CN110974422A - 穿刺异常检测方法、装置、穿刺设备以及计算机存储介质 - Google Patents

穿刺异常检测方法、装置、穿刺设备以及计算机存储介质 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种穿刺异常检测方法、装置、穿刺设备以及计算机存储介质，一种穿刺异常检测方法，包括：实时获取机械臂的运动数据、关节电流以及穿刺作用力感应值；对所述关节电流与所述穿刺作用力感应值进行融合以得到穿刺作用力融合值；基于机械臂运动与穿刺作用力的关系，根据所述运动数据计算得到穿刺作用力理想值；比较所述穿刺作用力融合值与所述穿刺作用力理想值，根据比较结果判定是否发生穿刺异常。上述方法可以根据机械臂的相关参数实时计算穿刺作用力的融合值，并将其与当前机械臂运动情况下的穿刺作用力的理想值进行比较，从而可以自动准确地判断是否发生穿刺异常情况，防止对穿刺对象造成意外伤害。

Description

穿刺异常检测方法、装置、穿刺设备以及计算机存储介质
技术领域
本发明实施例涉及医疗器械技术，尤其涉及一种穿刺异常检测方法、装置、穿刺设备以及计算机存储介质。
背景技术
随着机器人技术的发展，穿刺机器人等设备逐渐应用于手术领域，但是由于临床影像技术的限制，可能无法实时的获取穿刺状态，从而导致无法准确判断穿刺过程中是否发生异常。因此在发生穿刺异常情况时，可能由于无法及时发现异常情况并停止穿刺，对穿刺对象造成意外的伤害。
发明内容
基于此，针对上述技术问题，本发明提供一种穿刺异常检测方法、装置、计算机设备以及存储介质，可以准确判断穿刺过程发生的异常情况。
第一方面，本发明实施例提供了一种穿刺异常检测方法，所述方法包括：
实时获取机械臂的运动数据、关节电流以及穿刺作用力感应值；
对所述关节电流与所述穿刺作用力感应值进行融合以得到穿刺作用力融合值；
基于机械臂运动与穿刺作用力的关系，根据所述运动数据计算得到穿刺作用力理想值；
比较所述穿刺作用力融合值与所述穿刺作用力理想值，根据比较结果判定是否发生穿刺异常。
上述穿刺异常检测方法，可以根据机械臂的相关参数实时计算穿刺作用力的融合值，并将其与当前机械臂运动情况下的穿刺作用力的理想值进行比较，从而可以自动准确地判断是否发生穿刺异常情况，防止对穿刺对象造成意外伤害。
在其中一个实施例中，所述对所述关节电流与所述穿刺作用力感应值进行融合以得到穿刺作用力融合值的步骤包括：
获取上一时刻的穿刺作用力融合值；
根据所述关节电流对所述上一时刻的穿刺作用力融合值进行迭代计算，以得到当前时刻的穿刺作用力融合值。
在其中一个实施例中，所述根据所述关节电流对所述上一时刻的穿刺作用力融合值进行迭代计算，以得到当前时刻的穿刺作用力融合值的步骤包括：
根据所述关节电流与上一时刻的穿刺作用力融合值得到当前时刻的穿刺作用力预测值；
根据上一时刻的误差调整量计算迭代增益；
基于所述穿刺作用力预测值、所述穿刺作用力感应值以及所述迭代增益计算得到当前时刻的穿刺作用力融合值。
在其中一个实施例中，所述方法还包括：
根据预设修正值对所述上一时刻的误差调整量进行修正；
根据修正的误差调整量与所述迭代增益计算得到更新调整量；
将所述更新调整量作为当前时刻的误差调整量，并用于下一时刻的穿刺作用力融合值的迭代计算。
在其中一个实施例中，所述运动数据包括运动位置和运动速度，所述基于机械臂运动与穿刺作用力的关系，根据所述运动数据计算得到穿刺作用力理想值的步骤包括：
根据所述运动位置和穿刺规划路径确定当前穿刺的组织类型；
查找与所述组织类型对应的机械臂运动速度与穿刺作用力的关系方程；
根据所述运动速度以及所述关系方程计算得到穿刺作用力理想值。
在其中一个实施例中，在所述运动数据计算得到穿刺作用力理想值的步骤之前，所述方法还包括：
设定所述机械臂的运动速度范围；
采集在所述运动速度范围内各运动速度下对各类型组织的穿刺作用力数值；
将各类型组织采集的所述穿刺作用力数值与对应的运动速度进行拟合，以得到各类型组织的机械臂运动速度与穿刺作用力的关系方程。
在其中一个实施例中，所述比较所述穿刺作用力融合值与所述穿刺作用力理想值，根据比较结果判定是否发生穿刺异常的步骤包括：
计算所述穿刺作用力融合值与所述穿刺作用力理想值的差值；
判断所述差值的绝对值是否大于或等于预设阈值；
当所述差值的绝对值大于或等于预设阈值时，判定发生穿刺异常。
第二方面，本发明实施例还提供了一种穿刺异常检测装置，所述穿刺异常检测装置包括：
数据获取模块，用于实时获取机械臂的运动数据、关节电流以及穿刺作用力感应值；
作用力融合模块，用于对所述关节电流与所述穿刺作用力感应值进行融合以得到穿刺作用力融合值；
理想值计算模块，用于基于机械臂运动与穿刺作用力的关系，根据所述运动数据计算得到穿刺作用力理想值；
异常判定模块，用于比较所述穿刺作用力融合值与所述穿刺作用力理想值，根据比较结果判定是否发生穿刺异常。
上述穿刺异常检测装置，可以根据机械臂的相关参数实时计算穿刺作用力的融合值，并将其与当前机械臂运动情况下的穿刺作用力的理想值进行比较，从而可以自动准确地判断是否发生穿刺异常情况，防止对穿刺对象造成意外伤害。
第三方面，本发明实施例还提供了一种穿刺设备，包括穿刺装置、机械臂、力传感器、电流传感器、存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序；
其中，所述穿刺装置设置在所述机械臂的末端，所述力传感器用于检测所述穿刺装置的穿刺作用力感应值，所述电流传感器用于检测所述机械臂的关节电流；
所述处理器分别与所述机械臂、所述力传感器以及所述电流传感器分通信连接，所述处理器用于控制所述机械臂运动以驱动所述穿刺装置进行穿刺，所述处理器还用于执行所述程序时实现如上述的穿刺异常检测方法。
上述穿刺设备，可以根据机械臂的相关参数实时计算穿刺作用力的融合值，并将其与当前机械臂运动情况下的穿刺作用力的理想值进行比较，从而可以自动准确地判断是否发生穿刺异常情况，防止对穿刺对象造成意外伤害。
第四方面，本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如上述的穿刺异常检测方法。
附图说明
图1为一个实施例中穿刺异常检测方法的流程示意图；
图2为一个实施例中步骤对关节电流与穿刺作用力感应值进行融合以得到穿刺作用力融合值的流程示意图；
图3为一个实施例中步骤根据关节电流对上一时刻的穿刺作用力融合值进行迭代计算，以得到当前时刻的穿刺作用力融合值的流程示意图；
图4为一个实施例中步骤基于机械臂运动与穿刺作用力的关系，根据运动数据计算得到穿刺作用力理想值的流程示意图；
图5为另一个实施例中穿刺异常检测方法的流程示意图；
图6为一个实施例中步骤比较穿刺作用力融合值与穿刺作用力理想值，根据比较结果判定是否发生穿刺异常的流程示意图；
图7为一个实施例中穿刺异常检测装置的结构示意图；
图8为一个实施例中穿刺设备的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
图1为一个实施例中穿刺异常检测方法的流程示意图。如图1所示，在一个实施例中，一种穿刺异常检测方法包括：
步骤S120：实时获取机械臂的运动数据、关节电流以及穿刺作用力感应值。
具体地，本实施例中的穿刺异常检测方法可以应用于带有机械臂的穿刺机器人等穿刺设备中，机械臂的末端设置有用于进行穿刺的穿刺针等穿刺装置。在进行穿刺的过程中，需要实时获取机械臂的运动数据、机械臂的关节电流以及穿刺工具的穿刺作用力。其中，机械臂的运动数据具体可以包括机械臂的运动速度以及机械臂的实时位置等，可以通过速度传感器以及位移传感器等装置获取。机械臂的关节电流可以通过在机械臂的关节电机处设置电流传感器进行获取，穿刺作用力感应值可以通过在穿刺装置后端设置力传感器进行获取。
步骤S140：对关节电流与穿刺作用力感应值进行融合以得到穿刺作用力融合值。
具体地，可以在机械臂末端的穿刺装置处建立空间坐标系，坐标系的Z轴方向与穿刺装置的穿刺路径方法一致。在穿刺过程中，力传感器实时获取的穿刺作用力感应值即为穿刺装置在Z轴上的作用力，将该穿刺作用力感应力与机械臂的关节电流进行融合，从而可以得到机械臂的实际穿刺力矩，即为穿刺作用力融合值。
步骤S160：基于机械臂运动与穿刺作用力的关系，根据运动数据计算得到穿刺作用力理想值。
具体地，根据机械臂当前时刻的速度和位置等运动数据，可以计算出当前时刻的穿刺作用力理想值。该穿刺作用力理想值具体可以通过在穿刺前获取机械臂运动与穿刺作用力的关系计算得到。机械臂运动与穿刺作用力的关系可以在模拟穿刺手术中，在机械臂末端的运行速度范围内，按一定步长，采集穿刺装置在人体内各位置处进行穿刺时的作用力融合值，从而得到各位置处按指定速度进行穿刺的作用力理想值，从而确定机械臂运动与穿刺作用力的关系。
步骤S180：比较穿刺作用力融合值与穿刺作用力理想值，根据比较结果判定是否发生穿刺异常。
具体的，将机械臂当前时刻的作用力融合值与机械臂在当前运动状态下的作用力理想值相对比，如果两者相同或差值在预设的阈值范围内，则可以认为穿刺过程正常；如果两者的差值超出了预设的阈值范围，则可以认为穿刺过程中出现异常情况，可以停止穿刺并进行上报异常信息等操作，防止对穿刺对象造成伤害。上述预设的阈值范围可以根据机械臂以及穿刺装置的规格以及穿刺精度等参数确定。
上述穿刺异常检测方法，可以根据机械臂的相关参数实时计算穿刺作用力的融合值，并将其与当前机械臂运动情况下的穿刺作用力的理想值进行比较，从而可以自动准确地判断是否发生穿刺异常情况，防止对穿刺对象造成意外伤害。
图2为一个实施例中上述步骤对关节电流与穿刺作用力感应值进行融合以得到穿刺作用力融合值的流程示意图，如图2所示，在一个实施例中，上述步骤S140具体可以包括：
步骤S142：获取上一时刻的穿刺作用力融合值。
步骤S144：根据关节电流对上一时刻的穿刺作用力融合值进行迭代计算，以得到当前时刻的穿刺作用力融合值。
具体地，在穿刺过程中，可以实时根据机械臂的关节电流融合出实际的穿刺作用力。具体可以将当前时刻记为k，上一时刻记为k-1，将当前时刻的关节电流记为uk，为当将获取的穿刺作用力感应值记为zk，将上一时刻的穿刺作用力融合值记为Fk-1|k-1，对上一时刻的穿刺作用力融合值Fk-1|k-1进行迭代计算，以得到当前时刻的穿刺作用力融合值Fk。图3为一个实施例中上述步骤根据关节电流对上一时刻的穿刺作用力融合值进行迭代计算，以得到当前时刻的穿刺作用力融合值的流程示意图，如图3所示，在上述实施例的基础上，步骤S144具体可以包括：
步骤S1441：根据关节电流与上一时刻的穿刺作用力融合值得到当前时刻的穿刺作用力预测值。
步骤S1442：根据上一时刻的误差调整量计算迭代增益。
步骤S1443：基于穿刺作用力预测值、穿刺作用力感应值以及迭代增益计算得到当前时刻的穿刺作用力融合值。
步骤S1444：根据预设修正值对上一时刻的误差调整量进行修正。
步骤S1445：根据修正的误差调整量与迭代增益计算得到更新调整量。
步骤S1446：将更新调整量作为当前时刻的误差调整量，并用于下一时刻的穿刺作用力融合值的迭代计算。
具体地，在对穿刺作用力融合值进行迭代计算时，首先基于上一时刻的穿刺作用力融合值Fk-1|k-1以及当前时刻获取的关节电流uk，根据以下公式计算得到当前时刻的穿刺作用力预测值：
Figure BDA0002326731900000081
将上一时刻的误差调整量量记为Pk-1|k-1，将预设修正值记为Q，该预设修正值可以为根据历史穿刺数据确定的经验值，根据以下公式对上一时刻的误差调整量进行修正：
Pk|k-1＝Pk-1|k-1+Q
得到修正后的误差调整量后，可以根据以下公式计算迭代增益，其中R为根据历史穿刺数据确定的经验值：
Kk＝Pk|k-1*(Pk|k-1+R)
基于迭代增益以及穿刺作用力预测值预测值，可以根据以下公式计算当前时刻的穿刺作用力融合值：
Figure BDA0002326731900000091
在得到穿刺作用力融合值后，还需要根据以下公式对误差调整量进行更新：
Pk＝(1-Kk)*Pk|k-1
将得到的更新误差调整量Pk作为当前时刻的误差调整量，并将该更新调整量应用于下一时刻的穿刺作用力融合值的迭代计算中。
图4为一个实施例中上述步骤基于机械臂运动与穿刺作用力的关系，根据运动数据计算得到穿刺作用力理想值的流程示意图，在一个实施例中，运动数据包括运动位置和运动速度，如图4所示，上述步骤S160具体可以包括：
步骤S162：根据运动位置和穿刺规划路径确定当前穿刺的组织类型。
步骤S164：查找与组织类型对应的机械臂运动速度与穿刺作用力的关系方程。
步骤S166:根据运动速度以及关系方程计算得到穿刺作用力理想值。
具体的，在进行穿刺前，可以利用CT、MR等影像设备预先确定穿刺规划路径，并在穿刺规划路径上标记出经过的组织类型及其在穿刺路径上的位置。在机械臂驱动穿刺装置进行穿刺时，实时获取机械臂的运动速度以及运动位置，根据机械臂的当前位置以及穿刺规划路径，可以确定穿刺装置当前在穿刺的组织类型。从而可以根据预先获取的穿刺装置在各中类型组织中穿刺作用力与机械臂运动速度的关系方程，计算出当前时刻穿刺装置的穿刺作用力理想值，可以将该穿刺作用力理想值记为Fc。
图5为另一个实施例中穿刺异常检测方法的流程示意图，如图5所示，在一个实施例中，在上述步骤S166之前，本实施例中的穿刺异常检测方法还可以包括：
步骤S112：设定机械臂的运动速度范围。
步骤S114:采集在运动速度范围内各运动速度下对各类型组织的穿刺作用力数值。
步骤S116:将各类型组织采集的穿刺作用力数值与对应的运动速度进行拟合，以得到各类型组织的机械臂运动速度与穿刺作用力的关系方程。
具体地，上述机械臂运动速度与穿刺作用力的关系方程一般需要在进行穿刺前获取，具体可以通过进行模拟穿刺，采集穿刺装置在各类型组织中的穿刺作用力数值，并将其与对应的机械臂运动速度进行拟合获得。一般可以根据机械臂的实际规格，设定在穿刺手术中机械臂末端的运动速度范围，记为[vmin,vmax]，按照预设的步长s，采集各速度下，穿刺装置对各种类型的组织进行穿刺时的作用力融合值，将作用力融合值作为穿刺装置按指定速度对指定类型组织进行穿刺时的作用力理想值。
采集完作用力理想值后，在各种类型组织下，将作用力理想值力在[vmin,vmax]范围内拟合成机械臂运动速度的二次方程为：f(v)＝av2+bv+c，即为各类型组织的机械臂运动速度与穿刺作用力的关系方程，可以将得到的关系方程保存在对应关系数据库中，以便于进行穿刺时获取。进一步地，在一个优选的实施例中，上述关系方程所使用的的拟合方法包括但不限于最小二乘法以及绝对距离法等拟合方法。
图6为一个实施例中上述步骤比较穿刺作用力融合值与穿刺作用力理想值，根据比较结果判定是否发生穿刺异常的流程示意图，在一个实施例中，如图6所示，上述步骤S180具体可以包括：
步骤S182：计算穿刺作用力融合值与穿刺作用力理想值的差值。
步骤S184:判断差值的绝对值是否大于或等于预设阈值。
步骤S186:当差值的绝对值大于或等于预设阈值时，判定发生穿刺异常。
具体的，在上述步骤计算得到作用力融合值Fk与作用力理想值Fc后，可以计算作用力融合值Fk与作用力理想值Fc的差值，并将差值与预设阈值Fth进行对比，预设阈值Fth具体可以根据机械臂以及穿刺装置的规格以及穿刺精度等确定。如果判断|Fk-Fc|≥Fth，说明穿刺过程中作用力融合值Fk与作用力理想值Fc的偏差过大，可以认为穿刺过程中出现异常情况，则可以控制机械臂停止穿刺，并上报异常信息，从而避免了异常情况对穿刺对象造成意外伤害。
图7为一个实施例中穿刺异常检测装置的结构示意图，如图7所示，在一个实施例中，一种穿刺异常检测装置300包括：数据获取模块320，用于实时获取机械臂的运动数据、关节电流以及穿刺作用力感应值；作用力融合模块340，用于对关节电流与穿刺作用力感应值进行融合以得到穿刺作用力融合值；理想值计算模块360，用于基于机械臂运动与穿刺作用力的关系，根据运动数据计算得到穿刺作用力理想值；异常判定模块380，用于比较穿刺作用力融合值与穿刺作用力理想值，根据比较结果判定是否发生穿刺异常。
具体地，数据获取模块320可以实时获取机械臂的运动数据、关节电流以及穿刺作用力感应值，其中机械臂的运动数据具体可以包括通过速度传感器以及位移传感器等装置获取的机械臂的运动速度以及实时位置等，机械臂的关节电流以及穿刺作用力感应值可以分贝通过电流传感器以及力传感器进行获取，数据获取模块320将关节电流以及穿刺作用力感应值发送给作用力融合模块340，将机械臂的运动数据发送给理想值计算模块360。
作用力融合模块340对接收的关节电流与穿刺作用力感应值进行融合，从而得到穿刺作用力融合值，并将该穿刺作用力融合值发送给异常判定模块380。理想值计算模块360基于机械臂运动与穿刺作用力的关系，根据所接收的机械臂运动数据计算得到穿刺作用力理想值，机械臂运动与穿刺作用力的关系可以通过在穿刺前采集穿刺装置在人体内各位置处以各速度进行穿刺时的作用力融合值获得，理想值计算模块360将计算得到的穿刺作用力理想值发送给异常判定模块380。
理想值计算模块360接收穿刺作用力融合值与穿刺作用力理想值后，将穿刺作用力融合值与穿刺作用力理想值进行比较，判断二者的差距是否超出了预设的阈值范围，从而判断穿刺过程中是否出现异常情况，当判断出现异常时，可以停止穿刺并进行上报异常信息等操作。
上述穿刺异常检测装置300，可以根据机械臂的相关参数实时计算穿刺作用力的融合值，并将其与当前机械臂运动情况下的穿刺作用力的理想值进行比较，从而可以自动准确地判断是否发生穿刺异常情况，防止对穿刺对象造成意外伤害。
可以理解的是，本发明实施例所提供的穿刺异常检测装置可执行本发明任意实施例所提供的穿刺异常检测方法，具备执行方法相应的功能模块和有益效果。上述实施例中穿刺异常检测装置所包括的各个单元和模块只是按照功能逻辑进行划分的，但并不局限于上述的划分，只要能够实现相应的功能即可；另外，各功能单元的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本发明的保护范围。
图8为一个实施例中穿刺设备的结构示意图，如图8所示，在一个实施例中，提供一种穿刺设备500，包括穿刺装置520、机械臂540、力传感器、电流传感器、存储器、处理器560及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序；其中，穿刺装置设置在机械臂的末端，力传感器用于检测穿刺装置的穿刺作用力感应值，电流传感器用于检测机械臂的关节电流；处理器分别与机械臂、力传感器以及电流传感器分通信连接，处理器用于控制机械臂运动以驱动穿刺装置进行穿刺，处理器还用于执行如下步骤：实时获取机械臂的运动数据、关节电流以及穿刺作用力感应值；对关节电流与穿刺作用力感应值进行融合以得到穿刺作用力融合值；基于机械臂运动与穿刺作用力的关系，根据运动数据计算得到穿刺作用力理想值；比较穿刺作用力融合值与穿刺作用力理想值，根据比较结果判定是否发生穿刺异常。
具体的，穿刺设备500可以为一穿刺机器人，穿刺设备500设置有机械臂540，机械臂540可以向多维度方向运动，机械臂540的末端设置有穿刺装置520，穿刺装置520与机械臂540可以为可拆卸连接，穿刺装置520具体可以为穿刺针等装置，穿刺装置520的种类和规格可以根据实际穿刺需求确定。在穿刺装置520的后端可以设置有力传感器，该力传感器可以为六维力传感器，从而可以实时检测穿刺装置520在各个方向上的作用力，其中演穿刺路径方向上的作用力即为穿刺力感应值。在机械臂540的各个关节电机出还设置有电流传感器，电流传感器可以实时检测机械臂各关节电机处的关节电流。
穿刺设备500中还包括由处理器560以及存储器，处理器500以及存储器可以设置在机械臂540的主体内部，也可以独立设置于机械臂540之外，处理器560与机械臂540通信连接，处理器560可以控制机械臂540运动，从而带懂穿刺装置540进行穿刺，处理器560可以实时获取机械臂540的运动数据以及力传感器和电流传感器所检测的作用力感应值与机关节电流，处理器560可以根据这些数据计算得到穿刺作用力融合值以及穿刺作用力理想值，并通过比较穿刺作用力融合值与穿刺作用力理想值判断是否发生穿刺异常，在判断发生异常情况时，处理器560可以控制机械臂540停止运动，从而使穿刺装置520停止穿刺，从而在发生穿刺异常时保护穿刺对象。
可以理解的是,本发明实施例所提供的一种穿刺设备,其处理器执行存储在存储器上的程序不限于如上所述的方法操作,还可以执行本发明任意实施例所提供的穿刺异常检测方法中的相关操作。
进一步地，上述穿刺设备中处理器的数量可以是一个或多个，处理器与存储器可以通过总线或其他方式连接。存储器可主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序；存储数据区可存储根据终端的使用所创建的数据等。此外，存储器可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非易失性固态存储器件。在一些实例中，存储器可进一步包括相对于处理器远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至设备/终端/服务器。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。
在一个实施例中，本发明还提供一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时可以使得处理器执行如下步骤：实时获取机械臂的运动数据、关节电流以及穿刺作用力感应值；对关节电流与穿刺作用力感应值进行融合以得到穿刺作用力融合值；基于机械臂运动与穿刺作用力的关系，根据运动数据计算得到穿刺作用力理想值；比较穿刺作用力融合值与穿刺作用力理想值，根据比较结果判定是否发生穿刺异常。
可以理解的是,本发明实施例所提供的一种包含计算机程序的计算机可读存储介质,其计算机可执行的程序不限于如上所述的方法操作,还可以执行本发明任意实施例所提供的穿刺异常检测方法中的相关操作。
通过以上关于实施方式的描述，所属领域的技术人员可以清楚地了解到，本发明可借助软件及必需的通用硬件来实现，当然也可以通过硬件实现，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如计算机的软盘、只读存储器(Read-Only Memory,ROM)、随机存取存储器(RandomAccess Memory,RAM)、闪存(FLASH)、硬盘或光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例中所述的方法。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的较佳实施例及所运用技术原理，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明专利的保护范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种穿刺异常检测方法，其特征在于，包括：
实时获取机械臂的运动数据、关节电流以及穿刺作用力感应值；
对所述关节电流与所述穿刺作用力感应值进行融合以得到穿刺作用力融合值；
基于机械臂运动与穿刺作用力的关系，根据所述运动数据计算得到穿刺作用力理想值；
比较所述穿刺作用力融合值与所述穿刺作用力理想值，根据比较结果判定是否发生穿刺异常。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对所述关节电流与所述穿刺作用力感应值进行融合以得到穿刺作用力融合值的步骤包括：
获取上一时刻的穿刺作用力融合值；
根据所述关节电流对所述上一时刻的穿刺作用力融合值进行迭代计算，以得到当前时刻的穿刺作用力融合值。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述关节电流对所述上一时刻的穿刺作用力融合值进行迭代计算，以得到当前时刻的穿刺作用力融合值的步骤包括：
根据所述关节电流与上一时刻的穿刺作用力融合值得到当前时刻的穿刺作用力预测值；
根据上一时刻的误差调整量计算迭代增益；
基于所述穿刺作用力预测值、所述穿刺作用力感应值以及所述迭代增益计算得到当前时刻的穿刺作用力融合值。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
根据预设修正值对所述上一时刻的误差调整量进行修正；
根据修正的误差调整量与所述迭代增益计算得到更新调整量；
将所述更新调整量作为当前时刻的误差调整量，并用于下一时刻的穿刺作用力融合值的迭代计算。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述运动数据包括运动位置和运动速度，所述基于机械臂运动与穿刺作用力的关系，根据所述运动数据计算得到穿刺作用力理想值的步骤包括：
根据所述运动位置和穿刺规划路径确定当前穿刺的组织类型；
查找与所述组织类型对应的机械臂运动速度与穿刺作用力的关系方程；
根据所述运动速度以及所述关系方程计算得到穿刺作用力理想值。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在所述运动数据计算得到穿刺作用力理想值的步骤之前，所述方法还包括：
设定所述机械臂的运动速度范围；
采集在所述运动速度范围内各运动速度下对各类型组织的穿刺作用力数值；
将各类型组织采集的所述穿刺作用力数值与对应的运动速度进行拟合，以得到各类型组织的机械臂运动速度与穿刺作用力的关系方程。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述比较所述穿刺作用力融合值与所述穿刺作用力理想值，根据比较结果判定是否发生穿刺异常的步骤包括：
计算所述穿刺作用力融合值与所述穿刺作用力理想值的差值；
判断所述差值的绝对值是否大于或等于预设阈值；
当所述差值的绝对值大于或等于预设阈值时，判定发生穿刺异常。
8.一种穿刺异常检测装置，其特征在于，包括：
数据获取模块，用于实时获取机械臂的运动数据、关节电流以及穿刺作用力感应值；
作用力融合模块，用于对所述关节电流与所述穿刺作用力感应值进行融合以得到穿刺作用力融合值；
理想值计算模块，用于基于机械臂运动与穿刺作用力的关系，根据所述运动数据计算得到穿刺作用力理想值；
异常判定模块，用于比较所述穿刺作用力融合值与所述穿刺作用力理想值，根据比较结果判定是否发生穿刺异常。
9.一种穿刺设备，其特征在于，包括穿刺装置、机械臂、力传感器、电流传感器、存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序；
其中，所述穿刺装置设置在所述机械臂的末端，所述力传感器用于检测所述穿刺装置的穿刺作用力感应值，所述电流传感器用于检测所述机械臂的关节电流；
所述处理器分别与所述机械臂、所述力传感器以及所述电流传感器分通信连接，所述处理器用于控制所述机械臂运动以驱动所述穿刺装置进行穿刺，所述处理器还用于执行所述程序时实现如权利要求1至7中任一项所述的穿刺异常检测方法。
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现如权利要求1至7中任一项所述的穿刺异常检测方法。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113171177A (zh) * 2021-04-07 2021-07-27 上海交通大学 可捕捉腰椎穿刺组织层突破感的人机交互控制方法及系统
CN116898548A (zh) * 2023-09-13 2023-10-20 真健康（北京）医疗科技有限公司 穿刺手术机器人末端移动位置的确定方法及设备

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050234433A1 (en) * 1992-08-10 2005-10-20 Intuitive Surgical, Inc. Apparatus for performing surgical procedures with a passively flexing robotic assembly
CN103549994A (zh) * 2013-10-23 2014-02-05 沈阳工业大学 微创血管介入手术导管机器人三维模糊控制装置及方法
CN104042284A (zh) * 2013-03-14 2014-09-17 伊西康内外科公司 与外科器械一起使用的可互换轴组件
CN104605928A (zh) * 2009-05-08 2015-05-13 圣犹达医疗用品卢森堡控股有限公司 用于在基于导管的消融治疗中控制损伤尺寸的方法和装置
CN104758051A (zh) * 2009-03-09 2015-07-08 直观外科手术操作公司 在自动化外科手术系统中用于电外科手术工具的可适配的集成能量控制系统
US20160256200A1 (en) * 2008-12-12 2016-09-08 Globus Medical, Inc. Lateral spinous process spacer with deployable wings
CN109259863A (zh) * 2017-07-18 2019-01-25 格罗伯斯医疗有限公司 用于使用多轴力和力矩反馈插入手术工具的系统和方法
CN110167459A (zh) * 2016-12-21 2019-08-23 爱惜康有限责任公司 具有主处理器和安全处理器的外科器械
CN110236681A (zh) * 2019-07-18 2019-09-17 上海钛米机器人科技有限公司 一种穿刺机器人及其机械臂用进针系统
CN110338852A (zh) * 2018-04-04 2019-10-18 云南师范大学 一种基于增强现实的触觉可视化穿刺手术导航系统

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050234433A1 (en) * 1992-08-10 2005-10-20 Intuitive Surgical, Inc. Apparatus for performing surgical procedures with a passively flexing robotic assembly
US20160256200A1 (en) * 2008-12-12 2016-09-08 Globus Medical, Inc. Lateral spinous process spacer with deployable wings
CN104758051A (zh) * 2009-03-09 2015-07-08 直观外科手术操作公司 在自动化外科手术系统中用于电外科手术工具的可适配的集成能量控制系统
CN104605928A (zh) * 2009-05-08 2015-05-13 圣犹达医疗用品卢森堡控股有限公司 用于在基于导管的消融治疗中控制损伤尺寸的方法和装置
CN104042284A (zh) * 2013-03-14 2014-09-17 伊西康内外科公司 与外科器械一起使用的可互换轴组件
CN103549994A (zh) * 2013-10-23 2014-02-05 沈阳工业大学 微创血管介入手术导管机器人三维模糊控制装置及方法
CN110167459A (zh) * 2016-12-21 2019-08-23 爱惜康有限责任公司 具有主处理器和安全处理器的外科器械
CN109259863A (zh) * 2017-07-18 2019-01-25 格罗伯斯医疗有限公司 用于使用多轴力和力矩反馈插入手术工具的系统和方法
CN110338852A (zh) * 2018-04-04 2019-10-18 云南师范大学 一种基于增强现实的触觉可视化穿刺手术导航系统
CN110236681A (zh) * 2019-07-18 2019-09-17 上海钛米机器人科技有限公司 一种穿刺机器人及其机械臂用进针系统

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113171177A (zh) * 2021-04-07 2021-07-27 上海交通大学 可捕捉腰椎穿刺组织层突破感的人机交互控制方法及系统
CN116898548A (zh) * 2023-09-13 2023-10-20 真健康（北京）医疗科技有限公司 穿刺手术机器人末端移动位置的确定方法及设备
CN116898548B (zh) * 2023-09-13 2023-12-12 真健康（北京）医疗科技有限公司 穿刺手术机器人末端移动位置的确定方法及设备

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