CN116473684A - 基于光学追踪的血管介入机器人模拟手柄及作业方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于光学追踪的血管介入机器人模拟手柄及作业方法，所述手柄包括：导丝模拟段、渐变段和光学检测段；导丝模拟段与真实导丝的表面结构和直径均相同，渐变段自第一端向第二端截面面积逐渐增大，导丝模拟段的一端与渐变段的第一端连接或一体成型，渐变段的第二端与光学检测段的第一端连接或一体成型；光学检测段位于第一光学检测组件内部，第一光学检测组件内设有至少一个第一光学追踪模块，所述第一光学追踪模块用于光学检测段旋转运动和轴向线性运动的跟踪检测；本发明可以实现医生在远程的操作台对导丝进行临床上的操作手法，无需再需医生进行不同动作的转换，极大提高了医生的工作效率，节约了医生的精力。
Description
技术领域
本发明涉及血管介入机器人技术领域，特别涉及一种基于光学追踪的血管介入机器人模拟手柄及作业方法。
背景技术
本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术，并不必然构成现有技术。
在血管介入手术领域，针对医生在手术过程需要暴露在射线下的问题，进行了手术机器人系统的研发设计，但针对导丝的遥控操作，一般使用的是通过摇杆进行操作，医生需要将对导丝的前进、后退及旋转操作，转换为通过对摇杆进行的前后左右或者旋转按钮的动作。
发明人发现，上述导丝的操作过程医生来说是非常不方便的，在手术过程中，医生要付出精力和脑力去思考摇杆动作和导丝动作的对应问题，尤其是长时间的手术时，极大的耗费了医生宝贵的脑力和精力，而这部分脑力的付出，对改善临床手术效果没有任何益处，只是用来克服手术机器人系统本身的问题。
发明内容
为了解决现有技术的不足，本发明提供了一种基于光学追踪的血管介入机器人模拟手柄及作业方法，医生可以使用临床上对导丝的操作手法，如前进、后退、搓捻等动作操作手柄，床旁的导丝运动完全按照医生的手法进行伴随动作，极大的简化了医生在远程介入手术中对导丝遥控操作的学习曲线。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
本发明第一方面提供了一种基于光学追踪的血管介入机器人模拟手柄。
一种基于光学追踪的血管介入机器人模拟手柄，包括：导丝模拟段、渐变段和光学检测段；
导丝模拟段与真实导丝的表面结构和直径均相同，渐变段自第一端向第二端截面面积逐渐增大，导丝模拟段的一端与渐变段的第一端连接或一体成型，渐变段的第二端与光学检测段的第一端连接或一体成型；
光学检测段位于第一光学检测组件内部，第一光学检测组件内设有至少一个第一光学追踪模块，所述第一光学追踪模块用于光学检测段旋转运动和轴向线性运动的跟踪检测。
作为本发明第一方面进一步的限定，光学检测段的第二端正对设有第二光学检测组件，第二光学检测组件包括有至少一个第二光学追踪模块，所述第二光学追踪模块用于光学检测段旋转运动的跟踪检测。
作为本发明第一方面进一步的限定，渐变段呈圆锥状。
作为本发明第一方面进一步的限定，渐变段的第二端端面与光学检测段第一端的端面形状相同。
作为本发明第一方面进一步的限定，光学检测段呈圆柱状。
作为本发明第一方面进一步的限定，第一光学检测组件为圆筒状结构，第一光学检测组件的内壁上固定有至少一个第一光学追踪模块。
作为本发明第一方面更进一步的限定，第一光学追踪模块为多个，多个第一光学追踪模块布置在圆筒状结构的不同轴向位置的内壁上。
作为本发明第一方面更进一步的限定，各光学追踪模块布置在圆筒状结构的不同环向位置上。
本发明第二方面提供了一种第一方面所述的基于光学追踪的血管介入机器人模拟手柄的作业方法，包括以下过程：
导丝模拟段存在轴向位移或者旋转时，通过渐变段带动光学检测段的动作，通过第一光学检测组件进行光学检测段的旋转运动和轴向线性运动的跟踪检测，通过第二光学检测组件进行光学检测段的旋转运动的跟踪检测；
将跟踪检测的结果反馈给实体导丝控制系统，以将导丝模拟段的动作传递至真实导丝。
作为本发明第二方面更进一步的限定，对比各第一检测模块以及第二检测模块的跟踪结果，当结果一致时，判断执行无误，将跟踪检测的结果反馈给实体导丝控制系统；当结果不一致时，判断执行错误，不执行实体导丝控制。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明创新性的研制了一种基于光学追踪的血管介入机器人模拟手柄，可以实现医生在远程的操作台对导丝进行临床上的操作，无需再需医生进行不同动作的转换，极大提高了医生的工作效率，节约了医生的精力；基于成熟的光电追踪技术的位移检测，可以实现高分辨率的动作复原，从而达到将医生远程操作的手法精准的传递到床旁的控制系统的效果。
2、在以往的设计中，模拟导丝段的直径远大于真实临床中使用的导丝，无法使医生获得真实的手感，本发明中导丝段至光电检测段的锥形过渡设计，既可以满足医生对导丝的真实手感，又精确的放大了医生的动作，同时大大降低了后续检测电路的设计难度，提高了检测电路的检测精度。
3、本发明基于光学跟踪技术的应用，配合特殊设计的导丝模拟系统，将医生对导丝的搓捻动作进行了精准的跟踪，多个光学跟踪模块的协同验证设计提高了位移检测的准确性，当信息不一致时，通过设置数据无效等方式，提高了手术的安全性。
4、本发明可以应用于采集医生手法的试验设备，在试验阶段，将经验丰富的医生进入模拟高难度分叉血管的手法进行收集，作为血管介入手术机器人的手术自动模式，在临床时，可以选择设置为自动模式进入分叉血管，极大的提高了工作效率和工作准确率。
本发明附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1为本发明实施例1提供的基于光学追踪的血管介入机器人模拟手柄的示意图；
图2为本发明实施例1提供的第一光学检测组件示意图；
图3为本发明实施例1提供的光学跟踪方向示意图；
图4为本发明实施例1提供的第一光学检测组件中各光学跟踪模块功能示意图；
其中，1-导丝模拟段；2-渐变段；3-光学检测段；4-第一光学检测组件；5-光学检测面；6-第二光学检测组件。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
实施例1：
如图1所示，本发明实施例1提供了一种基于光学追踪的血管介入机器人模拟手柄，包括：导丝模拟段1、渐变段2、光学检测段3、第一光学检测组件4、光学检测面5和第二光学检测组件6；
导丝模拟段1与真实导丝的表面结构和直径均相同，渐变段2自第一端向第二端截面面积逐渐增大，导丝模拟段1的一端与渐变段2的第一端连接或一体成型，渐变段2的第二端与光学检测段3的第一端连接或一体成型；
光学检测3段位于第一光学检测组件4内部，第一光学检测组件4内设有至少一个第一光学追踪模块，所述第一光学追踪模块用于光学检测段3旋转运动和轴向线性运动的跟踪检测。
光学检测段3的第二端(端面为光学检测面5)正对设有第二光学检测组件6，第二光学检测组件6包括有至少一个第二光学追踪模块，所述第二光学追踪模块用于光学检测段3旋转运动的跟踪检测。
具体的，如图3所示，通过第一光学检测组件4和第二光学检测组件6，形成两种形式的检测，第一光学检测组件4对光学检测段3的旋转运动和轴向线性运动进行跟踪，第二光学检测组件6对光学检测段3的第二端进行旋转检测，以此相互验证位移信息的准确。
本实施例中，导丝模拟段1的作用是模拟真实导丝的触感，在表面处理和直径方面模拟临床导丝，医生操控该导丝模拟段1进行血管介入手术，以使得真实导丝跟随导丝模拟段1的动作方式进行动作。
本实施例中，设置渐变段2的作用是将导丝模拟段1的旋转运动和轴线线性运动，传递到后面的第一检测组件4上，优选的，渐变段2呈圆锥状，一方面对接模拟临床导丝直径的导丝模拟段1，另一方面将其动作放大到光学检测段3。
本实施例中，渐变段2的第二端端面与光学检测段3第一端的端面形状相同；优选的，本实施例中渐变段2的端面为圆形，光学检测段3的第一端端面也为圆形，两个端面的圆形直径相同，且两圆端面完全贴合(可以连接，也可以是一体成型)。
本实施例中，光学检测段3呈圆柱状，表面粗糙，第一光学检测组件4为圆筒状结构，第一光学检测组件4的内壁上固定有至少一个第一光学追踪模块，本实施例中优选的采用三个第一光学追踪模块，如图2所示(光学追踪模块1、光学追踪模块2和光学追踪模块3)。
本实施例中，当第一光学追踪模块为三个时，三个第一光学追踪模块布置在圆筒状结构的不同轴向位置的内壁上，三个光学追踪模块布置在圆筒状结构的不同环向位置上。
本实施例所述的第一光学检测模块和第二光学检测模块，均采用目前已有的光学追踪集成芯片作为主控芯片，如PixArt Imaging公司的光学追踪系列，该模块通过发射红外或激光光源，通过光学CMOS感光器采集反射的光信号，通过放大后投射到CMOS矩阵上形成数据帧，成帧的光信号转换为电信号后传输给数字处理模块，数字处理模块可以是IC芯片内的DSP模块，也可以选择使用FPGA进行处理。数字处理模块对信息进行降噪和处理后，将位移信息传递给控制器进行位移分析。
本实施例中，设置三个追踪模块的目的，是将三个模块的位移信息相互验证，保证位移信息的正确性。
如图4所示，各个第一光学追踪模块相互配合，最终有效的数据在于第二光学追踪模块的数据进行验证，验证成功的数据被中央处理器接受并通过以太网或者无线形式传送到床旁控制台，转换为电机动作数据，从而带动驱动模块进行相应的动作，完成导丝的各种动作。
实施例2：
本发明实施例2提供了一种实施例1所述的基于光学追踪的血管介入机器人模拟手柄的作业方法，包括以下过程：
导丝模拟段存在轴向位移或者旋转时，通过渐变段带动光学检测段的动作，通过第一光学检测组件进行光学检测段的旋转运动和轴向线性运动的跟踪检测，通过第二光学检测组件进行光学检测段的旋转运动的跟踪检测；
将跟踪检测的结果反馈给实体导丝控制系统，以将导丝模拟段的动作传递至真实导丝。
本实施例中，对比各第一检测模块以及第二检测模块的跟踪结果，当结果一致时，判断执行无误，将跟踪检测的结果反馈给实体导丝控制系统；当结果不一致时，判断执行错误，不执行实体导丝控制。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于光学追踪的血管介入机器人模拟手柄，其特征在于，
包括：导丝模拟段、渐变段和光学检测段；
导丝模拟段与真实导丝的表面结构和直径均相同，渐变段自第一端向第二端截面面积逐渐增大，导丝模拟段的一端与渐变段的第一端连接或一体成型，渐变段的第二端与光学检测段的第一端连接或一体成型；
光学检测段位于第一光学检测组件内部，第一光学检测组件内设有至少一个第一光学追踪模块，所述第一光学追踪模块用于光学检测段旋转运动和轴向线性运动的跟踪检测。
2.如权利要求1所述的基于光学追踪的血管介入机器人模拟手柄，其特征在于，
光学检测段的第二端正对设有第二光学检测组件，第二光学检测组件包括有至少一个第二光学追踪模块，所述第二光学追踪模块用于光学检测段旋转运动的跟踪检测。
3.如权利要求1所述的基于光学追踪的血管介入机器人模拟手柄，其特征在于，
渐变段呈圆锥状。
4.如权利要求1-3任一项所述的基于光学追踪的血管介入机器人模拟手柄，其特征在于，
渐变段的第二端端面与光学检测段第一端的端面形状相同。
5.如权利要求1-3任一项所述的基于光学追踪的血管介入机器人模拟手柄，其特征在于，
光学检测段呈圆柱状。
6.如权利要求1-3任一项所述的基于光学追踪的血管介入机器人模拟手柄，其特征在于，
第一光学检测组件为圆筒状结构，第一光学检测组件的内壁上固定有至少一个第一光学追踪模块。
7.如权利要求6所述的基于光学追踪的血管介入机器人模拟手柄，其特征在于，
第一光学追踪模块为多个，多个第一光学追踪模块布置在圆筒状结构的不同轴向位置的内壁上。
8.如权利要求7所述的基于光学追踪的血管介入机器人模拟手柄，其特征在于，
各光学追踪模块布置在圆筒状结构的不同环向位置上。
9.一种权利要求1-8任一项所述的基于光学追踪的血管介入机器人模拟手柄的作业方法，其特征在于，包括以下过程：
导丝模拟段存在轴向位移或者旋转时，通过渐变段带动光学检测段的动作，通过第一光学检测组件进行光学检测段的旋转运动和轴向线性运动的跟踪检测，通过第二光学检测组件进行光学检测段的旋转运动的跟踪检测；
将跟踪检测的结果反馈给实体导丝控制系统，以将导丝模拟段的动作传递至真实导丝。
10.如权利要求9所述的作业方法，其特征在于，
对比各第一检测模块以及第二检测模块的跟踪结果，当结果一致时，判断执行无误，将跟踪检测的结果反馈给实体导丝控制系统；当结果不一致时，判断执行错误，不执行实体导丝控制。
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| GR01 | Patent grant | ||
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