中图像信号的传输链路的示意框图；

图4B示出根据本公开另一些实施例的远程通信系统中图像信号的传输链路的示意框图；

图5示出根据本公开另一些实施例的远程通信系统的结构示意框图；

图6示出根据本公开一些实施例的手术机器人系统的示意图。

具体实施方式

为使本公开解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面将结合附图对本公开实施例的技术方案作进一步的详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本公开示例性实施例，而不是全部的实施例。

在本公开的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本公开和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本公开的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本公开的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“耦合”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连；可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本公开中的具体含义。

在本公开中，定义靠近操作者(例如医生)的一端为近端、近部或后端、后部，与近端、近部或后端、后部相对的一端为远端、远部或前端、前部。或者，定义靠近被操作者(例如，手术患者)的一端为远端、远部或前端、前部，与远端、远部或前端、前部相对的一端为近端、近部或后端、后部。本领域技术人员可以理解，本公开的实施例可以用于医疗器械或手术机器人，也可以用于其他非医疗装置。

本公开的一些实施例提供了一种远程通信系统10。远程通信系统10可以用于手术机器人系统。手术机器人系统可以是包括腔镜手术机器人系统在内的各种合适的手术机器人系统。图1示出根据本公开一些实施例的远程通信系统10与主端设备21、从端设备22以及移动通信网络100的连接关系的示意框图。如图1所示，远程通信系统10可以包括主端通信装置11和从端通信装置12。主端通信装置11可以与主端设备21连接，从端通信装置12可以与从端设备22连接。在一些实施例中，主端设备21可以是手术机器人系统的主控台车，主控台车可以设置在用户侧以便于接收用户的操作，主控台车可以包括用于接收用户操作的至少一个主操作器。从端设备22可以是手术机器人系统的手术台车，手术台车可以设置在病人侧以便于对病人执行手术操作，手术台车可以搭载至少一个手术工具以执行手术操作。

如图1所示，主端通信装置11可以用于从主端设备21接收上行主端信号Mup。上行主端信号Mup可以包括上行控制信号Cup等，例如用于控制手术器械(例如，夹钳、弯剪、内窥镜等)运动的控制信号、用于控制手术工具执行张合等手术操作的控制信号、用于控制能量手术工具的能量通断的能量控制信号等。

如图1所示，主端通信装置11还可以用于将上行主端信号Mup转换为无线主端信号Mws并传输至移动通信网络100。在一些实施例中，主端通信装置11可以对上行主端信号Mup进行格式转换、滤波等合适的操作以得到能够被无线传输的无线主端信号Mws。无线主端信号Mws能够被传输至移动通信网络100。此处涉及的移动通信网络100可以是第四代(4G)、第五代(5G)移动通信网络等。

图2示出根据本公开另一些实施例的远程通信系统10中部分信号传输链路的示意框图。如图2所示，在一些实施例中，主端通信装置11可以包括第一IO模块111，第一IO模块111可以与主端设备21连接以实现主端设备21与主端通信装置11之间至少部分信号的交互。在一些实施例中，上行主端信号Mup可以包括上行控制信号Cup。如图2所示，第一IO模块111可以用于从主端设备21接收上行控制信号Cup。在一些实施例中，如图2所示，第一IO模块111还可以用于将从主端设备21接收的上行控制信号Cup转换为能够在主端通信装置11内部的各模块之间传输的本地上行控制信号Cup_l。

在一些实施例中，如图2所示，主端通信装置11可以包括第一终端模块112，第一终端模块112能够与移动通信网络100进行信号交互，主端通信装置11从而可以通过第一终端模块112实现与移动通信网络100的信号交互。例如，第一终端模块112可以用于将无线主端信号Mws传输至移动通信网络100。在一些实施例中，第一终端模块112可以是CPE(CustomerPremises Equipment，用户驻地设备)、路由器等任意合适的设备。

在一些实施例中，如图2所示，第一终端单元112还可以用于从第一IO模块111接收本地上行控制信号Cup_l，并将本地上行控制信号Cup_l转换为无线控制信号Cws并传输至移动通信网络100。

如图1所示，从端通信装置12可以用于从移动通信网络100接收无线主端信号Mws。本领域技术人员可以理解，移动通信网络可以包括接入网(例如，可以包括设置在主端通信装置11和从端通信装置12附近的基站)、承载网以及核心网等部分。主端通信装置11能够将无线主端信号Mws无线传输至附近的基站(例如，图1示出的第一基站101)，无线主端信号Mws可以经由第一基站101、承载网和核心网(图中未示出)被无线传输至从端通信装置12附近的基站(例如，图1示出的第二基站102)，第二基站102能够将无线主端信号Mws传输至从端通信装置12。基于此，主端通信装置11和从端通信装置12能够实现远程通信，分别与二者连接的主端设备21和从端设备22也能够实现远程通信。

在一些实施例中，如图2所示，从端通信装置12可以包括第二终端模块122，第二终端模块122能够与移动通信网络100进行信号交互。从端通信装置12从而可以通过第二终端模块122实现与移动通信网络100的信号交互。例如，第二终端模块122可以用于从移动通信网络100接收无线控制信号Cws。在一些实施例中，第二终端模块122可以是CPE(CustomerPremises Equipment，用户驻地设备)、路由器等任意合适的设备。

如图1所示，从端通信装置12还可以用于将无线主端信号Mws转换为下行从端信号Sdn并传输至从端设备22。基于此，主端设备21发出的信号能够被传输至从端设备22。在一些实施例中，从端通信装置12可以对无线主端信号Mws进行格式转换等处理以得到下行从端信号Sdn。

在一些实施例中，下行从端信号Sdn可以包括下行控制信号Cdn。在一些实施例中，如图2所示，第二终端模块122还可以用于将从移动通信网络100接收的无线控制信号Cws转换为能够在从端通信装置12内部传输的本地下行控制信号Cdn_l。

在一些实施例中，如图2所示，从端通信装置12还可以包括第二IO模块121。第二IO模块121可以用于将本地下行控制信号Cdn_l由网络信号转换为数字信号，以得到下行控制信号Cdn。如图2所示，第二IO模块121可以与从端设备22连接，以实现从端设备22与从端通信装置12之间至少部分信号的交互。例如，第二IO模块121可以用于将下行控制信号Cdn传输至从端设备22。

在一些实施例中，从端设备22还可以在下行控制信号Cdn的控制下执行操作，例如从端设备22所搭载的手术器械能够在下行从端信号Sdn的控制下进行相应运动，或执行剪切、夹持、缝合等手术操作。基于此，用户可以在主端设备21处输入操作，实现对从端设备22(例如，从端设备22搭载的手术器械)进行远程控制，从而可以通过主端设备21和从端设备22实现执行远程手术。

如图1所示，从端通信装置12还可以用于从从端设备22接收上行从端信号Sup。上行从端信号Sup可以包括图像信号(例如，反映从端设备22状态的图像、反映手术室环境的图像、术野图像等图像的信号)、上行操作信号Oup(例如，反映从端设备22所搭载的手术工具的位姿、正在执行的手术操作等信息的信号)等。

如图1所示，从端通信装置12还可以用于将上行从端信号Sup转换为无线从端信号Sws并传输至移动通信网络100。在一些实施例中，从端通信装置12可以对上行从端信号Sup进行格式转换、滤波、编码等操作以得到能够被无线传输的无线从端信号Sws，无线从端信号Sws能够被传输至移动通信网络100。

如图1所示，主端通信装置11还可以用于从移动通信网络100接收无线从端信号Sws。本领域技术人员可以理解，从端通信装置12可以将无线从端信号Sws传输至第二基站102，无线从端信号Sws进而可以经由承载网和核心网被传输至第一基站101，第一基站101能够将无线从端信号Sws传输至主端通信装置11。

如图1所示，主端通信装置11还可以用于将无线从端信号Sws转换为下行主端信号Mdn并传输至主端设备21。从端设备22发出的信号能够被传输至主端设备21，基于此，用户可以通过主端设备21获取从端设备22采集的信息(例如，查看从端设备22采集的图像等)，主端设备21还可以基于下行主端信号Mdn执行操作(例如，对主端设备21的主操作器进行配准)等。在一些实施例中，主端通信装置11可以对无线从端信号Sws进行格式转换、滤波、解码等操作以得到下行主端信号Mdn。

在一些实施例中，上行从端信号Sup可以包括上行操作信号Oup，例如反映从端设备22所搭载的手术工具的位姿、正在执行的手术操作等信息的信号。无线从端信号Sws可以包括无线操作信号Ows。如图2所示，第二IO模块121还可以用于从从端设备22接收上行操作信号Oup，将上行操作信号Oup转换为本地上行操作信号Oup_l。如图2所示，第二终端单元122还可以用于从第二IO模块121接收本地上行操作信号Oup_l，并将本地上行操作信号Oup_l转换为无线操作信号Ows并传输至移动通信网络100。

在一些实施例中，下行主端信号Mdn可以包括下行操作信号Odn。如图2所示，第一终端单元112还可以用于从移动通信网络100接收无线操作信号Ows，并将无线操作信号Ows转换为本地下行操作信号Odn_l。主端通信装置11的第一IO模块111还可以用于接收来自第一终端单元112的本地下行操作信号Odn_l，将本地下行操作信号Odn_l转换为下行操作信号Odn并传输至主端设备21。基于此，主端设备21能够接收到从端设备22远程传输的操作信号。在一些实施例中，主端设备21还可以基于下行操作信号Odn执行相应操作，例如对主端设备21的主操作器的位姿进行配准等。从而有利于通过主端设备21和从端设备22执行远程手术。

在一些实施例中，上行从端信号Sup还可以包括原始图像Iys，例如，从端设备22的图像采集设备采集的反映从端设备位姿、手术室环境、病人状态的原始图像，从端设备22搭载的内窥镜采集的原始术野图像等。无线从端信号Sws可以包括无线图像信号Iws。

图3示出根据本公开一些实施例的远程通信系统的结构示意框图。在一些实施例中，如图3所示，从端通信装置12还可以用于从从端设备22接收原始图像Iys，例如通过从端设备22的HDMI接口等接收原始图像Iys。从端通信装置12还可以对原始图像Iys进行处理，，例如对原始图像进行滤波、编码、格式转换等处理，并转换成无线图像信号Iws。从端通信装置12还可以将无线图像信号Iws传输至移动通信网络100。主端通信装置11还可以用于从移动通信网络100接收无线图像信号Iws，并将无线图像信号Iws转换成目标图像Imb，例如对无线图像信号Iws进行格式转换、解码等处理以得到目标图像Imb。主端通信装置11还可以将目标图像Imb传输至主端设备21，例如通过主端设备21的HDMI接口等传输至主端设备21。基于此，从端设备22采集的图像可以被显示在主端设备21(例如，主端设备21的显示器)上，远程执行手术的医生能够在主端设备21处查看从端设备22采集的图像，例如查看反映手术室内情况、从端设备21位姿等信息的图像，还可以基于从端设备22传来的术野图像执行手术操作。

在一些实施例中，如图3所示，从端通信装置12可以包括前端图像处理器123。如图3所示，前端图像处理器123的输入端可以与从端设备22连接以接收原始图像Iys，例如通过HDMI接口等与从端设备22连接。前端图像处理器123可以被配置为对原始图像Iys进行前端处理得到上行图像信号Iup。

如图3所示，在一些实施例中，从端通信装置12还可以包括第二终端单元122。如图3所示，第二终端单元122的输入端与前端图像处理器123连接以接收上行图像信号Iup。第二终端单元可以用于将上行图像信号Iup转换为无线图像信号Iws并传输至移动通信网络100。

如图3所示，在一些实施例中，主端通信装置11可以包括第一终端单元112。如图3所示，第一终端单元112可以用于从移动通信网络100接收无线图像信号Iws，并将无线图像信号转换为下行图像信号Idn。在一些实施例中，主端通信装置11还可以包括后端图像处理器113。如图3所示，后端图像处理器113的输入端可以与第一终端单元112连接以接收下行图像信号Idn，后端图像处理器113的输出端可以与主端设备21连接。后端图像处理器113可以被配置为对下行图像信号Idn进行后端处理得到目标图像Imb并传输至主端设备21。

图4A示出根据本公开一些实施例的远程通信系统10中图像信号的传输链路的示意框图。在一些实施例中，如图4A所示，原始图像Iys可以包括来自从端设备22的双目相机的左相机LC的多帧左相机连续图像Iysl和来自双目相机的右相机RC的多帧右相机连续图像Iysr。在一些实施例中，从端设备22的双目相机可以是安装在内窥镜上的双目相机。多帧左相机连续图像Iysl可以是左相机LC采集到的多帧连续图像，多帧右相机连续图像Iysr可以是右相机RC采集到的多帧连续图像，例如术野图像等。

如图4A所示，前端图像处理器123可以包括合成电路1231以及编码电路1232。合成电路1231可以将多帧左相机连续图像Iysl和多帧右相机连续图像Iysr合成为混合图像序列Imix。在一些实施例中，合成电路1231可以将多帧左相机连续图像Iysl和多帧右相机连续图像Iysr进行交错合成，混合图像序列Imix可以包括交错分布的左相机图像和右相机图像。为了便于描述，以“L₁、L₂、L₃、L₄、……”表示多帧左相机连续图像Iysl并且以“R₁、R₂、R₃、R₄、……”表示多帧右相机连续图像Iysr。合成电路1231可以将“L1、L₂、L₃、L₄、……”和“R₁、R₂、R₃、R₄、……”进行交错合成，形成“L₁、R₁、L₂、R₂、L₃、R₃、L₄、R₄、……”或者“R₁、L₁、R₂、L₂、R₃、L₃、R₄、L₄、……”形式的混合图像序列Imix。在一些实施例中，合成电路1231可以按照各图像被双目相机获取的时间顺序合成混合图像序列。

如图4A所示，编码电路1232的输入端与合成电路1231连接以接收混合图像序列Imix，编码电路1232可以对混合图像序列Imix进行编码以得到上行图像信号Iup。在一些实施例中，编码电路1232可以基于预设的编码方式对混合图像序列Imix进行编码。此处涉及的预设的编码方式可以包括各种合适的编码方式，例如JPEG(Joint PhotographicExperts Group、联合图像专家小组)、MPEG(Moving Picture Experts Group，动态图象专家组)等编码标准所规定的编码方式。能够使上行图像信号Iup的数据量相比混合图像序列Imix得到一定程度的降低，从而能够实现节省带宽。

在一些实施例中，编码电路1232可以对混合图像序列Imix进行分组以形成多个图像组，并且对每个图像组中的第一帧图像进行帧内编码，对每个图像组中的其他帧图像进行帧间编码。每个图像组(GOP，Group ofPictures)中进行帧内编码的第一帧图像也被称为“I帧”或“内部编码帧”，图像组中进行帧间编码的图像也被称为“P帧”或“向前参考帧”。对图像进行帧内编码(也称“帧内压缩”)，利用的原理是一帧图像内存在相似或具有相关性的区域，这种帧内的相似或相关区域为帧内编码时可以节省的冗余信息。对图像进行帧间编码(也称“帧间压缩”)，利用的原理是图像组中非第一帧的图像与其之前的图像之间存在相似或具有相关性的区域，当前帧图像中的这种相似或相关区域可以作为编码时能够被节省掉的冗余信息。本领域技术人员可以理解，对P帧编码相比对I帧编码往往能够节省更多的冗余信息。

由于编码电路1232在对I帧进行编码时仅考虑了I帧内的冗余信息并未考虑前后两帧图像之间的相关性，因而解码电路1131基于I帧所对应的码流可实现对I帧进行解码。而解码电路1131在对P帧所对应的码流进行解码时，需参照该P帧之前的图像才能够实现解码得到P帧图像。因而，将图像组中的第一帧图像进行帧内编码，能够保证在解码电路1131对一个图像组所对应的码流进行解码时，无需参照其他图像组可实现解码。

本领域技术人员可以理解，编码电路1232可以基于设定的GOP值(例如，图像组所包括的图像数目)对图像进行分组，形成图像组。在一些实施例中，图像组所包括的图像数目被预先确定。在一些实施例中，编码电路1232始终基于该预先确定的数值对图像分组以形成图像组。在一些实施例中，图像组所包括的图像数目可以设定为经验数值。

在一些实施例中，图像组所包括的图像数目可以根据压缩率的要求或是传输时延要求、带宽等进行确定。由于对P帧进行帧间编码相比对I帧进行帧内编码往往能够节省更多的冗余信息，在要求较高的压缩率、要求节省更多的带宽或者传输时延需控制至更小数值时，可以设定较大的GOP值。这样，能够提升图像序列中进行帧间编码的图像数目进而能够得到数据量更小的码流、实现提升数据的压缩率。

在一些实施例中，图像组所包括的图像数目可以根据要求的图像编码质量被设定。例如，在要求的图像编码质量较高时，避免设定较大的GOP值，以避免图像组中顺序靠后的P帧画面失真影响图像质量。

在一些实施例中，编码电路1232可以将混合图像序列Imix中相邻的左相机图像和右相机图像分为一组。例如，将相邻的左相机图像和右相机图像或者右相机图像和左相机图像中，前一帧作为I帧、后一帧作为P帧进行编码。分为一组的左相机图像和右相机图像或者右相机图像和左相机图像可以是同时采集的图像。编码电路1232能够将相邻的两帧左相机图像和右相机图像中的之一参考另一帧进行编码，从而能够节省掉右相机图像中与左相机图像相似或相关的冗余信息或左相机图像中与右相机图像相似或相关的冗余信息，减少码流的数据量。本领域技术人员可以理解，此实施例中图像组中包括的图像数目被设定为2，因而本实施例在一定程度上压缩码流数据量的同时，由于图像组所包括的图像数目较小，能够保证较好的视频质量以及较低的码流解码难度。

在一些实施例中，编码电路1232可以基于H.264编码标准或H.265编码标准对混合图像序列进行编码。其中，H.264编码标准是国际标准化组织(ISO)和国际电信联盟(ITU)共同提出的一种视频编解码技术标准和数字视频压缩格式。H.265编码标准也称“H.265-HEVC(H.265高效率视频编码)”，是国际电信组织继H.264之后所制定的新的视频编码标准。H.264编码标准相比在其之前推出的多数编码标准，具有同等图像质量下码率更低、图像质量高、容错能力强、网络适应能力强等优势。而H.265编码标准相比在其之前推出的H.264编码标准，能够进一步降低码率。本领域技术人员可以理解，图像处理系统100所包括的编码电路1232还可以基于其他适用的编码标准对混合图像序列进行编码。

在一些实施例中，编码电路1232可以按照预设的量化参数QP值(quantizationparameter)对混合图像序列进行编码以形成用于传输的码流。设置编码电路1232的QP值可以用于控制编码电路1232对图像的空间细节的压缩程度等。例如，设置较小的QP值时，编码电路1232对图片的大部分细节进行保留；而当QP值增大时，编码电路1232压缩图片的更多细节，最终得到的图像的失真程度加强、图像质量下降。通过配置编码电路1232的量化参数QP值，能够实现控制图像编码质量。图像编码质量可以通过图像的峰值信噪比(PeakSignal to Noise Ratio，简称“PSNR”)进行量化。本领域技术人员可以理解地，图像处理系统100的编码电路1232还可以按照其他适用的参数对混合图像序列进行编码以控制编码电路的图像编码质量，此处所说的适用的参数不局限于量化参数QP值。

后端图像处理器113可以包括解码电路1131，如图4A所示，解码电路1131可以将下行图像信号Idn解码为目标图像Imb，进而可以将目标图像Imb传输至主端设备21。在一些实施例中，解码电路1131解码得到的目标图像Imb可以被整体显示在主端设备21的显示器中，例如3D显示器。

图4B示出根据本公开另一些实施例的远程通信系统10中图像信号的传输链路的示意框图。在一些实施例中，如图4B所示，后端图像处理器113还可以包括拆分电路1132。拆分电路1132的输入端可以与解码电路1131连接，拆分电路1132可以将来自解码电路1131的目标图像Imb拆分为多帧左相机连续图像Imbl和多帧右相机连续图像Imbr。在一些实施例中，拆分电路1132拆分得到的多帧左相机连续图像Imbl和多帧右相机连续图像Imbr可以分别被显示在主端设备的左显示器和右显示器上以呈现3D视觉效果。在一些实施例中，多帧左相机连续图像Imbl和多帧右相机连续图像Imbr的其中之一被显示在显示器(例如，2D显示器)上以供查看。

在一些实施例中，前端图像处理器123还可以包括设置在合成电路1231前级的左相机前端解码电路、左相机前端图像处理电路、右相机前端解码电路和右相机前端图像处理电路(图中未示出)。左相机前端解码电路可以对从双目相机的左相机LC接收的数据进行解码得到左眼原始图像，左相机前端图像处理电路可以对左眼原始图像进行处理得到多帧左相机连续图像Iysl。右相机前端解码电路可以对从双目相机的右相机RC接收的数据进行解码得到右眼原始图像，右相机前端图像处理电路可以对右眼原始图像进行处理得到多帧右相机连续图像Iysr。

在一些实施例中，左相机前端图像处理电路可以对左眼原始图像进行图像增强处理等任意合适的处理，右相机前端图像处理电路可以对右眼原始图像进行图像增强处理等任意合适的处理。此处涉及的图像增强处理可以包括对图像进行去噪、调节对比度以及进行gamma校准等。

在一些实施例中，后端图像处理器113还可以包括设置在拆分电路1132后级的左相机后端图像处理电路和右相机后端图像处理电路。左相机后端图像处理电路可以对拆分电路1132拆分得到的多帧左相机连续图像Imbl进行鬼影消除等任意合适的处理，右相机后端图像处理电路可以对拆分电路1132拆分得到的多帧右相机连续图像Imbr进行鬼影消除等任意合适的处理。

本领域技术人员可以理解，本公开中涉及的各种电路，例如合成电路、编码电路、解码电路、拆分电路以及左相机前端解码电路、右相机前端解码电路、左相机前端图像处理电路、右相机前端图像处理电路、左相机后端图像处理电路、右相机图像处理电路等等，可借助通用硬件的方式来实现，当然也可以通过包括专用集成电路、专用CPU、专用存储器、专用元器件等在内的专用硬件来实现。用来实现合成电路、编码电路、解码电路、拆分电路以及左相机前端解码电路、右相机前端解码电路、左相机前端图像处理电路、右相机前端图像处理电路、左相机后端图像处理电路、右相机图像处理电路等所能够实现的功能的具体硬件结构可以采用各种技术实现，例如模拟电路、数字电路、可配置电路或专用电路等。

图5示出根据本公开另一些实施例的远程通信系统10的结构示意框图。下行控制信号Cdn可以包括能量控制信号Edn。从端通信装置12还可以包括继电器125，继电器125的输入端与第二IO模块121连接以接收能量控制信号Edn，继电器125可以用于将能量控制信号Edn转换为开关量控制信号Es并传输至从端设备22。开关量控制信号Es可以用于控制从端设备的能量手术工具的能量接通或断开。本领域技术人员可以理解，能量手术工具可以包括组织夹钳等双极电手术工具、电钩等单极电手术工具等。继电器125能够将能量控制信号Edn转换为更为简洁的开关量控制信号Es，从而可以直接快速地控制能量手术工具的能量的通断。本领域技术人员可以理解，继电器125可以是用于进行信号转换的继电器模块。

如图5所示，在一些实施例中，主端通信装置11还可以包括第一交换机114。第一交换机114可以用于实现主端通信装置11内各模块之间信号的交换。如图5所示，第一终端单元112和第一IO模块111可以通过第一交换机114连接。第一交换机114可以用于将来自第一IO模块111的本地上行控制信号Cup_l转发至第一终端单元112，还用于将来自第一终端单元112的本地下行操作信号Odn_l转发至第一IO模块111。如图5所示，第一终端单元112和后端图像处理器113可以通过第一交换机114连接，第一交换机114还可以用于将来自第一终端单元112的下行图像信号Idn转发至后端图像处理器113。

如图5所示，在一些实施例中，从端通信装置12还可以包括第二交换机124。第二交换机124可以用于实现从端通信装置12内各模块之间信号的交换。如图5所示，第二终端单元122和第二IO模块121可以通过第二交换机124连接，第二交换机124可以用于将来自第二IO模块121的本地上行操作信号Oup_l转发至第二终端单元122，还用于将来自第二终端单元122的本地下行控制信号Cdn_l转发至第二IO模块121。第二终端单元122和前端图像处理器123可以通过第二交换机124连接，第二交换机124还可以用于将来自前端图像处理器123的上行图像信号Iup转发至第二终端单元122。

在一些实施例中，主端通信装置11还可以包括第一电源模块(图中未示出)。第一电源模块可以用于为主端通信装置11内的各模块供电。第一电源模块可以包括额定电压不同的多个电源模块，以为主端通信装置11内不同的模块供电。在一些实施例中，从端通信装置12还可以包括第二电源模块(图中未示出)，第二电源模块可以用于为从端通信装置12内的各模块供电，第二电源模块可以包括额定电压不同的多个电源模块。

在一些实施例中，本公开一些实施例中涉及的移动通信网络100可以是专供远程通信系统10的主端通信装置11和从端通信装置12进行信号交互的专线通信网络，以提升远程通信(例如，执行远程手术过程中的远程通信)过程中信息的安全性。

本公开的一些实施例中还提供了一种手术机器人。图6示出根据本公开一些实施例的手术机器人系统200的示意图。手术机器人系统200可以包括如本公开一些实施例中任一项的远程通信系统(例如，远程通信系统10)，主端设备210和从端设备220。如图6所示，主端设备210可以包括至少一个主操作器211，至少一个主操作器211可以用于接收用户操作。如图6所示，至少一个主操作器211可以设置在主端设备210的主体212上。远程通信系统10的主端通信装置11(参见图1至图5)可以设置在主端设备210上，例如设置在主端设备210的主体212上。在一些实施例中，主端通信装置11可以与主端设备210可拆卸地连接。

如图6所示，从端设备220可以包括至少一个机械臂221。在一些实施例中，如图6所示，至少一个机械臂221的远端可以搭载至少一个手术器械222，至少一个手术器械222可以是夹钳、弯剪、电钩、内窥镜等任意合适的手术器械。如图6所示，至少一个机械臂221可以设置在从端设备220的主体223上。远程通信系统10的从端通信装置12可以设置在从端设备220上，例如设置在从端设备220的主体223上。在一些实施例中，从端通信装置12可以与从端设备220可拆卸地连接。

通过远程通信系统10，主端设备210和从端设备220可以进行远程通信，手术机器人系统200从而能够执行远程手术。主端设备210可以设置在用户侧以便于接收用户操作，从端设备220可以设置在病人侧以便于对病人执行手术操作。基于此，用户可以在主端设备210处输入操作(例如，通过主操作器211输入操作)，对从端设备220进行远程控制。从端设备220可以对主端设备210远程传来的控制指令进行响应，对病人执行手术操作。从端设备220在病人侧采集的操作信息、图像等信号能够远程传输至主端设备210，以供用户通过主端设备210查看。

在一些实施例中，本公开提供的手术机器人系统能够执行远程手术，用户通过手术机器人系统可以对远距离之外的病人执行手术。有利于使偏远地区的病人享受更加优质的医疗资源。

在一些实施例中，前端图像处理器对来自双目相机的多帧左相机连续图像和右多帧右相机连续图像进行合成，再对合成得到的混合图像序列进行编码。一方面，对左相机图像和右相机图像先合成再处理的方式，能够节省处理双目相机图像的过程中所需的编码电路和解码电路。另一方面，对左相机图像和右相机图像合成得到的混合图像序列进行编码，能够节省左右相机图像之间相似或相关的冗余信息，实现压缩用于远程传输的无线图像信号的数据量，从而有利于缩短网络传输时延、节省带宽、提升远程信号传输的实时性、提升远程通信的稳定性。

注意，上述仅为本公开的示例性实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本公开不限于这里的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本公开的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本公开进行了较为详细的说明，但是本公开不仅仅限于以上实施例，在不脱离本公开构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本公开的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (19)

1.一种远程通信系统，其特征在于，包括：主端通信装置和从端通信装置，所述主端通信装置与主端设备连接，所述从端通信装置与从端设备连接；

所述主端通信装置用于从所述主端设备接收上行主端信号，将所述上行主端信号转换为无线主端信号并传输至移动通信网络；所述从端通信装置用于从移动通信网络接收所述无线主端信号，将所述无线主端信号转换为下行从端信号并传输至所述从端设备；并且

所述从端通信装置还用于从所述从端设备接收上行从端信号，将所述上行从端信号转换为无线从端信号并传输至移动通信网络；所述主端通信装置还用于从移动通信网络接收所述无线从端信号，将所述无线从端信号转换为下行主端信号并传输至所述主端设备。

2.根据权利要求1所述的远程通信系统，其特征在于，所述上行从端信号包括原始图像，所述无线从端信号包括无线图像信号，所述从端通信装置还用于从所述从端设备接收原始图像，将所述原始图像转换成无线图像信号，并将所述无线图像信号传输至移动通信网络；

所述主端通信装置还用于从移动通信网络接收无线图像信号，将所述无线图像信号转换成目标图像，并将所述目标图像传输至所述主端设备。

3.根据权利要求2所述的远程通信系统，其特征在于，所述从端通信装置包括：

前端图像处理器，输入端与所述从端设备连接以接收所述原始图像，所述前端图像处理器被配置为对所述原始图像进行前端处理得到上行图像信号。

4.根据权利要求3所述的远程通信系统，其特征在于，

所述从端通信装置包括第二终端单元，所述第二终端单元的输入端与所述前端图像处理器连接以接收所述上行图像信号，所述第二终端单元用于将所述上行图像信号转换为无线图像信号并传输至移动通信网络。

5.根据权利要求4所述的远程通信系统，其特征在于，所述主端通信装置包括：

第一终端单元，所述第一终端单元用于从移动通信网络接收所述无线图像信号，并将所述无线图像信号转换为下行图像信号；以及

后端图像处理器，输入端与所述第一终端单元连接以接收所述下行图像信号，输出端与所述主端设备连接，所述后端图像处理器被配置为对所述下行图像信号进行后端处理得到所述目标图像并传输至所述主端设备。

6.根据权利要求5所述的远程通信系统，其特征在于，所述原始图像包括来自所述从端设备的双目相机的左相机的多帧左相机连续图像和来自所述双目相机的右相机的多帧右相机连续图像，

所述前端图像处理器包括：

合成电路，将所述多帧左相机连续图像和所述多帧右相机连续图像合成为混合图像序列；以及

编码电路，输入端与所述合成电路连接以接收所述混合图像序列，所述编码电路对所述混合图像序列进行编码以得到所述上行图像信号；

所述后端图像处理器包括：

解码电路，所述解码电路将所述下行图像信号解码为所述目标图像。

7.根据权利要求6所述的远程通信系统，其特征在于，所述编码电路对所述混合图像序列进行分组以形成多个图像组，并且对每个图像组中的第一帧图像进行帧内编码，对每个图像组中的其他帧图像进行帧间编码。

8.根据权利要求6所述的远程通信系统，其特征在于，所述合成电路将所述多帧左相机连续图像和所述多帧右相机连续图像进行交错合成，所述混合图像序列包括交错分布的左相机图像和右相机图像。

9.根据权利要求8所述的远程通信系统，其特征在于，所述编码电路将所述混合图像序列中相邻的左相机图像和右相机图像分为一组。

10.根据权利要求6所述的远程通信系统，其特征在于，所述后端图像处理器还包括：

拆分电路，输入端与所述解码电路连接，所述拆分电路将来自所述解码电路的所述目标图像拆分成多帧左相机连续图像和多帧右相机连续图像。

11.根据权利要求5所述的远程通信系统，其特征在于，

所述无线从端信号包括无线操作信号，所述下行主端信号包括下行操作信号，所述第一终端单元还用于从移动通信网络接收无线操作信号，并将所述无线操作信号转换为本地下行操作信号；

所述主端通信装置还包括第一IO模块，用于接收来自所述第一终端单元的所述本地下行操作信号，将所述本地下行操作信号转换为所述下行操作信号并传输至所述主端设备。

12.根据权利要求11所述的远程通信系统，其特征在于，所述上行主端信号包括上行控制信号，所述无线主端信号包括无线控制信号，

所述第一IO模块还用于从所述主端设备接收所述上行控制信号，并将所述上行控制信号转换为本地上行控制信号；

所述第一终端单元还用于从所述第一IO模块接收所述本地上行控制信号，将所述本地上行控制信号转换为所述无线控制信号并传输至移动通信网络。

13.根据权利要求12所述的远程通信系统，其特征在于，所述下行从端信号包括下行控制信号，

所述第二终端单元还用于从移动通信网络接收所述无线控制信号，并将所述无线控制信号转换为本地下行控制信号；

所述从端通信装置还包括第二IO模块，用于接收来自所述第二终端单元的所述本地下行控制信号，将所述本地下行控制信号转换为所述下行控制信号并传输至所述从端设备。

14.根据权利要求13所述的远程通信系统，其特征在于，

所述上行从端信号包括上行操作信号，所述第二IO模块还用于从所述从端设备接收所述上行操作信号，并将所述上行操作信号转换为本地上行操作信号；

所述第二终端单元还用于从所述第二IO模块接收所述本地上行操作信号，将所述本地上行操作信号转换为所述无线操作信号并传输至移动通信网络。

15.根据权利要求13所述的远程通信系统，其特征在于，所述下行控制信号包括能量控制信号，所述从端通信装置还包括：

继电器，输入端与所述第二IO模块连接以接收所述能量控制信号，所述继电器用于将所述能量控制信号转化为开关量控制信号并传输至所述从端设备，所述开关量控制信号用于控制所述从端设备的能量手术工具的能量接通或断开。

16.根据权利要求12所述的远程通信系统，其特征在于，

所述主端通信装置还包括第一交换机，

所述第一终端单元和所述第一IO模块通过所述第一交换机连接，所述第一交换机用于将来自所述第一IO模块的本地上行控制信号转发至所述第一终端单元，还用于将来自所述第一终端单元的本地下行操作信号转发至所述第一IO模块；

所述第一终端单元和所述后端图像处理器通过所述第一交换机连接，所述第一交换机还用于将来自所述第一终端单元的下行图像信号转发至所述后端图像处理器。

17.根据权利要求14所述的远程通信系统，其特征在于，

所述从端通信装置包括第二交换机，

所述第二终端单元和所述第二IO模块通过所述第二交换机连接，所述第二交换机用于将来自所述第二IO模块的本地上行操作信号转发至所述第二终端单元，还用于将来自所述第二终端单元的本地下行控制信号转发至所述第二IO模块；

所述第二终端单元和所述前端图像处理器通过所述第二交换机连接，所述第二交换机还用于将来自所述前端图像处理器的上行图像信号转发至所述第二终端单元。

18.一种手术机器人系统，其特征在于，包括：

如权利要求1-17中任一项所述的远程通信系统；

主端设备，包括至少一个主操作器，所述至少一个主操作器用于接收用户操作，所述远程通信系统的主端通信装置设置在所述主端设备上；以及

从端设备，包括至少一个机械臂，所述远程通信系统的从端通信装置设置在所述从端设备上。

19.根据权利要求18所述的手术机器人系统，其特征在于，

所述主端通信装置与所述主端设备可拆卸地连接，和/或所述从端通信装置与所述从端设备可拆卸地连接。