[發明專利]用于柔性針操縱的超聲引導機器人

有效

• 申請號: 201410637274.1
• 申請日: 2009-05-31
• 公開（公告）號: CN104382650B
• 公開（公告）日: 2017-04-12
• 發明（設計）人: Z·諾伊巴赫;M·肖哈姆
• 申請（專利權）人: 泰克尼恩研究和發展基金有限公司
• 主分類號: A61B34/20
• 分類號: A61B34/20
• 代理公司: 永新專利商標代理有限公司72002
• 代理人: 陳松濤,王英

1.一種用于根據預定軌跡將具有尖端的柔性針插入組織中的系統，所述系統包括：

用于操控所述針進入所述組織中的機器人；

用于根據所述尖端的超聲圖像確定所述尖端的區域中所述組織的位移模式的組織運動分析器；以及

控制所述機器人的運動以使根據所述尖端的超聲圖像所探知的所述針的所述尖端的位置和根據所述預定軌跡的所述尖端的所述期望位置之間的差異最小化的控制系統；

其中，所述控制系統適于利用作為柔性束的所述針的模型，所述柔性束具有橫向連接到其上的多個虛擬彈簧，以模擬由所述組織施加在所述針上的橫向力，且其中，由所述組織施加在所述針上的所述橫向力是根據從所述針尖端周圍的所述組織的位移模式導出的所述組織的彈性屬性確定的。

2.根據權利要求1所述的系統，其中，所述針的所述模型通過所述組織的路徑是由所述多個虛擬彈簧對所述針的影響確定的。

3.根據權利要求1所述的系統，其中，所述控制系統還利用應用于所述虛擬彈簧模型的逆向運動學解來計算要賦予所述針以使所述尖端按所述規劃軌跡行進的所需運動。

4.根據權利要求1到3中的任一項所述的系統，其中，所述針的所述預定軌跡包括對于所述針的所述尖端的靶和所述針應當避免的至少一個區域。

5.根據權利要求1到4中的任一項所述的系統，還包括確定在所述針的基部施加在所述針上的力的力傳感器，且其中，所述控制系統還使用所述力來確定所述針尖端附近的組織的硬度屬性。

6.根據權利要求1到5中的任一項所述的系統，其中，所述控制系統確定通過對超聲圖像進行圖像處理確定的所述尖端的位置與根據所述預定軌跡的所述尖端的規劃位置的偏差，并計算要應用于所述機器人以減小所述偏差的運動。

7.根據權利要求1到6中的任一項所述的系統，其中，所述預定軌跡被分成增量，并且所述控制系統在每個遞增插入點根據從所述超聲成像系統獲得的所述針尖端的實時位置依據這些增量執行所述插入。

8.根據權利要求1到7中的任一項所述的系統，其中，選擇所述預定軌跡以避免行程通過所述組織的不期望的區域。

9.根據權利要求1到6中的任一項所述的系統，其中，使用圖像處理算法獲得所述尖端的區域中所述組織的所述位移模式。

10.根據權利要求1到6中的任一項所述的系統，其中，所述圖像處理算法是雙線性可變形塊匹配算法。

11.一種用于確定組織的彈性特性的系統，所述系統包括：

具有尖端的針，用于插入所述組織中；

用于根據所述尖端的至少一個超聲圖像確定所述尖端的區域中所述組織的位移模式的組織運動分析器；以及

利用所述位移模式的性質確定所述尖端的區域中所述組織的彈性特性的組織分析器。

12.根據權利要求11所述的系統，還包括用于測量施加到所述針的插入力的力傳感器，其中，所述力的測量結果用于提高所述確定所述尖端的區域中所述組織的彈性特性的精確度。

13.根據權利要求11所述的系統，其中，所述位移模式的性質包括所述模式中的位移的幅度和形式中的至少一個。

14.根據權利要求11到13中的任一項所述的系統，其中，利用所述組織的所述彈性特性來檢測所述組織中的病理異常。

15.一種用于根據預定軌跡將具有尖端的柔性針插入組織中的系統，所述系統包括：

用于操控所述針進入所述組織中的機器人；

用于根據所述尖端的超聲圖像確定沿所述針的所述組織的位移模式的組織運動分析器；以及

控制所述機器人的運動以使根據所述尖端的超聲圖像所探知的所述針的所述尖端的位置和根據所述預定軌跡的所述尖端的所述期望位置之間的差異最小化的控制系統；

其中，所述控制系統適于利用作為柔性束的所述針的模型，所述柔性束具有橫向連接到其上的多個虛擬彈簧，以模擬由所述組織施加在所述針上的橫向力，且其中，由所述組織施加在所述針上的所述橫向力是根據從沿所述針的所述位移模式導出的所述組織的彈性屬性確定的。

16.根據權利要求15所述的系統，其中，所述針的所述模型通過所述組織的路徑是由所述多個虛擬彈簧對所述針的影響確定的。

17.根據權利要求15所述的系統，其中，所述控制系統還利用應用于所述虛擬彈簧模型的逆向運動學解來計算要賦予所述針以使所述尖端按所述規劃軌跡行進的所需運動。