[發明專利]一種基于機器人輔助穿刺系統的精準穿刺方法

在審

• 申請號: 202211475791.4
• 申請日: 2022-11-23
• 公開（公告）號: CN115778535A
• 公開（公告）日: 2023-03-14
• 發明（設計）人: 代雪松;孫躍;張永德;蔡昕宇;王婧雯
• 申請（專利權）人: 無錫學院
• 主分類號: A61B34/10
• 分類號: A61B34/10;A61N5/10;A61M36/04
• 代理公司: 鄭州豫開專利代理事務所(普通合伙) 41131
• 代理人: 朱俊峰

1.一種基于機器人輔助穿刺系統的精準穿刺方法，其特征在于，上述精準穿刺方法采用機器人輔助穿刺系統進行，該機器人輔助穿刺系統包括矯正支架、光纖光柵粒子植入針、第一絲杠滑臺和第二絲杠滑臺，第一絲杠滑臺的滑動部沿Y軸方向運動，第一絲杠滑臺的滑動部安裝有六維力傳感器，所述矯正支架設置在六維力傳感器上；第二絲杠滑臺的滑動部沿Z軸方向運動，第二絲杠滑臺的滑動部安裝有單維力傳感器；

所述的光纖光柵粒子植入針穿過矯正支架，光纖光柵粒子植入針的端部固定在單維力傳感器上；當第一絲杠滑臺的滑動部帶動矯正支架沿Y軸方向運動時，所述的矯正支架施力于光纖光柵粒子植入針，該施力為矯正力，且矯正力的方向沿Y軸；上述的Y軸和Z軸相互垂直；

光纖光柵粒子植入針包括光柵光纖傳感器、外針、固定環和內針，光柵光纖傳感器、固定環與外針的長度相等，固定環套設在內針上，外針套設在固定環上，所述光柵光纖傳感器均勻嵌入在固定環內；

上述精準穿刺方法包括以下步驟：

S1、啟動第二絲杠滑臺，第二絲杠滑臺的滑動部推動光纖光柵粒子植入針，使得光纖光柵粒子植入針沿Z軸方向進針，當進針距離為d_s時停止進針；

S2、啟動第一絲杠滑臺，第一絲杠滑臺的滑動部驅動矯正支架沿Y軸運動，矯正支架施加Y軸方向的矯正力F₁,并記錄第一絲杠滑臺驅動矯正支架沿Y軸移動距離u(c₂)，即光纖光柵粒子植入針在B點的偏移距離，光纖光柵粒子植入針發生偏移，針體會對周圍組織進行壓縮；

S3、獲取術中組織楊氏模量K；

S4、繼續穿刺，通過能量法獲取針的撓曲形變函數；

S5、將獲取的術中組織楊氏模量K帶入針撓曲形變預測模型，預測穿刺深度大于d_s時針尖的撓曲值。

2.根據權利要求1所述的一種基于機器人輔助穿刺系統的精準穿刺方法，其特征在于，步驟S3中獲取術中組織楊氏模量K的方法如下：

通過能量法得到組織楊氏模量表達式：

該表達式中未知量為F_l、u(c₂)和u_k(z)，計算組織的楊氏模量，需要獲取F_l、u(c₂)的數值大小和u_k(z)的函數表達式；F_l通過六維力傳感器獲取數值大小，u(c₂)的大小為第一絲杠滑臺的位移值；采用三階多項式表達針撓曲模型；使用光柵光纖傳感器獲取穿刺過程中針體的位置坐標，通過三階擬合獲取針撓曲模型u_k(z)。

3.根據權利要求1所述的一種基于機器人輔助穿刺系統的精準穿刺方法，其特征在于，

步驟S4中通過能量法獲取針的撓曲形變函數

式中：指的是第i個形狀函數；指的是形狀函數對應的加權系數。