[發明專利]一種介入手術中的導絲力學分析方法、系統及電子設備

有效

• 申請號: 201910958017.0
• 申請日: 2019-10-10
• 公開（公告）號: CN110729051B
• 公開（公告）日: 2022-11-22
• 發明（設計）人: 馬雅;王澄;李遲遲;周壽軍;錢瀚欣
• 申請（專利權）人: 中國科學院深圳先進技術研究院
• 主分類號: G16H50/50
• 分類號: G16H50/50;G06T17/00
• 代理公司: 深圳市科進知識產權代理事務所(普通合伙) 44316
• 代理人: 曹衛良

本申請涉及一種介入手術中的導絲力學分析方法、系統及電子設備。所述方法包括：步驟a：獲取成像物體的三維影像；步驟b：從所述三維影像中提取導絲的三維形態；步驟c：對所述導絲的三維形態進行中心線計算，獲得其在三維空間中的一維拓撲結構，并根據所述一維拓撲結構計算得到單位元上的體積力；步驟d：根據所述單位元上的體積力計算已知外界約束條件下外界對導絲的接觸力。本申請通過血管內復雜受力環境下的力學分析，可以對血管受力進行分析，有助于實現預警功能；并可以對醫療機器人推進機構施力進行分析，增加力反饋模塊的功能，有助于推進機構控制自動化的實現。

技術領域

本申請屬于醫學工程技術領域，特別涉及一種介入手術中的導絲力學分析方法、系統及電子設備。

背景技術

傳統的血管介入手術中，因為手術位于放射成像環境內，介入醫師暴露于X光射線環境下，需要身穿鉛質防護服，為手術帶來諸多不便。為改善手術環境，保護醫師免于射線輻射，現開發遠程控制醫療機器人實施血管介入手術，介入醫師基于X光影像和觸感反饋遠程控制醫療機器人在放射影像室內實施手術。遠程控制醫療機器人的方案，通過Omega-3觸感交互設備進行人機交互，控制機器人電機進行雙向旋轉推進后退的操作，醫師則借助于X光成像結果控制機器人進行血管介入手術。實際控制中，控制對象為介入導絲尖端的運動狀態，系統輸入的信號則為旋轉和推進電機的控制信號。為配合圖像信號優化實際控制操作，需要對導絲進行動力學建模以得出導絲的力學環境。通過導絲的力學環境可以還原出模擬真實傳統非遙控的手術環境，以及對血管內模型受力情況的估測?，F有的導絲形態提取依靠視覺，由于導絲手術中位于病人體內，其基本沒有臨床應用的可能。已知形態通過有限元計算軟件，其計算耗時難以實現即時反饋。

現有技術中，導絲的力學環境估計方法主要包括：

一、通過對導絲形態的視覺提取，借助Abaqus商業有限元計算軟件進行力學環境分析而獲得血管介入環境的接觸力的估測[M.Razban,J.Dargahi,and B.Boulet.Asensor-less catheter contact force estimation approach in endovascularintervention procedures*.In 2018IEEE/RSJ International Conference onIntelligent Robots and Systems(IROS),pages 2100–2106,Oct2018.]。該方法基于二維影像處理，較之三維環境的力學分析復雜度大大降低，然而實際手術要求則需要進行三維的影像重建接觸力的環境。

二、通過激光反射傳感器測量導絲的微小形變，將其映射到磁流變液體介質當中，通過控制磁流變液外部施加的磁場來控制插入磁流變液容器中的導絲的觸感變化[S.Guo,Y.Song,X.Yin,L.Zhang,T.Tamiya,H.Hirata,and H.Ishihara.A novel robot-assistedendovascular catheterization system with haptic force feedback.IEEE Transac-tions on Robotics,35(3):685–696,June 2019.]。該方法缺少傳感器數據的重建和對應數據映射到人機觸覺交互界面的具體方案。

三、基于準剛體假設對導絲構建力學模型模擬從而對其進行仿真，獲得導絲在已知力學環境里的形態[T.Greigarn,R.Jackson,T.Liu,and M.C.oglu.Experimental validation of the pseudo-rigid-body model of the mri-actuatedcatheter.In 2017IEEE International Confe-rence on Robotics and Automation(ICRA),pages 3600–3605,May 2017.]。該方法僅提供已知邊界條件下的導絲形態估測。

發明內容