基于LabView的血管介入手术机器人操作安全性预警系统及方法技术方案

一种基于LabView的血管介入手术机器人操作安全性预警系统，包括手术导管受力信息检测单元、操作导管运动信息检测单元、微控制器处理单元、PC机设置单元及显示单元；其方法包括串口初始化设置、血管受力安全阈值设置、手术导管力与运动信息检测与显示、比较、调整、预警或继续操作；结构简单，操作灵活，使用方便；血管受力安全阈值可以实时调整；根据屏显得了解手术进行的情况，保证了手术的安全性和高效性；应用更为广泛。

Early warning system and method of robot operation safety based on LabView

An interventional surgery robot operation safety warning system based on the LabView vascular catheter, including the force information detection unit, detection unit, operation catheter motion information processing of micro controller unit, PC setting unit and a display unit; the method includes serial initialization, vascular stress safety threshold settings, and display, surgical catheter with the motion information detection and comparison, adjustment, warning or continue to operate; has the advantages of simple structure, flexible operation, easy to use; vascular stress safety threshold can be adjusted in real time; to understand the operation of the screen is to ensure the safety and efficiency of operation; more extensive application.

【技术实现步骤摘要】
基于LabView的血管介入手术机器人操作安全性预警系统及方法
本专利技术属于医疗设备
，尤其是一种基于LabView的血管介入手术机器人操作安全性预警系统及方法，特别适用于微创血管介入手术机器人系统的数据采集、信息显示和安全提醒等方面。
技术介绍
微创血管介入手术机器人系统是一种辅助医生进行导管介入手术的具有高安全性的机器人系统，可以使操作医生免受X光辐射，减少因医生生理颤抖和误操作而产生的危险性。由于微创血管介入手术机器人系统采用的主从式的方式，是医生脱离了手术现场，借助主端操作器来实现导管介入，从而导致医生不能很好的感知介入手术过程中操作导管运动情况以及手术导管受力信息大小，尤其是在这个过程中的医生手部感知的来自手术导管反作用力情况。一些信息的缺失给医生操作带来一定的难度，甚至会对正在进行手术的病人的安全性造成影响。所以，将手术的进行过程中的一些重要信息反馈给医生是非常必要的，不仅能够保证手术操作的安全性，还能提高整个介入手术过程的效率。为提高微创血管介入手术机器人手术的安全性和高效性，很多研究团队也在视觉反馈方面做了相应的研究。然而，多数的研究中，只是将操作导管的运动信息和手术导管的受力信息反馈给医生。同时，忽略了不同年龄段患者的血管承受导管顶端压力的能力的不同，没有安全预警机制和设定血管受力安全阈值功能，使得设计面向的对象太过单一。而我们团队研究的基于LabView的血管介入手术机器人操作安全性预警系统及方法有效的解决了这方面的问题，并提高了手术的安全性。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于LabView的血管介入手术机器人操作安全性预警系统及方法，相对于现有的多维信息显示相关技术，该系统是一种结构简单，操作方便，能够实时地提供给医生重要的反馈信息，提高介入手术的安全性，有助于医生操作的安全性预警系统及方法。本专利技术的技术方案：一种基于LabView的血管介入手术机器人操作安全性预警系统，其特征在于它包括手术导管受力信息检测单元、操作导管运动信息检测单元、微控制器处理单元、PC机设置单元及显示单元；其中，所述手术导管受力信息检测单元和操作导管运动信息检测单元的输入端分别采集在手术过程中手术导管的受力信息及操作导管的运动信息，其输出端连接微控制器处理单元的输入端；所述微控制器处理单元接收手术导管受力信息检测单元和操作导管运动信息检测单元的采集信息，并通过数据接口将其传送给PC机；所述PC机的输入端与设置单元的输出端连接，其输出端连接显示单元的输入端；所述手术导管受力信息检测单元安装在手术导管末端；所述操作导管运动信息检测单元、微控制器处理单元安装在微创血管介入手术机器人系统的主端；所述显示单元与微创血管介入手术机器人系统的PC机连接，显示手术导管相关的信息。所述设置单元是由串口初始化设置模块和血管受力安全阈值设置模块构成；所述串口初始化设置模块实现对数据接口的选择、打开、关闭以及对显示单元进行初始化的设置；所述血管受力安全阈值设置模块对血管受力安全阈值进行设定，可以根据临床血管不被刺破的最大安全力参数设定该值，面向不同的患者，设定不同的血管受力安全阈值。所述显示单元是由手术导管前端碰撞力显示模块、手术导管受到的阻力显示模块、安全预警区显示模块、操作导管轴向位移量显示模块和操作导管径向旋转角度显示模块构成分别显示手术导管前端碰撞力信息、手术导管受到的阻力信息、安全预警信息、操作导管轴向位移量信息和操作导管径向旋转角度信息。所述手术导管受力信息检测单元采集的是手术导管在血管中受到的阻力信息和导管前端碰撞力信息；所述手术导管在血管中受到的阻力信息由载荷传感器检测，所述手术导管前端碰撞力信息由光纤压力传感器检测。所述载荷传感器是日本TEAC公司生产的Loadcell，它通过一个检测轴来测量轴向上传感器所受的推拉力的信息，该传感器的输出信号要经过放大器电路方法后传送给AD转换模块实现数据采集，其所能检测的最大推力为+5N，最大的拉力为-5N；所述光纤压力传感器是加拿大Opsens公司的OPP-M光纤传感器，它是由光纤探头和信号解调器组成；所述探头的直径为0.25mm，分辨率为0.5mmHg，光纤压力传感器用来测量手术导管与血管内壁之间的碰撞力，所述光纤压力传感器可以通过细长的光纤穿过手术导管将末端的测量探头固定在手术导管的末端，适合微小空间中的压力的测量。所述操作导管运动信息检测单元采集的是操作导管轴向运动信息和操作导管径向运动信息；所述操作导管轴向运动信息是手术导管位移信息；所述操作导管径向运动信息是操作导管径向旋转角度信息。所述运动信息检测单元采集的是操作导管轴向位移信息和操作导管径向旋转角度信息；所述操作导管轴向位移信息和导管径向旋转角度信息均由增量式光电编码器完成检测任务；所述增量式光电编码器是2500线的增量式光电编码器，将其接入HCTL-2016正交解码芯片形成4倍频，则转一圈经过10000线；所述增量式光电编码器实心轴的圆周长为100mm，所以光电编码器每转动一步，导管运动的距离为0.01mm,则轴向测量的精度为0.01mm。所述微控制器采用的是TI公司的DSP28335，微控制器每隔100ms会采集光纤压力传感器、载荷传感器、增量式光电编码器的数据。所述PC机上装有基于LabView的血管介入手术机器人操作安全性预警方法。一种基于LabView的血管介入手术机器人操作安全性预警系统的工作方法，其特征在于它包括以下步骤：（1）串口初始化设置：对手术导管受力信息显示单元、操作导管运动信息显示单元进行初始化；选择RS232串行接口，设置波特率和数据位参数并打开基于LabView的血管介入手术机器人操作安全性预警系统的开关；（2）根据临床血管承受手术导管前端碰撞力大小的参数，通过血管受力安全阈值设定单元设置血管受力安全阈值，防止手术过程中手术导管刺破血管，给患者带来二次伤害；（3）手术导管受力信息检测单元检测手术导管前端碰撞力的大小以及手术导管推、拉及旋转运动过程中受到阻力大小信息；操作导管运动信息检测单元检测操作导管的轴向位移信息和径向旋转角度信息；（4）微控制器处理单元接收步骤（3）采集到的操作导管运动信息以及手术导管受力信息，通过步骤（1）设置好的串口将其传送给手术导管受力信息显示单元和操作导管运动信息显示单元，对手术导管的受力情况以及操作导管运动情况进行显示；（5）手术导管受力信息显示单元将手术导管前端碰撞力和手术导管在血管中运动受到的阻力进行屏显；将步骤（3）采集到的手术导管前端碰撞力和步骤（2）中设定好的血管受力安全阈值进行比较，比较结果将在安全预警区显示模块进行显示；手术医生根据安全预警区的指示灯状态，进行接下来的操作；安全预警区的指示灯由红色、黄色和绿色三个小灯依次排列组成，分别表示手术导管前端碰撞力的值大于血管受力安全阈值、等于血管受力安全阈值、小于血管受力安全阈值；（6）当手术导管前端碰撞力大小小于血管受力安全阈值时，安全预警区的绿灯将会亮起，说明此时血管的状态是安全的，可以继续进行操作；（7）当手术导管前端碰撞力大小等于血管受力安全阈值时，安全预警区的黄灯将会亮起，表示手术导管前端碰撞力处于警告状态，此时，手术医生在进行操作时要非常小心，慢慢改变导管前端位本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于LabView的血管介入手术机器人操作安全性预警系统，其特征在于它包括手术导管受力信息检测单元、操作导管运动信息检测单元、微控制器处理单元、PC机设置单元及显示单元；其中，所述手术导管受力信息检测单元和操作导管运动信息检测单元的输入端分别采集在手术过程中手术导管的受力信息及操作导管的运动信息，其输出端连接微控制器处理单元的输入端；所述微控制器处理单元接收手术导管受力信息检测单元和操作导管运动信息检测单元的采集信息，并通过数据接口将其传送给PC机；所述PC机的输入端与设置单元的输出端连接，其输出端连接显示单元的输入端；所述手术导管受力信息检测单元安装在手术导管末端；所述操作导管运动信息检测单元、微控制器处理单元安装在微创血管介入手术机器人系统的主端；所述显示单元与微创血管介入手术机器人系统的PC机连接，显示手术导管相关的信息。

【技术特征摘要】
1.一种基于LabView的血管介入手术机器人操作安全性预警系统，其特征在于它包括手术导管受力信息检测单元、操作导管运动信息检测单元、微控制器处理单元、PC机设置单元及显示单元；其中，所述手术导管受力信息检测单元和操作导管运动信息检测单元的输入端分别采集在手术过程中手术导管的受力信息及操作导管的运动信息，其输出端连接微控制器处理单元的输入端；所述微控制器处理单元接收手术导管受力信息检测单元和操作导管运动信息检测单元的采集信息，并通过数据接口将其传送给PC机；所述PC机的输入端与设置单元的输出端连接，其输出端连接显示单元的输入端；所述手术导管受力信息检测单元安装在手术导管末端；所述操作导管运动信息检测单元、微控制器处理单元安装在微创血管介入手术机器人系统的主端；所述显示单元与微创血管介入手术机器人系统的PC机连接，显示手术导管相关的信息。2.根据权利要求1所述一种基于LabView的血管介入手术机器人操作安全性预警系统，其特征在于所述设置单元是由串口初始化设置模块和血管受力安全阈值设置模块构成；所述串口初始化设置模块实现对数据接口的选择、打开、关闭以及对显示单元进行初始化的设置；所述血管受力安全阈值设置模块对血管受力安全阈值进行设定，可以根据临床血管不被刺破的最大安全力参数设定该值，面向不同的患者，设定不同的血管受力安全阈值。3.根据权利要求1所述一种基于LabView的血管介入手术机器人操作安全性预警系统，其特征在于所述显示单元是由手术导管前端碰撞力显示模块、手术导管受到的阻力显示模块、安全预警区显示模块、操作导管轴向位移量显示模块和操作导管径向旋转角度显示模块构成分别显示手术导管前端碰撞力信息、手术导管受到的阻力信息、安全预警信息、操作导管轴向位移量信息和操作导管径向旋转角度信息。4.根据权利要求1所述一种基于LabView的血管介入手术机器人操作安全性预警系统，其特征在于所述手术导管受力信息检测单元采集的是手术导管在血管中受到的阻力信息和导管前端碰撞力信息；所述手术导管在血管中受到的阻力信息由载荷传感器检测，所述手术导管前端碰撞力信息由光纤压力传感器检测。5.根据权利要求4所述一种基于LabView的血管介入手术机器人操作安全性预警系统，其特征在于所述载荷传感器是日本TEAC公司生产的Loadcell，它通过一个检测轴来测量轴向上传感器所受的推拉力的信息，该传感器的输出信号要经过放大器电路方法后传送给AD转换模块实现数据采集，其所能检测的最大推力为+5N，最大的拉力为-5N；所述光纤压力传感器是加拿大Opsens公司的OPP-M光纤传感器，它是由光纤探头和信号解调器组成；所述探头的直径为0.25mm，分辨率为0.5mmHg，光纤压力传感器用来测量手术导管与血管内壁之间的碰撞力，所述光纤压力传感器可以通过细长的光纤穿过手术导管将末端的测量探头固定在手术导管的末端，适合微小空间中的压力的测量。6.根据权利要求1所述一种基于LabView的血管介入手术机器人操作安全性预警系统，其特征在于所述操作导管运动信息检测单元采集的是操作导管轴向运动信息和操作导管径向运动信息；所述操作导管轴向运动信息是手术导管位移信息；所述操作导管径向运动信息是操作导管径向旋转角度信息。7.根据权利要求6所述一种基于LabView...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭健，郭书祥，金晓亮，
申请(专利权)人：天津理工大学，
类型：发明
国别省市：天津,12