[发明专利]超声平面外血管穿刺辅助机器人

权利要求书

1.一种超声平面外血管穿刺辅助机器人，其特征在于，包括：依次连接的图像识别处理单元、穿刺导航单元、运动规划单元、运动控制单元和电机驱动单元；

所述图像识别处理单元用于对穿刺目标区域的血管实时影像进行分析计算，获取血管轮廓形状数据和血管中心位置数据；

所述穿刺导航单元用于基于所述血管轮廓形状数据和所述血管中心位置数据，计算优选穿刺姿态和优选穿刺路径；

所述运动规划单元用于基于所述优选穿刺路径，计算得出穿刺针具由当前姿态调整到所述优选穿刺姿态所需的电机控制参数；

所述运动控制单元用于基于所述电机控制参数，控制所述电机驱动单元，驱动所述穿刺针具移动到所述优选穿刺姿态，并沿所述优选穿刺路径进行穿刺；

所述穿刺导航单元具体用于：

基于所述血管轮廓形状数据和所述血管中心位置数据，通过比照预存的血管穿刺经验数据，计算得到包括优选穿刺角度、穿刺进针点坐标、穿刺进针深度和穿刺速度的优选穿刺姿态；

还包括操作显示单元，用于显示优选穿刺路径引导线，并以图例形式实时模拟并显示所述穿刺针具刺入血管的状态和轨迹；

还包括针尖远心控制单元，用于通过针尖远心控制技术，以所述穿刺针具刺入血管点为支点，旋转所述穿刺针具，并在调整所述穿刺针具的角度时，保持所述穿刺针具的针尖始终处于超声探测声束平面内，以使所述穿刺针具的针尖超声影像始终显影；

所述针尖远心控制单元与所述运动控制单元和电机运动数据处理单元连接，在穿刺针具刺入血管完成后，需要适当减小穿刺针具刺入血管的角度，以达到防止针尖从血管里脱出的效果；

所述针尖远心控制单元根据手持控制器对俯仰角度的调节量，以血管刺入点为支点进行穿刺针具的角度调整；

所述针尖远心控制单元计算得出穿刺控制以及平移控制的调节量，并发送给运动控制单元完成针尖远心控制，穿刺针具的针尖在调整穿刺角度过程中始终显影，能够避免手动调整穿刺角度时穿刺针具容易脱落及刺破血管的风险。

2.根据权利要求1所述的辅助机器人，其特征在于，所述穿刺导航单元还用于计算优选穿刺速度；

相应的，所述运动控制单元具体用于，控制所述电机驱动单元，驱动所述穿刺针具按所述优选穿刺速度沿所述优选穿刺路径进行穿刺。

3.根据权利要求1所述的辅助机器人，其特征在于，所述电机驱动单元包括平移控制电机、俯仰控制电机和穿刺控制电机；

相应的，所述运动规划单元具体用于：基于所述当前姿态、所述优选穿刺姿态和所述优选穿刺路径，通过逆解计算，获取所述平移控制电机、所述俯仰控制电机和所述穿刺控制电机分别对应的设定目标位置和设定速度。

4.根据权利要求3所述的辅助机器人，其特征在于，所述运动控制单元具体用于：

将所述平移控制电机、所述俯仰控制电机和所述穿刺控制电机分别对应的所述设定目标位置和设定速度转换为电机控制所需的位置码值和转速值，并通过通信总线，将所述位置码值和转速值发送给所述电机驱动单元的伺服电机控制器，以供所述伺服电机控制器根据所述位置码值和转速值，控制所述平移控制电机、所述俯仰控制电机和所述穿刺控制电机的位置和速度。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的辅助机器人，其特征在于，还包括超声探测单元，用于通过超声扫描所述穿刺目标区域，对所述穿刺目标区域的血管进行超声成像，获取所述穿刺目标区域的血管实时影像。

6.根据权利要求1所述的辅助机器人，其特征在于，所述操作显示单元还用于，以图例形式，显示超声探测单元的超声探头、所述穿刺针具和穿刺目标血管之间的位置关系，并以不同颜色的实线或虚线，分别显示所述优选穿刺路径、所述优选穿刺路径引导线和所述穿刺针具的刺入轨迹模拟线。

7.根据权利要求1所述的辅助机器人，其特征在于，所述操作显示单元还用于，以第一设定颜色和第一设定形状，显示穿刺目标血管的中心位置，并根据所述穿刺针具的针尖位置，以第二设定颜色和第二设定形状，实时模拟并显示所述穿刺针具的针尖显影。