一种穿刺方位控制方法技术

本申请涉及医疗器械运动控制技术领域，特别是涉及一种穿刺方位控制方法

【技术实现步骤摘要】
一种穿刺方位控制方法、装置、计算机设备、存储介质


[0001]本申请涉及医疗器械运动控制
，特别是涉及一种穿刺方位控制方法
、
装置
、
计算机设备
、
存储介质和计算机程序产品
。

技术介绍

[0002]传统的经皮介入穿刺手术是医生在
CT
机设备引导下，将小型手术器械，如穿刺针送入患者体内，对病变部位进行检测或治疗的一种微创手术
。
经皮介入微创穿刺手术与其他微创手术一样，具有创面小
。
康复快和术后并发症少等优点
。
在进行经皮穿刺时，医生通过病灶附近的二维或三维扫描图像判断合适的入针点和入针方向，然后凭借经验通过手动调整穿刺通道完成穿刺操作，常规的
X
射线透视下穿刺需要医生根据
CT
机
X
射线的图像反复多次手动调整操作才能将穿刺针准确穿刺患者体内
。
[0003]穿刺诊疗针对不同的部位其需要解决的问题相对来说是一致的，目前常用的治疗手段是基于体外图像引导的微创穿刺手术，如穿刺活检
、
消融等，该方法具有创伤小
、
疼痛轻
、
恢复快等优点，也是恶性肿瘤诊断与治疗的重要手段之一
。
但该方法存在徒手穿刺精度低
、
不可视
、
遭受辐射时间长
、
易引发并发症等问题，手术效果严重依赖医生的经验
。/>因此希望借助机器人技术解决穿刺诊疗中的痛点问题
。
[0004]相关技术中，随着现代工业技术的发展，已经出现了能够辅助医师进行穿刺处理的机器人，通过机器人的辅助效果，提高穿刺手术的流程完成效率，并降低在手术过程中医职人员的介入时间，从而在保证手术效果的基础上降低对医职人员的伤害
。
[0005]然而，目前的应用穿刺机器人辅助实现穿刺手术的方法，存在如下的技术问题：穿刺机器人所需要执行的穿刺定位的对象存在个体差异性较强的特征，常规的运动控制算法难以为作为手术环节的穿刺机器人保障需要具备的高精度
、
高稳定性的特征
。

技术实现思路

[0006]基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够提高穿刺机器人的运动控制精度，提高穿刺作业的稳定性的一种穿刺方位控制方法
、
装置
、
计算机设备
、
计算机可读存储介质和计算机程序产品
。
[0007]第一方面，本申请提供了一种穿刺方位控制方法
。
所述方法包括：获取目标对象的影像数据，根据所述影像数据确定待处理目标的目标位置信息以及环境约束条件，所述环境约束条件基于所述影像数据中的非相关目标确定；基于执行设备的结构参数构建用于描述所述执行设备运动规律的数字结构模型，根据所述数字结构模型确定所述执行设备的运动约束条件；根据所述环境约束条件对所述运动约束条件进行限制，得到穿刺控制约束条件；基于所述目标位置信息以及所述穿刺控制约束条件进行逆向运动求解，得到轨迹规划信息，所述轨迹规划信息用于进行所述执行设备的穿刺方位控制
。
[0008]在其中一个实施例中，所述获取目标对象的影像数据，根据所述影像数据中确定
待处理目标的目标位置信息以及环境约束条件，所述环境约束条件基于所述影像数据中的非相关目标确定包括：获取所述目标对象的多个所述影像数据，将所述影像数据映射至预设的空间坐标系内进行配准处理，得到配准转换影像；基于所述配准转换影像确定所述目标位置信息以及所述环境约束信息
。
[0009]在其中一个实施例中，所述基于执行设备的结构参数构建用于描述所述执行设备运动规律的数字结构模型，根据所述数字结构模型确定所述执行设备的运动约束条件包括：基于所述结构参数确定所述执行设备的数字结构模型，所述数字结构模型包括主动关节
、
被动关节以及末端执行器；根据所述数字结构模型对所述末端执行器的运动轨迹进行仿真模拟，得到所述运动约束条件
。
[0010]在其中一个实施例中，所述基于所述目标位置信息以及所述穿刺控制约束条件进行逆向运动求解，得到轨迹规划信息，所述轨迹规划信息用于进行所述执行设备的穿刺方位控制包括：基于所述穿刺约束条件确定所述末端执行器的穿刺方向的旋转矩阵；根据所述末端执行器的末端位置信息以及所述旋转矩阵通过逆向运动求解得到所述数字结构模型的关节位置信息，所述逆向运动求解的约束方程可以如下式所示：
[0011]式中，为所述末端位置信息，为所述穿刺方向的旋转矩阵，为所述数字结构模型中的关节位置信息
。
[0012]在其中一个实施例中，所述基于所述穿刺约束条件确定所述末端执行器的穿刺方向的旋转矩阵包括：根据所述目标位置信息以及所述结构参数确定穿刺方位约束模型；根据所述穿刺方位约束模型对所述穿刺方向的旋转矩阵的方向向量进行求解，得到所述旋转矩阵，所述旋转矩阵可以如下式所示：
[0013]式中，，，为所述旋转矩阵的方向向量
。
[0014]在其中一个实施例中，所述根据所述末端执行器的末端位置信息以及所述旋转矩阵通过逆向运动求解得到所述数字结构模型的关节位置信息包括：若通过所述逆向运动求解得到所述关节位置信息超过了所述数字结构模型的关节限位，则缩小所述穿刺方位约束模型的约束空间
。
[0015]第二方面，本申请还提供了一种穿刺方位控制装置
。
所述装置包括：图像处理单元，用于获取目标对象的影像数据，根据所述影像数据确定待处理目标的目标位置信息以及环境约束条件，所述环境约束条件基于所述影像数据中的非相关目标确定；结构模型单元，用于基于执行设备的结构参数构建用于描述所述执行设备运动规律的数字结构模型，根据所述数字结构模型确定所述执行设备的运动约束条件；
穿刺约束单元，用于根据所述环境约束条件对所述运动约束条件进行限制，得到穿刺控制约束条件；轨迹规划单元，用于基于所述目标位置信息以及所述穿刺控制约束条件进行逆向运动求解，得到轨迹规划信息，所述轨迹规划信息用于进行所述执行设备的穿刺方位控制
。
[0016]在其中一个实施例中，所述图像处理单元包括：坐标转换单元，用于获取所述目标对象的多个所述影像数据，将所述影像数据映射至预设的空间坐标系内进行配准处理，得到配准转换影像；影像配准单元，用于基于所述配准转换影像确定所述目标位置信息以及所述环境约束信息
。
[0017]在其中一个实施例中，所述结构模型单元包括：结构参数单元，用于基于所述结构参数确定所述执行设备的数字结构模型，所述数字结构模型包括主动关节
、
被动关节以及末端执行器；运动仿真单元，用于根据所述数字结构模型对所述末端执行器的运动轨迹进行仿真模拟，得到所述运动约束条件
。
[0018]在其中一个实施例中，所本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种穿刺方位控制方法，其特征在于，所述方法包括：获取目标对象的影像数据，根据所述影像数据确定待处理目标的目标位置信息以及环境约束条件，所述环境约束条件基于所述影像数据中的非相关目标确定；基于执行设备的结构参数构建用于描述所述执行设备运动规律的数字结构模型，根据所述数字结构模型确定所述执行设备的运动约束条件；根据所述环境约束条件对所述运动约束条件进行限制，得到穿刺控制约束条件；基于所述目标位置信息以及所述穿刺控制约束条件进行逆向运动求解，得到轨迹规划信息，所述轨迹规划信息用于进行所述执行设备的穿刺方位控制
。2.
根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取目标对象的影像数据，根据所述影像数据中确定待处理目标的目标位置信息以及环境约束条件，所述环境约束条件基于所述影像数据中的非相关目标确定包括：获取所述目标对象的多个所述影像数据，将所述影像数据映射至预设的空间坐标系内进行配准处理，得到配准转换影像；基于所述配准转换影像确定所述目标位置信息以及所述环境约束信息
。3.
根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于执行设备的结构参数构建用于描述所述执行设备运动规律的数字结构模型，根据所述数字结构模型确定所述执行设备的运动约束条件包括：基于所述结构参数确定所述执行设备的数字结构模型，所述数字结构模型包括主动关节
、
被动关节以及末端执行器；根据所述数字结构模型对所述末端执行器的运动轨迹进行仿真模拟，得到所述运动约束条件
。4.
根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述基于所述目标位置信息以及所述穿刺控制约束条件进行逆向运动求解，得到轨迹规划信息，所述轨迹规划信息用于进行所述执行设备的穿刺方位控制包括：基于所述穿刺约束条件确定所述末端执行器的穿刺方向的旋转矩阵；根据所述末端执行器的末端位置信息以及所述旋转矩阵通过逆向运动求解得到所述数字结构模型的关节位置信息，所述逆向运动求解的约束方程可以如下式所示：式中，为所述末端位置信息，为穿刺方向的旋转矩阵，为所述数字结构模型中的关节位置信息
。5.
根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述基于所述穿刺约束条件确定所述末端执行器的穿刺方向的旋转矩阵包括：根据所述目标位置信息...

【专利技术属性】
技术研发人员：廖志祥，孙步梁，
申请(专利权)人：苏州恒瑞宏远医疗科技有限公司，
类型：发明
国别省市：