【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及医疗器械领域，尤其涉及一种面向柔性手术器械的三维空间构型检测方法。
技术介绍
1、同心管机器人、丝驱动机器人以及软内窥镜机器人等柔性手术器械得益于可控的变形，使得这类手术器械较普通手术器械在人体复杂部位的检测和干预具有极大的优势，例如经自然腔道的微创手术或内窥镜检查。但当柔性器械进入人体后，由于人体组织的遮挡与阻碍，使得柔性手术器械的空间构型不能有效反馈，从而加大了医生的操作难度。因此，迫切需要一种技术能够有效的反馈柔性手术器械的三维空间构型。
2、目前常有的方法及仪器有：基于ct、mri、x-ray和超声等医学影像的方法，但基于这些医学影像的方法存在着数据刷新率较低、辐射较大以及适用场景有限等问题；基于光栅传感器的方法，使用时给柔性手术器械布置若干条光纤，但当柔性手术器械曲率变化较大时易会对光纤造成损伤。
3、故需要设计一种对患者无额外伤害、适用范围广且不易损坏的柔性手术器械三维空间构型检测装置。
技术实现思路
1、本专利技术针对上述柔性手术器械的空间构型检测方案存在的问题，提供一种面向柔性手术器械的三维空间构型检测装置。
2、为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：
3、一种面向柔性手术器械的三维空间构型检测装置，包括：柔性轨道、可移动电磁定位装置、丝驱动装置、连接基座和控制系统；柔性轨道内部设有与柔性轨道曲率一致的手术工具通道、电磁定位线圈移动轨道a、电磁定位线圈移动轨道b和电磁定位线圈移动轨道c；可移动电
4、所述连接基座用于柔性轨道与柔性手术器械待检测柔性部位的连接固定以及安装丝驱动装置，柔性轨道通过柔性轨道连接通道与基座相连接，并且通过连接盘将装置整体安装在待检测柔性手术器械的合适位置；所述控制系统主要用于控制电磁定位线圈a、电磁定位线圈b和电磁定位线圈c的循环往复运动以及检测并记录电磁定位线圈a、电磁定位线圈b和电磁定位线圈c的实时位置。
5、所述柔性手术器械的三维空间构型检测方式为通过实时检测并记录循环往复运动的电磁定位线圈a、电磁定位线圈b和电磁定位线圈c的位置来检测柔性轨道的三维空间构型，进而推断出柔性手术器械的三维空间构型。
6、作为优选，为更高效的检测柔性手术器械的柔性变形部位，控制系统按实际情况划分电磁定位线圈a、电磁定位线圈b、电磁定位线圈c的移动范围并控制其移动。
7、作为优选，所述柔性轨道由弹性硅胶材质制成，柔性轨道后端与柔性轨道连接通道相连，柔性轨道以嵌套或其他方式固定于柔性手术器械的待检测柔性变形部位，其曲率跟随待检测部位的曲率变化而变化。
8、所述柔性轨道的手术工具通道与柔性轨道同轴心并贯穿柔性轨道；电磁定位线圈移动轨道a、电磁定位线圈移动轨道b和电磁定位线圈移动轨道c为u型结构；电磁定位线圈移动轨道a、电磁定位线圈移动轨道b和电磁定位线圈移动轨道c绕柔性轨道的轴心均匀分布并从柔性轨道的后端延伸至前端。
9、作为优选，所述可移动电磁定位装置选用五自由度电磁定位系统，磁场发射器放置在合适位置，可移动电磁定位装置的电磁定位线圈a、电磁定位线圈b和电磁定位线圈c分别与丝驱动装置的牵引线缆a、牵引线缆b和牵引线缆c相连；电磁定位线圈a、电磁定位线圈b和电磁定位线圈c分别放置于电磁定位线圈移动轨道a、电磁定位线圈移动轨道b和电磁定位线圈移动轨道c的一侧。
10、所述丝驱动装置的牵引线缆a、牵引线缆b和牵引线缆c分别穿过电磁定位线圈移动轨道a、电磁定位线圈移动轨道b和电磁定位线圈移动轨道c，之后由线缆导管a、线缆导管b、线缆导管c、线缆导管d、线缆导管e和线缆导管f引导后分别缠绕在牵引绞盘a、牵引绞盘b和牵引绞盘c上。
11、作为优选，所述线缆导管a、线缆导管b、线缆导管c、线缆导管d、线缆导管e和线缆导管f分别安装在电磁定位线圈移动轨道a、电磁定位线圈移动轨道b和电磁定位线圈移动轨道c的出口处并经过调整使其对准牵引绞盘a、牵引绞盘b和牵引绞盘c的合适位置。
12、所述丝驱动装置的牵引电机a、牵引电机b、牵引电机c选用微型步进电机，牵引电机a、牵引电机b、牵引电机c分别安装在连接基座的牵引电机连接壁a、牵引电机连接壁b和牵引电机连接壁c上，牵引电机a、牵引电机b和牵引电机c的转轴上分别安装牵引绞盘a、牵引绞盘b和牵引绞盘c，牵引电机连接壁a、牵引电机连接壁b和牵引电机连接壁c绕连接基座的柔性轨道连接通道的轴心均匀分布。
13、所述控制系统通过控制牵引电机a、牵引电机b、牵引电机c的旋转从而控制牵引绞盘a、牵引绞盘b和牵引绞盘c的旋转，进而控制牵引线缆a、牵引线缆b和牵引线缆c移动电磁定位线圈a、电磁定位线圈b和电磁定位线圈c。
14、本专利技术的有益效果是：本专利技术的柔性手术器械三维空间构型检测装置能够实时准确的检测柔性手术器械柔性变形部位的空间构型；本专利技术的柔性手术器械三维空间构型检测装置使用范围较广，能够布置在大多数柔性手术器械上，尤其是内部具有中空通道的同心管机器人以及丝驱动机器人等柔性手术机器人；本专利技术的柔性手术器械三维空间构型检测装置使用灵活且具有制造简单、成本较低等优点。
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1.一种面向柔性手术器械的三维空间构型检测装置，其特征在于，包括：柔性轨道(1)、可移动电磁定位装置(2)、丝驱动装置(3)、连接基座(4)和控制系统(5)；柔性轨道(1)内部设有与柔性轨道(1)曲率一致的手术工具通道(1-1)、电磁定位线圈移动轨道a(1-21)、电磁定位线圈移动轨道b(1-22)和电磁定位线圈移动轨道c(1-23)；可移动电磁定位装置包括磁场发生器(2-1)、电磁定位线圈a(2-21)、电磁定位线圈b(2-22)、电磁定位线圈c(2-23)、数据线缆a(2-31)、数据线缆b(2-32)和数据线缆c(2-33)；丝驱动装置包括牵引电机a(3-11)、牵引电机b(3-12)、牵引电机c(3-13)、牵引绞盘a(3-21)、牵引绞盘b(3-22)、牵引绞盘c(3-23)、牵引线缆a(3-31)、牵引线缆b(3-32)、牵引线缆c(3-33)、线缆导管a(3-41)、线缆导管b(3-42)、线缆导管c(3-43)、线缆导管d(3-44)、线缆导管e(3-45)和线缆导管f(3-46)；基座包括连接盘(4-1)、柔性轨道连接通道(4-2)、牵引电机连接壁a(4-31)
2.根据权利要求1所述的一种柔性管位姿检测装置，其特征在于：所述柔性轨道(1)由弹性硅胶材质制成，柔性轨道(1)后端与柔性轨道连接通道(4-2)相连，柔性轨道(1)以嵌套或其他方式固定于柔性手术器械的待检测柔性变形部位，其曲率跟随待检测柔性变形部位的曲率变化而变化。
3.根据权利要求1所述的一种柔性管位姿检测装置，其特征在于：所述柔性轨道(1)的手术工具通道(1-1)与柔性轨道(1)同轴心并贯穿柔性轨道(1)；电磁定位线圈移动轨道a(1-21)、电磁定位线圈移动轨道b(1-22)和电磁定位线圈移动轨道c(1-23)为U型结构；电磁定位线圈移动轨道a(1-21)、电磁定位线圈移动轨道b(1-22)和电磁定位线圈移动轨道c(1-23)绕柔性轨道(1)的轴心均匀分布并从柔性轨道(1)的后端延伸至前端。
4.根据权利要求1所述的一种柔性管位姿检测装置，其特征在于：所述可移动电磁定位装置(2)的电磁定位线圈a(2-21)、电磁定位线圈b(2-22)和电磁定位线圈c(2-23)分别与丝驱动装置(3)的牵引线缆a(3-31)、牵引线缆b(3-32)和牵引线缆c(3-33)相连；电磁定位线圈a(2-21)、电磁定位线圈b(2-22)和电磁定位线圈c(2-23)分别放置于电磁定位线圈移动轨道a(1-21)、电磁定位线圈移动轨道b(1-22)和电磁定位线圈移动轨道c(1-23)的一侧。
5.根据权利要求1所述的一种柔性管位姿检测装置，其特征在于：所述丝驱动装置(3)的牵引线缆a(3-31)、牵引线缆b(3-32)和牵引线缆c(3-33)分别穿过电磁定位线圈移动轨道a(1-21)、电磁定位线圈移动轨道b(1-22)和电磁定位线圈移动轨道c(1-23)，之后由线缆导管a(3-41)、线缆导管b(3-42)、线缆导管c(3-43)、线缆导管d(3-44)、线缆导管e(3-45)和线缆导管f(3-46)引导后分别缠绕在牵引绞盘a(3-21)、牵引绞盘b(3-22)和牵引绞盘c(3-23)上。
6.根据权利要求1所述的一种柔性管位姿检测装置，其特征在于：所述柔性手术器械的三维空间构型检测方式为通过实时检测并记录循环往复运动的电磁定位线圈a(2-21)、电磁定位线圈b(2-22)和电磁定位线圈c(2-23)的位置来检测柔性轨道(1)的三维空间构型，进而推断出柔性手术器械的三维空间构型。
...【技术特征摘要】
1.一种面向柔性手术器械的三维空间构型检测装置，其特征在于，包括：柔性轨道(1)、可移动电磁定位装置(2)、丝驱动装置(3)、连接基座(4)和控制系统(5)；柔性轨道(1)内部设有与柔性轨道(1)曲率一致的手术工具通道(1-1)、电磁定位线圈移动轨道a(1-21)、电磁定位线圈移动轨道b(1-22)和电磁定位线圈移动轨道c(1-23)；可移动电磁定位装置包括磁场发生器(2-1)、电磁定位线圈a(2-21)、电磁定位线圈b(2-22)、电磁定位线圈c(2-23)、数据线缆a(2-31)、数据线缆b(2-32)和数据线缆c(2-33)；丝驱动装置包括牵引电机a(3-11)、牵引电机b(3-12)、牵引电机c(3-13)、牵引绞盘a(3-21)、牵引绞盘b(3-22)、牵引绞盘c(3-23)、牵引线缆a(3-31)、牵引线缆b(3-32)、牵引线缆c(3-33)、线缆导管a(3-41)、线缆导管b(3-42)、线缆导管c(3-43)、线缆导管d(3-44)、线缆导管e(3-45)和线缆导管f(3-46)；基座包括连接盘(4-1)、柔性轨道连接通道(4-2)、牵引电机连接壁a(4-31)、牵引电机连接壁b(4-32)和牵引电机连接壁c(4-33)。
2.根据权利要求1所述的一种柔性管位姿检测装置，其特征在于：所述柔性轨道(1)由弹性硅胶材质制成，柔性轨道(1)后端与柔性轨道连接通道(4-2)相连，柔性轨道(1)以嵌套或其他方式固定于柔性手术器械的待检测柔性变形部位，其曲率跟随待检测柔性变形部位的曲率变化而变化。
3.根据权利要求1所述的一种柔性管位姿检测装置，其特征在于：所述柔性轨道(1)的手术工具通道(1-1)与柔性轨道(1)同轴心并贯穿柔性轨道(1)；电磁定位线圈移动轨道a(1-21)、电磁定位线圈移动轨道b...
【专利技术属性】
技术研发人员：王开瑞，雷少康，张纪勇，张永德，邢清华，
申请(专利权)人：哈尔滨理工大学，
类型：发明
国别省市：
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