[發(fā)明專利]一種自動水刀實現(xiàn)方法及系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202210433774.8
• 申請日: 2022-04-24
• 公開（公告）號: CN114521939B
• 公開（公告）日: 2022-09-06
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陳文波;趙靜;史軼倫;史策
• 申請（專利權(quán)）人: 北京智愈醫(yī)療科技有限公司
• 主分類號: A61B17/3203
• 分類號: A61B17/3203;A61B34/10;A61B34/20
• 代理公司: 北京市煒衡律師事務(wù)所 11375
• 代理人: 彭燕;王加瑩

1.一種自動水刀系統(tǒng)，其特征在于，包含：

成像模塊，用于生成導(dǎo)航圖像；

影像規(guī)劃模塊，用于根據(jù)在所述導(dǎo)航圖像上預(yù)先規(guī)劃的連續(xù)邊界位置軌跡擬合生成運動控制位置軌跡；將所述運動控制位置軌跡轉(zhuǎn)換到水刀坐標(biāo)系后再計算并發(fā)送水刀射流作用點對應(yīng)的各軸運動位置軌跡參數(shù)；

運動控制模塊，用于接收所述各軸運動位置軌跡參數(shù)，采用多軸聯(lián)動PID控制方法生成并向水刀刀頭發(fā)送直線運動軸和旋轉(zhuǎn)運動軸的運動位置軌跡參數(shù)，向管路及液壓動力模塊發(fā)送射流流量軸和抽吸流量軸的運動位置控制參數(shù)；還用于采集水刀刀頭的各軸運動位置軌跡參數(shù)進(jìn)行運動軌跡閉環(huán)控制；所述抽吸流量軸的運動位置控制參數(shù)是經(jīng)射流流量軸的運動位置軌跡參數(shù)轉(zhuǎn)換而成的控制參數(shù)；

管路及液壓動力模塊，用于根據(jù)所述運動控制模塊發(fā)送的射流流量軸運動位置控制參數(shù)向水刀刀頭傳遞液體和根據(jù)抽吸流量軸運動位置控制參數(shù)進(jìn)行抽吸運動；

水刀刀頭，用于根據(jù)所述運動控制模塊發(fā)送的所述直線運動軸和旋轉(zhuǎn)運動軸的運動位置軌跡參數(shù)，和射流流量軸的運動位置控制參數(shù)，進(jìn)行相應(yīng)運動；

在多軸聯(lián)動PID控制方法中，水刀的射流流量軸、抽吸流量軸、直線運動軸和旋轉(zhuǎn)運動軸中的任意一軸誤差均與其他三軸誤差相關(guān)。

2.如權(quán)利要求1所述自動水刀系統(tǒng)，其特征在于，所述運動控制位置軌跡包含射流有效長度，射流長軸位置和橫斷面夾角；所述各軸運動位置軌跡參數(shù)包含水刀坐標(biāo)系下作用點射流長度，作用點橫斷面夾角，還包含作用點射流長軸位置和或作用點射流長軸速度。

3.如權(quán)利要求1所述自動水刀系統(tǒng)，其特征在于，在多軸聯(lián)動PID控制方法中增加軌跡規(guī)劃位置環(huán)閉環(huán)控制，軌跡規(guī)劃位置環(huán)的誤差值是當(dāng)前測量時刻的所述連續(xù)邊界位置軌跡上的邊界位置和實際測量得到的作用點軌跡位置的差。

4.如權(quán)利要求1所述自動水刀系統(tǒng)，其特征在于，在多軸聯(lián)動PID控制方法中，水刀的射流流量軸、抽吸流量軸、直線運動軸和旋轉(zhuǎn)運動軸的誤差可表示為：

其中，分別為水刀的旋轉(zhuǎn)運動軸、直線運動軸、射流流量軸、抽吸流量軸的誤差更新值，分別為水刀的旋轉(zhuǎn)運動軸、直線運動軸、射流流量軸、抽吸流量軸的上一時刻的誤差值。

5.如權(quán)利要求1所述自動水刀系統(tǒng)，其特征在于，在所述水刀刀頭中安裝和噴嘴同步運動的微型激光測距儀或水聲器，用于實時獲取水刀的作用點射流長軸位置。

6.如權(quán)利要求1所述自動水刀系統(tǒng)，其特征在于，所述成像模塊還包含：電動步進(jìn)器和成像探頭；所述電動步進(jìn)器，用于帶動所述成像探頭運動、獲取各個位置的導(dǎo)航圖像。

7.如權(quán)利要求1所述自動水刀系統(tǒng)，其特征在于，所述成像模塊還包含：雙平面超聲探頭或三維超聲探頭；

所述雙平面超聲探頭或三維超聲探頭，用于獲取超聲圖像；所述雙平面超聲探頭用于獲取雙平面超聲圖像，所述三維超聲探頭，用于獲取三維超聲圖像。

8.如權(quán)利要求1所述自動水刀系統(tǒng)，其特征在于，所述成像模塊還包含：核磁共振圖像模塊，用于獲取三維圖像。

9.如權(quán)利要求1所述的自動水刀系統(tǒng)，其特征在于，所述影像規(guī)劃模塊，用于根據(jù)所述連續(xù)邊界位置軌跡分段擬合生成各段運動控制位置軌跡，組合成所述運動控制位置軌跡。

10.如權(quán)利要求1所述的自動水刀系統(tǒng)，其特征在于，所述影像規(guī)劃模塊，還用于采用增量控制法將所述運動控制位置軌跡經(jīng)坐標(biāo)變換轉(zhuǎn)換為水刀坐標(biāo)系下的空間位置軌跡，再計算各軸運動位置軌跡參數(shù)。

11.如權(quán)利要求1所述的自動水刀系統(tǒng)，其特征在于，所述影像規(guī)劃模塊在進(jìn)行擬合時，將預(yù)先設(shè)計的導(dǎo)航圖像上的關(guān)鍵點圖像位置作為準(zhǔn)確信息。

12.如權(quán)利要求1所述的自動水刀系統(tǒng)，其特征在于，所述影像規(guī)劃模塊，還用于對各運動體素按照實際操作水刀時的運動軌跡插值，生成所述運動控制位置軌跡。