一种穿刺辅助机器人的控制决策方法与系统技术方案

本发明专利技术提供一种穿刺辅助机器人的控制决策方法与系统，所述方法包括：S1，基于目标人体上穿刺目标区域的实时超声影像数据，建立所述穿刺目标区域中血管的实时血管模型，并基于所述目标人体的给定体征参数和预先存储的医学数据，建立参照血管模型；S2，将所述实时血管模型中的血管与所述参照血管模型中的血管进行逐段对应比对，确定所述实时血管模型中的血管上各段的穿刺可行性评价数据；S3，基于所述穿刺可行性评价数据，确定所述穿刺目标区域中的最优穿刺部位。本发明专利技术能够有效弥补医生经验的不足，为穿刺操作提供量化指标，有效保证穿刺操作可行性的成功率和积极效果，避免穿刺失败风险。

【技术实现步骤摘要】
一种穿刺辅助机器人的控制决策方法与系统
本专利技术涉及医疗器械
，更具体地，涉及一种穿刺辅助机器人的控制决策方法与系统。
技术介绍
中心静脉穿刺是中心静脉穿刺置管术的首要步骤，是广泛应用于急救治疗、重症监护、心血管介入治疗、手术麻醉、高能营养支持等领域的重要医疗技术。穿刺操作对医护人员的操作技能水平要求较高，而且初次穿刺成功率较低。影响中心静脉穿刺成功率的主要因素有穿刺部位的选择、穿刺路径以及穿刺针具的控制等。此外还有其他因素，如目标血管的形变。采用超声介入下的穿刺辅助机器人则在实时超声图像获取及识别、穿刺决策、穿刺运动精准定位等方面解决了穿刺操作需要医生具有较好临床经验的问题，避免了人为因素导致的穿刺失败、以及并发症的风险。现有技术中存在一种根据血管的位置、大小等几何及位置参数，由计算机程序来确定穿刺位置的方法。但是，实际的穿刺操作过程中，受患者体型、年龄、血压、血管形变、解剖变异等多种体征因素的影响，穿刺的可行性不能准确评估，穿刺操作的成功率和效果不能保证。
技术实现思路
为了克服上述问题或者至少部分地解决上述问题，本专利技术提供一种穿刺辅助机器人的控制决策方法与系统，用以综合考虑穿刺过程的多项影响因素，从而有效保证穿刺操作的成功率和积极效果。一方面，本专利技术提供一种穿刺辅助机器人的控制决策方法，包括：S1，基于目标人体上穿刺目标区域的实时超声影像数据，建立所述穿刺目标区域中血管的实时血管模型，并基于所述目标人体的给定体征参数和预先存储的医学数据，建立参照血管模型；S2，将所述实时血管模型中的血管与所述参照血管模型中的血管进行逐段对应比对，确定所述实时血管模型中的血管上各段的穿刺可行性评价数据；S3，基于所述穿刺可行性评价数据，确定所述穿刺目标区域中的最优穿刺部位。进一步的，在所述S3的步骤之后，所述方法还包括：基于所述最优穿刺部位的实时超声影像数据，利用图像识别技术，获取血管在所述最优穿刺部位的实时超声影像数据中的位置数据及形状数据；基于所述位置数据及形状数据，利用穿刺规划模型，计算最优穿刺点、最优穿刺路径和穿刺控制参数；根据所述最优穿刺路径，以及所述穿刺控制参数，调整穿刺针具的姿态和运动状态，控制所述穿刺针具到达所述最优穿刺点并刺向所述最优穿刺点处的人体血管。进一步的，所述方法还包括：检测穿刺过程中穿刺针具的受力状态，并基于所述受力状态判断所述穿刺针具的刺入状态。进一步的，所述方法还包括：通过受力曲线展示所述刺入状态；和/或，针对不同的所述刺入状态，发出对应的提示信号。其中，所述针对不同的所述刺入状态，发出对应的提示信号的步骤进一步包括：记录刺中血管提示信号发出后的穿刺时间，并且当判断所述穿刺时间达到设定安全时间时，发出刺穿血管风险报警提示信号，提示停止穿刺操作。其中，所述S2的步骤进一步包括：将所述实时血管模型中的血管与所述参照血管模型中的对应血管按相同间隔单元进行分段，并计算所述实时血管模型中的血管与所述参照血管模型中的血管上对应分段的横截面积比值；基于所述横截面积比值，确定所述实时血管模型中的血管上各段的穿刺可行性评价数据。其中，所述给定体征参数包括性别、年龄、体型和血压；相应的，步骤S1中所述基于所述目标人体的给定体征参数和预先存储的医学数据，建立参照血管模型的步骤进一步包括：基于所述性别、年龄、体型，匹配所述医学数据中的参照血管数据，并基于所述血压，修正所述参照血管数据，生成所述参照血管模型。另一方面，本专利技术提供一种穿刺辅助机器人的控制决策系统，包括：数据存储模块，用于存储医学数据和目标人体上穿刺目标区域的实时超声影像数据；数据输入接口，用于获取所述目标人体的给定体征参数；数据处理模块，用于基于所述实时超声影像数据，建立所述穿刺目标区域中血管的实时血管模型，以及基于所述目标人体的给定体征参数和所述医学数据，建立参照血管模型，以及将所述实时血管模型中的血管与所述参照血管模型中的血管进行逐段对应比对，确定所述实时血管模型中的血管上各段的穿刺可行性评价数据；控制决策模块，用于基于所述穿刺可行性评价数据，确定所述穿刺目标区域中的最优穿刺部位。进一步的，所述系统还包括：运动控制模块，用于根据确定的最优穿刺路径，以及确定的穿刺控制参数，调整穿刺针具的姿态和运动状态，控制所述穿刺针具到达最优穿刺点并刺向所述最优穿刺点处的人体血管；相应的，所述数据处理模块还用于：基于所述最优穿刺部位的实时超声影像数据，利用图像识别技术，获取血管在所述最优穿刺部位的实时超声影像数据中的位置数据及形状数据；相应的，所述控制决策模块还用于：基于所述位置数据及形状数据，利用穿刺规划模型，计算所述最优穿刺点、所述最优穿刺路径和所述穿刺控制参数。进一步的，所述系统还包括：压力检测模块，用于检测穿刺过程中穿刺针具的受力状态；相应的，所述数据处理模块还用于：基于所述受力状态判断所述穿刺针具的刺入状态。本专利技术提供的一种穿刺辅助机器人的控制决策方法与系统，针对不同体质的患者通过多种数据信息做出穿刺决策，具有辅助医生评估穿刺可行性、提供最优穿刺部位及穿刺运动控制参数以及穿刺过程安全监护的功能，能够有效弥补医生经验的不足，为穿刺操作提供量化指标，有效保证穿刺操作的成功率和积极效果，避免穿刺失败风险。附图说明图1为本专利技术实施例一种穿刺辅助机器人的控制决策方法的流程图；图2为根据本专利技术实施例一种穿刺辅助机器人的控制决策方法中确定血管上各段的穿刺可行性评价数据的流程图；图3为根据本专利技术实施例一种穿刺辅助机器人的控制决策方法中建立的实时血管模型和参照血管模型示意图；图4为根据本专利技术实施例一种穿刺辅助机器人的控制决策方法中穿刺针具的调整决策流程图；图5为根据本专利技术实施例一种穿刺辅助机器人的控制决策方法的穿刺过程中穿刺针具的受力示意曲线图；图6为根据本专利技术实施例一种穿刺辅助机器人的控制决策方法的穿刺过程中血管状态变化示意图；图7为本专利技术实施例一种穿刺辅助机器人的控制决策系统的结构示意图；图8为根据本专利技术实施例另一种穿刺辅助机器人的控制决策系统的结构示意图；图9为根据本专利技术实施例又一种穿刺辅助机器人的控制决策系统的结构示意图；图10为根据本专利技术实施例一种穿刺辅助机器人的控制决策系统的穿刺点及穿刺角度原理示意图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。作为本专利技术实施例的一个方面，本实施例提供一种穿刺辅助机器人的控制决策方法，参考图1，为本专利技术实施例一种穿刺辅助机器人的控制决策方法的流程图，包括：S1，基于目标人体上穿刺目标区域的实时超声影像数据，建立所述穿刺目标区域中血管的实时血管模型，并基于所述目标人体的给定体征参数和预先存储的医学数据，建立参照血管模型；S2，将所述实时血管模型中的血管与所述参照血管模型中的血管进行逐段对应比对，确定所述实时血管模型中的血管上各段的穿刺可行性评价数据；S3，基于所述穿刺可行性评价数据，确定所述穿刺目标区域中的最优穿刺部位。可以理解为，考虑到临床数据显本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种穿刺辅助机器人的控制决策方法，其特征在于，包括：S1，基于目标人体上穿刺目标区域的实时超声影像数据，建立所述穿刺目标区域中血管的实时血管模型，并基于所述目标人体的给定体征参数和预先存储的医学数据，建立参照血管模型；S2，将所述实时血管模型中的血管与所述参照血管模型中的血管进行逐段对应比对，确定所述实时血管模型中的血管上各段的穿刺可行性评价数据；S3，基于所述穿刺可行性评价数据，确定所述穿刺目标区域中的最优穿刺部位。

【技术特征摘要】
1.一种穿刺辅助机器人的控制决策方法，其特征在于，包括：S1，基于目标人体上穿刺目标区域的实时超声影像数据，建立所述穿刺目标区域中血管的实时血管模型，并基于所述目标人体的给定体征参数和预先存储的医学数据，建立参照血管模型；S2，将所述实时血管模型中的血管与所述参照血管模型中的血管进行逐段对应比对，确定所述实时血管模型中的血管上各段的穿刺可行性评价数据；S3，基于所述穿刺可行性评价数据，确定所述穿刺目标区域中的最优穿刺部位。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述S3的步骤之后，还包括：基于所述最优穿刺部位的实时超声影像数据，利用图像识别技术，获取血管在所述最优穿刺部位的实时超声影像数据中的位置数据及形状数据；基于所述位置数据及形状数据，利用穿刺规划模型，计算最优穿刺点、最优穿刺路径和穿刺控制参数；根据所述最优穿刺路径，以及所述穿刺控制参数，调整穿刺针具的姿态和运动状态，控制所述穿刺针具到达所述最优穿刺点并刺向所述最优穿刺点处的人体血管。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，还包括：检测穿刺过程中穿刺针具的受力状态，并基于所述受力状态判断所述穿刺针具的刺入状态。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，还包括：通过受力曲线展示所述刺入状态；和/或，针对不同的所述刺入状态，发出对应的提示信号。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述针对不同的所述刺入状态，发出对应的提示信号的步骤进一步包括：记录刺中血管提示信号发出后的穿刺时间，并且当判断所述穿刺时间达到设定安全时间时，发出刺穿血管风险报警提示信号，提示停止穿刺操作。6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述S2的步骤进一步包括：将所述实时血管模型中的血管与所述参照血管模型中的对应血管按相同间隔单元进行分段，并计算所述实时血管模型中的血管与所述参照血管模型中的血管上对应分段的横截面积比值；基于所述横截面积比值...

【专利技术属性】
技术研发人员：张磊，张博，王冬晓，张立群，黄强，藤江正克，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：北京,11