[发明专利]基于实时超声图像的穿刺机器人控制方法

说明书

本发明的基于实时超声图像的穿刺机器人控制方法涉及控制穿刺机器人移动方向的方法，目的是为了克服现有术中穿刺目标多为软组织器官的场景下，穿刺目标因病人呼吸运动产生位移，导致穿刺精度低的问题，方法具体步骤如下：步骤一、分别获取穿刺目标在超声平面内和在超声平面外的运动方向和位移；步骤二、使用模型预测控制方法，控制穿刺机器人末端按照穿刺目标在超声平面内和在超声平面外的运动方向和位移进行相应的操作。

技术领域

本发明涉及控制穿刺机器人移动方向的方法，具体涉及基于图像识别穿刺目标运动并穿刺控制机器人穿刺的方法。

背景技术

针穿刺是介入放射治疗，活检等外科诊疗手段中最基本的手术方法，在传统的穿刺手术中，医生主要靠自身直觉和经验来判断穿刺位置，手术的技巧性要求高，同时还存在人手操作不稳定的问题，使用穿刺机器人能够显著减少这些人为因素带来的穿刺误差，但仍然存在术中穿刺目标因病人呼吸运动产生位移的问题，特别是在穿刺目标多为软组织器官的场景下，例如肝脏的呼吸运动位移在头尾方向上可达10.1±3.9毫米。在大多数的穿刺手术中，允许误差范围一般在毫米级，因此穿刺机器人需要处理好术中呼吸运动带来的位移。

其中，在穿刺过程中多采用门控法进行配合，门控法是一种常用的减少呼吸运动影响的方法，通常要求病人在手术时按指令屏住呼吸，同时手术医生快速插入穿刺针。

但是即使采用了门控法，身体虚弱的患者可能无法按医生指令屏住呼吸，需要额外的硬件设备支持；且每次门控的呼吸相位存在区别，不适用于需要多次穿刺的手术；插入穿刺针的时间有限；门控法无法保证穿刺目标位置与术前路径规划时的位置相同。

并且在中国专利文献号CN105361950A，公开日2016-03-02，发明“一种红外引导下的计算机辅助穿刺导航系统及方法”中，该方法通过安装在体表以及穿刺针上的红外定位装置，在术中实时显示穿刺目标，穿刺路径，穿刺针位置。该方法单纯利用体表标记点的位置变化不能完整的反应软组织器官内的穿刺目标的移动。通过跟踪体表标记点推测体内软组织器官形变，位移的精度低，效果差。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有术中穿刺目标多为软组织器官的场景下，穿刺目标因病人呼吸运动产生位移，导致穿刺精度低的问题，提供了一种基于实时超声图像的穿刺机器人控制方法。

本发明的基于实时超声图像的穿刺机器人控制方法，具体步骤如下：

步骤一、分别获取穿刺目标在超声平面内和在超声平面外的运动方向和位移；

步骤二、使用模型预测控制方法，控制穿刺机器人末端按照穿刺目标在超声平面内和在超声平面外的运动方向和位移进行相应的操作。

本发明的有益效果是：本发明公开了一种基于实时超声图像的穿刺机器人控制方法，通过提取超声图像中穿刺目标的特征，以及超声平面的空间位置信息，可以自动，精确，高速地计算出穿刺机器人末端所夹持的超声探头的运动方向，位移，补偿穿刺目标因术中病人呼吸运动产生的位移，降低穿刺目标点误差，提高穿刺过程的安全性，与其他使用外部标记点，或表面运动模型的方法相比，能更准确，高速地计算出软组织内部的运动方向，位移。

实验结果验证：本发明的方法能够准确跟踪穿刺目标在超声平面内，外的运动；能够控制穿刺机器人根据计算所得结果进行移动，实现减小呼吸运动造成的穿刺误差；在患者不需要屏气的情况下减小降低穿刺目标点误差，提高手术成功率，减轻医生手术负担，降低患者痛苦。

附图说明

图1为本发明的基于实时超声图像的穿刺机器人控制方法的原理框图；

图2为本发明中计算穿刺目标在超声平面内运动的方法流程图。

具体实施方式

具体实施方式一，本实施方式的基于实时超声图像的穿刺机器人控制方法，具体步骤如下：