介入导丝控制方法和介入导航系统技术方案

本申请涉及一种介入导丝控制方法、装置、计算机设备、存储介质和计算机程序产品。所述方法包括：获得来自主操作端的控制指令中的角度输入变化量；根据导丝远端空间姿态模型和角度输入变化量，计算导丝远端按照角度输入变化量偏转所需的磁场强度；根据磁场强度和执行端的机械臂末端磁体的初始位姿，计算机械臂末端磁体的目标位姿；控制机械臂末端移动至目标位姿，使得导丝远端输出对应的偏转角度。由于导丝具有磁性，而导丝又在机械臂末端磁体的磁场作用范围之内，这使得导丝可以在范围可变化的磁场作用之下发生形变，从而使得导丝在血管中运动时，可以通过弯折情况复杂的血管路径，进而提高导丝的操控精细程度，以应对更复杂的手术环境需求。术环境需求。术环境需求。

【技术实现步骤摘要】
介入导丝控制方法和介入导航系统


[0001]本申请涉及医疗器械
，特别是涉及一种介入导丝控制方法和介入导航系统。

技术介绍

[0002]导丝能够对导管起引导和支撑作用，帮助导管进入血管及其他腔隙，引导导管顺利到达病灶位置。通常是将导丝连接在血管介入手术机器人的末端，通过控制血管介入手术机器人模仿医生对传统手术的操作习惯，并结合数字减影血管造影和影像导航，实现对导丝以及导管的递送和旋捻动作，从而将导丝以及导管放置于病灶位置，对病灶处进行修复和治疗。
[0003]目前血管介入手术机器人不能将自身产生的力矩完全传递至导丝的尖端，这就使得，当导丝经过细小血管或者血管路径弯曲曲率较大的位置时，对于导丝的方向变化的控制精准度较低，有可能增大导丝和血管壁间的摩擦阻力，进而对导丝经过的血管产生损伤，甚至影响手术安全性。

技术实现思路

[0004]基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够提高对导丝方向变化的控制精准度的介入导丝控制方法和介入导航系统。
[0005]第一方面，本申请提供了一种介入导丝控制方法，该方法包括：
[0006]获得来自主操作端的控制指令中的角度输入变化量；
[0007]根据导丝远端空间姿态模型和角度输入变化量，计算导丝远端按照角度输入变化量偏转所需的磁场强度；
[0008]根据磁场强度和执行端的机械臂末端磁体的初始位姿，计算机械臂末端磁体的目标位姿，目标位姿包括目标姿态和目标位置；
[0009]控制机械臂末端移动至目标位姿，使得导丝远端输出对应的偏转角度。
[0010]在其中一个实施例中，控制机械臂末端移动至目标位姿，使得导丝远端输出对应的偏转角度，包括：
[0011]将目标位姿转化为机械臂关节的目标关节位置；
[0012]根据目标关节位置，获取机械臂关节的关节电机的目标输出轴角度；
[0013]通过第一非线性自适应控制器，按照目标输出轴角度，将关节电机的输出轴角度的变化过程划分为多个阶段，多个阶段对应多个相应阶段分别执行结束后导丝远端输出的预期偏转角度。
[0014]在其中一个实施例中，包括：
[0015]基于数字减影血管造影图像，获取导丝远端输出的实际偏转角度；
[0016]根据预期偏转角度和实际偏转角度，对导丝远端输出的偏转角度进行补偿；
[0017]获取导丝远端输出的偏转角度与关节电机的输出轴角度间的映射关系，以及预期
偏转角度与实际偏转角度间的偏转差异量；
[0018]根据映射关系和偏转差异量，获取关节电机的输出轴角度的补偿量；
[0019]在实际偏转角度小于预期偏转角度的情况下，在阶段执行结束后，按照补偿量对关节电机的输出轴角度进行正补偿；在实际偏转角度大于预期偏转角度的情况下，在阶段执行结束后，按照补偿量对关节电机的输出轴角度进行负补偿；
[0020]于执行正补偿或者负补偿后，使得实际偏转角度等同预期偏转角度。
[0021]在其中一个实施例中，包括：
[0022]通过第一非线性自适应控制器，按照关节电机的输出轴角度的补偿量，将关节电机的输出轴角度的补偿量的变化过程划分为多个阶段，多个阶段对应多个相应阶段分别执行结束后导丝远端输出偏转差异量。
[0023]在其中一个实施例中，该方法还包括：
[0024]获得来自主操作端的控制指令中的位移输入变化量；
[0025]根据执行端的递送位移动态模型和位移输入变化量，计算执行端的递送装置的电机驱动力矩；
[0026]根据电机驱动力矩，驱动递送装置，使得导丝远端输出对应的位移。
[0027]在其中一个实施例中，递送装置包括依次传动连接的电机、第一同步轮、第二同步轮和摩擦轮；递送位移动态模型的构建过程，包括：
[0028]根据递送装置的电机输出轴的第一角度与电机的输出轴转动力矩间的映射关系、输出轴角度与电机的转动阻力力矩间的映射关系，第一同步轮的转动力矩，构建电机的驱动力矩模型；
[0029]根据第一同步轮转动的第二角度与第一同步轮的输出轴转动力矩间的映射关系和第二同步轮的转动力矩，构建第一同步轮的第一扭矩模型；
[0030]根据第二同步轮转动的第三角度与第二同步轮的输出轴转动力矩间的映射关系和摩擦轮轮的转动力矩，构建第二同步轮的第二扭矩模型；
[0031]根据第一同步轮、第二同步轮与摩擦轮之间的连接关系，获取第一角度、第二角度和第三角度间的取值关系；
[0032]根据取值关系，对驱动力矩模型、第一扭矩模型、第二扭矩模型和摩擦轮的摩擦扭矩模型进行联立，获得递送位移动态模型。
[0033]在其中一个实施例中，第一同步轮与递送装置的电机输出轴直接连接，第一同步轮和第二同步轮为等径，摩擦轮与第二同步轮同轴连接；相应地，取值关系为第一角度、第二角度和第三角度均取值相同。
[0034]在其中一个实施例中，根据电机驱动力矩，驱动递送装置，使得导丝远端输出对应的位移，包括：
[0035]通过第二非线性自适应控制器，按照电机驱动力矩，将电机驱动力矩的变化过程划分为多个阶段，每一阶段对应一个相应阶段执行结束后导丝远端输出的预期位移。
[0036]在其中一个实施例中，
[0037]基于数字减影血管造影图像，获取导丝远端输出的实际位移；
[0038]根据预期位移和实际位移间的位移差值，对导丝远端输出的位移进行补偿；
[0039]根据位移差值，计算执行端的递送装置的电机补偿驱动力矩；
[0040]通过第二非线性自适应控制器，按照电机补偿驱动力矩，将电机补偿驱动力矩的变化过程划分为多个阶段，多个阶段对应多个相应阶段分别执行结束后，导丝远端输出的位移差值。
[0041]第二方面，本申请还提供了一种介入导航系统，该系统包括：
[0042]控制器、主操作端、执行端和导丝远端，执行端包括机械臂末端和递送装置；
[0043]控制器被编程用于执行：
[0044]获得来自主操作端的控制指令中的角度输入变化量；根据导丝远端空间姿态模型和角度输入变化量，计算导丝远端按照角度输入变化量偏转所需的磁场强度；根据磁场强度和执行端的机械臂末端磁体的初始位姿，计算机械臂末端磁体的目标位姿，目标位姿包括目标姿态和目标位置；控制机械臂末端移动至目标位姿，使得导丝远端输出对应的偏转角度。
[0045]在其中一个实施例中，控制器，还用于获得来自主操作端的控制指令中的位移输入变化量；根据执行端的递送位移动态模型和位移输入变化量，计算执行端的递送装置的电机驱动力矩；根据电机驱动力矩，驱动递送装置，使得导丝远端输出对应的位移。
[0046]在其中一个实施例中，
[0047]递送装置包括依次传动连接的电机、第一同步轮、第二同步轮和摩擦轮；
[0048]导丝远端至少包括处于前端的磁性弹性体；
[0049]图像模块，图像模块采集数字减影血管造影图像，输出导丝远端输出的实际偏转本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种介入导丝控制方法，其特征在于，所述方法包括：获得来自主操作端的控制指令中的角度输入变化量；根据导丝远端空间姿态模型和所述角度输入变化量，计算所述导丝远端按照所述角度输入变化量偏转所需的磁场强度；根据所述磁场强度和执行端的机械臂末端磁体的初始位姿，计算所述机械臂末端磁体的目标位姿，所述目标位姿包括目标姿态和目标位置；控制机械臂末端移动至所述目标位姿，使得所述导丝远端输出对应的偏转角度。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述控制机械臂末端移动至所述目标位姿，使得所述导丝远端输出对应的偏转角度，包括：将所述目标位姿转化为机械臂关节的目标关节位置；根据所述目标关节位置，获取所述机械臂关节的关节电机的目标输出轴角度；通过第一非线性自适应控制器，按照所述目标输出轴角度，将所述关节电机的输出轴角度的变化过程划分为多个阶段，多个阶段对应多个相应阶段分别执行结束后所述导丝远端输出的预期偏转角度。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，包括：基于数字减影血管造影图像，获取所述导丝远端输出的实际偏转角度；根据所述预期偏转角度和所述实际偏转角度，对所述导丝远端输出的偏转角度进行补偿；获取所述导丝远端输出的偏转角度与所述关节电机的输出轴角度间的映射关系，以及所述预期偏转角度与所述实际偏转角度间的偏转差异量；根据所述映射关系和所述偏转差异量，获取所述关节电机的输出轴角度的补偿量；在所述实际偏转角度小于所述预期偏转角度的情况下，在所述阶段执行结束后，按照所述补偿量对所述关节电机的输出轴角度进行正补偿；在所述实际偏转角度大于所述预期偏转角度的情况下，在所述阶段执行结束后，按照所述补偿量对所述关节电机的输出轴角度进行负补偿；于执行所述正补偿或者所述负补偿后，使得所述实际偏转角度等同所述预期偏转角度。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，包括：通过第一非线性自适应控制器，按照所述关节电机的输出轴角度的补偿量，将所述关节电机的输出轴角度的补偿量的变化过程划分为多个阶段，多个阶段对应多个相应阶段分别执行结束后所述导丝远端输出所述偏转差异量。5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：获得来自主操作端的控制指令中的位移输入变化量；根据执行端的递送位移动态模型和所述位移输入变化量，计算执行端的递送装置的电机驱动力矩；根据电机驱动力矩，驱动递送装置，使得导丝远端输出对应的位移。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述递送装置包括依次传动连接的电机、第一同步轮、第二同步轮和摩擦轮；所述递送位移动态模型的构建过程，包括：根据所述递送装置的电机输出轴的第一角度与所述电机的输出轴转动力矩间的映射
关系、所述输出轴角度与所述电机的转动阻力力矩间的映射关系，所述第一同步轮的转动力矩，构建所述电机的驱动力矩模型；根据所述第一同步轮转动的第二角度与所述第一同...

【专利技术属性】
技术研发人员：请求不公布姓名，
申请(专利权)人：深圳微美机器人有限公司，
类型：发明
国别省市：