[發(fā)明專利]一種自動水刀實(shí)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(jì)）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

本發(fā)明提供一種自動水刀實(shí)現(xiàn)方法，包含以下步驟：對導(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(yùn)動控制位置軌跡；建立水刀坐標(biāo)系，將所述運(yùn)動控制位置軌跡轉(zhuǎn)換到所述水刀坐標(biāo)系后再計(jì)算各軸運(yùn)動位置軌跡參數(shù)；根據(jù)所述各軸運(yùn)動位置軌跡參數(shù)，采用多軸聯(lián)動PID控制方法控制水刀在射流流量軸、抽吸流量軸、直線運(yùn)動軸和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動軸做相應(yīng)運(yùn)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(yùn)動軸和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動軸中的任意一軸誤差均與其他三軸誤差相關(guān)。本申請還包含自動水刀系統(tǒng)。本發(fā)明尤其適用于前列腺組織切除等手術(shù)場景。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及醫(yī)療電子技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種自動水刀實(shí)現(xiàn)方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)

現(xiàn)有自動水刀規(guī)劃方式對于人體器官的邊界形狀變化的相應(yīng)運(yùn)動調(diào)整較為粗糙，未提供具體可實(shí)現(xiàn)方法將雙面超聲探頭或其它方式獲得的的矢狀面和橫斷面圖像建立精確對應(yīng)關(guān)系，實(shí)際上需要操作者手動獲取有限的超聲圖像信息，基于人體解剖知識將整個(gè)器官分為有限的幾段（例如三到四段）進(jìn)行矢狀面和橫斷面位置匹配和參數(shù)設(shè)置，各段中間的器官邊界變化只能通過插值模擬的方式進(jìn)行擬合，因而對水刀運(yùn)動控制的精度要求較低。另外，在現(xiàn)有的自動水刀系統(tǒng)控制方式中，未見對包括高壓射流流量，抽吸流量和各方向機(jī)械的運(yùn)動相互間的影響和依賴關(guān)系統(tǒng)一進(jìn)行協(xié)調(diào)控制，各運(yùn)動的不同步將導(dǎo)致手術(shù)規(guī)劃中的射流位置和作用深度，角度及人體內(nèi)壓力等在實(shí)際執(zhí)行時(shí)因運(yùn)動誤差不能良好匹配，導(dǎo)致切除精度下降，影響手術(shù)效果。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供一種自動水刀實(shí)現(xiàn)方法及系統(tǒng)，解決現(xiàn)有水刀運(yùn)動邊界切除粗糙和各維運(yùn)動無法聯(lián)動控制的問題，尤其適用于前列腺組織切除等手術(shù)場景。

為解決上述問題，本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的：

第一方面，本發(fā)明提供一種自動水刀實(shí)現(xiàn)方法，包含以下步驟：對導(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(yùn)動控制位置軌跡。建立水刀坐標(biāo)系，將所述運(yùn)動控制位置軌跡轉(zhuǎn)換到所述水刀坐標(biāo)系后再計(jì)算各軸運(yùn)動位置軌跡參數(shù)。根據(jù)所述各軸運(yùn)動位置軌跡參數(shù)，采用多軸聯(lián)動PID控制方法控制水刀的射流流量軸、抽吸流量軸、直線運(yùn)動軸和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動軸相應(yīng)運(yùn)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(yùn)動軸和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動軸中的任意一軸誤差均與其他三軸誤差相關(guān)，所述抽吸流量軸與射流流量軸的流量相等。

進(jìn)一步地，所述運(yùn)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(yùn)動位置軌跡參數(shù)包含水刀坐標(biāo)系下作用點(diǎn)射流長度，作用點(diǎn)橫斷面夾角，還包含作用點(diǎn)射流長軸位置和或作用點(diǎn)射流長軸速度。

進(jìn)一步地，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(shí)刻的所述連續(xù)邊界位置軌跡上的邊界位置和實(shí)際測量得到的作用點(diǎn)軌跡位置的差。

進(jìn)一步地，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(yùn)動軸和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動軸的誤差可表示為公式11~公式14。

優(yōu)選地，所述方法進(jìn)一步包含：對所述連續(xù)邊界位置軌跡進(jìn)行擬合時(shí)，將預(yù)先設(shè)計(jì)的導(dǎo)航圖像上的關(guān)鍵點(diǎn)圖像位置作為準(zhǔn)確信息。

優(yōu)選地，所述方法進(jìn)一步包含：對所述連續(xù)邊界位置軌跡分段擬合生成各段運(yùn)動控制位置軌跡，組合成所述運(yùn)動控制位置軌跡。

優(yōu)選地，將所述連續(xù)邊界位置軌跡分成若干個(gè)運(yùn)動體素，對各所述運(yùn)動體素按照實(shí)際操作水刀時(shí)的運(yùn)動軌跡插值，生成所述運(yùn)動控制位置軌跡；每個(gè)運(yùn)動體素包含射流有效長度，射流長軸位置和橫斷面夾角。

優(yōu)選地，采用增量控制法將所述運(yùn)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(jì)算各軸運(yùn)動位置軌跡參數(shù)。

優(yōu)選地，所述導(dǎo)航圖像為雙平面超聲圖像或三維超聲圖像或三維圖像。

進(jìn)一步地，實(shí)時(shí)采集水刀的射流流量軸、直線運(yùn)動軸和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動軸的運(yùn)動位置軌跡參數(shù)，與所述連續(xù)邊界位置軌跡在水刀坐標(biāo)系中的位置，對應(yīng)坐標(biāo)相減得到所述軌跡規(guī)劃位置環(huán)的誤差值。