[发明专利]用于诊断或治疗的机器人微创手术导管系统

说明书

本发明公开了一种用于诊断或治疗的机器人微创手术导管系统，包括导管、形状传感光纤、光纤光珊解调仪、机器人平台、致动器、微控制器、具有用户界面的计算机工作站以及使用神经网络的控制系统；致动器用于操纵导管沿纵向运动、导管尖端部旋转和偏转运动；导管内沿纵向设置有形状感应光纤，形状感应光纤用于传感导管形状，并将导管形状信号传输到控制系统；神经网络用于接收导管形状信号。本发明依据导管形状与导管非线性动态之间存在的关系，利用当前的光纤技术作支撑，实现提供导管实时的形状感测反馈。因此，可以使用处理形状传感数据的机器人导管控制系统来更好地控制导管，实现对微创机器人导管的精确、稳定和自动化的控制。

技术领域

本发明涉及机器人导管系统，尤其是涉及用于诊断或治疗的机器人微创手术导管系统。

背景技术

目前，微创导管用于诊断或治疗，可通过静脉或动脉进入人体。在大多数手动导管中，导管尖端部（远端）的运动（推动、拉动、偏转或旋转）可以通过导管医师在导管手柄（导管近端）操作实现。导管的设计可具有一根或多根转向线（拉线），其允许导管尖端部根据每一根拉线在任一个方向上偏转。手动导管的缺点是难以通过手柄操纵导管的尖端部运动，导致对使用导管进行微创手术的培训可能需要花费数年时间。此外，在防止X射线辐射的过程中，要求导管医师佩戴很重的铅围裙；铅围裙的沉重通常会导致医师遭受慢性背部伤害，并且也无法覆盖医师身体的某些部位，例如头部。

当前，存在不同类型的成像系统用于手术期间观察患者体内的导管。最常见的是荧光透视法用于导管手术，其中X射线用于观察在血管内发射的荧光染料。在许多导管设计中，传感器被嵌入导管尖端部以提供额外的反馈。位置传感器可以嵌入导管中，以提供实时跟踪导管的位置和运动的信息。接触力传感器也可以嵌入导管尖端部中，以向需要尖端与组织壁接触的导管提供接触力反馈，例如在心脏消融手术中。

在导管控制方面，当前存在机器人导管系统，医师可以在该机器人导管系统中从远程工作站进行手术，以改善手术过程。机器人导管系统的潜在好处包括减少操作时间、改善治疗或诊断功效以及改善导管的可控性。但是由于长的软体具有高度非线性的动态特性，因此在机器人导管系统中，准确、直观和自动控制仍然是一个问题。

发明内容

本发明目的在于提供一种用于诊断或治疗的机器人微创手术导管系统，实现对微创机器人导管的精确、稳定和自动化控制。

为实现上述目的，本发明采取下述技术方案：

本发明所述用于诊断或治疗的机器人微创手术导管系统，包括导管、形状传感光纤、光纤光珊解调仪、机器人平台、致动器、微控制器、具有用户界面的计算机工作站以及使用神经网络的控制系统；所述致动器用于操纵所述导管沿纵向运动、导管尖端部旋转和偏转运动；导管内沿纵向设置有至少一根所述形状感应光纤，形状感应光纤用于传感导管形状，并将所述导管形状信号传输到所述控制系统；所述神经网络用于接收导管形状信号，神经网络的输入特征包含以下一项或多项特征：导管形状、导管状态、导管尖端部的目标位置坐标、导管尖端部当前位置与所述目标位置坐标之间的误差、导管尖端部当前旋转角度与目标旋转角度之间的误差、控制器的输出、血管系统的形状先验、预先计划的导航路线、所需的操作任务、温度、血管结构的图像分割、导管尖端部接触力传感反馈信号，以及电极或阻抗反馈信号。

优选地，所述神经网络用于自动化诊断或治疗导管手术任务；所述导管手术任务包括：导管插入、导管尖端部控制、导管尖端部移动到预定目标位置、消融、血管成形术、血管造影、心脏活检、通过导管中的针头注入液体、右心导管检查、心脏缺陷修复、瓣膜成形术、瓣膜置换、内部可视化或标测、旋切术和血栓切除术；并通过训练神经网络来完成导管运动的决策，实现外科手术任务的自动化；所述训练神经网络采用深度强化学习模型（DeepQ Learning）、深度学习模型或循环神经网络模型。

优选地，训练后的所述神经网络用于动态调整所述控制系统的参数，包括神经模糊控制器或神经PID控制器。

优选地，训练后的所述神经网络用于动态地调整被控对象模型的参数。