[發(fā)明專利]一種基于視覺導(dǎo)引的運(yùn)動(dòng)控制方法和裝置

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202211429048.5
• 申請日: 2022-11-15
• 公開（公告）號(hào): CN115670361A
• 公開（公告）日: 2023-02-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鄧震;郭煜新;鄭曉春;何炳蔚;張勝戰(zhàn);鄭艇;高飛
• 申請（專利權(quán)）人: 福州大學(xué)
• 主分類號(hào): A61B1/267
• 分類號(hào): A61B1/267;A61B34/30;A61M16/04;G06T7/11;G06T7/136;G06T7/66;G06V10/50;G06N7/02;A61B1/00;A61B1/04
• 代理公司: 北京盛廣信合知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 16117
• 代理人: 劉化帥

本發(fā)明公開一種基于視覺導(dǎo)引的運(yùn)動(dòng)控制方法和裝置，包括：獲取人體腔道的圖像信息；對所述圖像進(jìn)行預(yù)處理；根據(jù)預(yù)處理后的圖像信息，得到人體腔道的腔體中心；根據(jù)所述腔體中心，得到纖支鏡的運(yùn)動(dòng)控制策略；氣管插管機(jī)器人根據(jù)運(yùn)動(dòng)控制策略調(diào)節(jié)所述纖支鏡的位置和姿態(tài)，使所述纖支鏡朝著腔體中心運(yùn)動(dòng)。采用本發(fā)明的技術(shù)方案，提高了氣管插管手術(shù)的效率和安全性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于醫(yī)療機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種基于視覺導(dǎo)引的運(yùn)動(dòng)控制方法和裝置，進(jìn)一步涉及通過氣管插管機(jī)器人基于視覺反饋操作纖支鏡進(jìn)行氣管插管術(shù)的運(yùn)動(dòng)控制。

背景技術(shù)

氣管插管術(shù)是一種先進(jìn)的氣道管理技術(shù)，當(dāng)患者處于麻醉狀態(tài)時(shí)，需要將柔性纖支鏡通過鼻腔插入氣管，為呼吸道通暢、通氣供氧、呼吸道吸引等提供最佳條件，是搶救呼吸功能障礙患者的重要措施。纖支鏡的操作被認(rèn)為是氣管插管術(shù)成功的關(guān)鍵因素。然而，即使對于經(jīng)驗(yàn)豐富的外科醫(yī)生來說，手動(dòng)操作柔性纖支鏡也是一項(xiàng)挑戰(zhàn)，醫(yī)生需要同時(shí)手動(dòng)協(xié)調(diào)纖支鏡的多個(gè)動(dòng)作才能完成操作。對纖支鏡的誤操作，極易導(dǎo)致手術(shù)并發(fā)癥，如出血或窒息。對于手動(dòng)操作纖支鏡,需要醫(yī)生雙手來完成。醫(yī)生需要一手持安裝有顯示屏的纖支鏡近端控制導(dǎo)管遠(yuǎn)端的轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)另一手向前輸送或旋轉(zhuǎn)導(dǎo)管，使導(dǎo)管達(dá)到期望位置，在沿導(dǎo)管將氣管插入。在此操作時(shí),要求醫(yī)生全程操作流暢，完成時(shí)間短，不對患者產(chǎn)生二次傷害。目前，因?yàn)榛颊叩纳虾粑谰哂虚L而狹窄的結(jié)構(gòu)和纖支鏡末端的單目攝像頭僅僅只能為外科醫(yī)生提供部分視圖的原因。醫(yī)生需要快速辨識(shí)人體各個(gè)解剖特征。而且，經(jīng)典的柔性內(nèi)窺鏡要求醫(yī)生根據(jù)有限的自由度，結(jié)合多個(gè)動(dòng)作來執(zhí)行內(nèi)窺鏡末端的轉(zhuǎn)向、推動(dòng)或者拉動(dòng)內(nèi)窺鏡。這需要醫(yī)生在快速辨識(shí)人體的解剖特征的同時(shí)，準(zhǔn)確、穩(wěn)定、快速地操控纖支鏡。因此，整體手術(shù)難度較大，增加了醫(yī)生的認(rèn)知和操作負(fù)擔(dān)。

為了提高內(nèi)窺鏡操作的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性、快速性，傳統(tǒng)的優(yōu)化方法是采用半自動(dòng)結(jié)合主從遙操作的方法來減輕醫(yī)生的負(fù)擔(dān)。然而這種方法仍然具有系統(tǒng)復(fù)雜、依賴于醫(yī)生的操作，機(jī)器人不具有手術(shù)全過程的圖像感知能力的缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，提供一種基于視覺導(dǎo)引的運(yùn)動(dòng)控制方法和裝置，內(nèi)窺鏡根據(jù)視覺反饋技術(shù)，獲取腔體中心的位置；根據(jù)腔體中心的位置，設(shè)計(jì)模糊PD運(yùn)動(dòng)控制器生成機(jī)器人控制指令，機(jī)器人不斷根據(jù)反饋誤差調(diào)節(jié)纖支鏡狀態(tài)，使其沿著腔體中線運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而完成插管手術(shù)操作。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案：

本發(fā)明提供一種基于視覺導(dǎo)引的運(yùn)動(dòng)控制方法，包括：

步驟S1、獲取人體腔道的圖像信息；

步驟S2、對所述圖像進(jìn)行預(yù)處理；

步驟S3、根據(jù)預(yù)處理后的圖像信息，得到人體腔道的腔體中心；

步驟S4、根據(jù)所述腔體中心，得到纖支鏡的運(yùn)動(dòng)控制策略；

步驟S5、氣管插管機(jī)器人根據(jù)運(yùn)動(dòng)控制策略調(diào)節(jié)所述纖支鏡的位置和姿態(tài)，使所述纖支鏡朝著腔體中心運(yùn)動(dòng)。

作為優(yōu)選，步驟S1中利用纖支鏡獲取人體腔道的圖像信息。

作為優(yōu)選，步驟S2中采用自適應(yīng)閾值分割和目標(biāo)檢測算法分割得到官腔區(qū)域，計(jì)算官腔區(qū)域的質(zhì)心作為腔體中心。

作為優(yōu)選，步驟S3中以腔體中心位置為反饋信息，設(shè)計(jì)基于速度的運(yùn)動(dòng)控制器，并利用模糊算法在線調(diào)節(jié)運(yùn)動(dòng)控制器參數(shù)。

作為優(yōu)選，運(yùn)動(dòng)控制器將計(jì)算得到纖支鏡的進(jìn)給速度、旋轉(zhuǎn)速度和末端彎曲速度發(fā)送給氣管插管機(jī)器人進(jìn)行電機(jī)驅(qū)動(dòng)，控制纖支鏡運(yùn)動(dòng)完成插管操作。

本發(fā)明還提供一種基于視覺導(dǎo)引的運(yùn)動(dòng)控制裝置，包括：

獲取模塊，用于獲取人體腔道的圖像信息；

預(yù)處理模塊，用于對所述圖像進(jìn)行預(yù)處理；