CN116687320B - 一种医疗器械控制装置 - Google Patents
一种医疗器械控制装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN116687320B CN116687320B CN202310983279.9A CN202310983279A CN116687320B CN 116687320 B CN116687320 B CN 116687320B CN 202310983279 A CN202310983279 A CN 202310983279A CN 116687320 B CN116687320 B CN 116687320B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- motion
- mirror body
- control
- path
- algorithm model
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 claims abstract description 335
- 238000005452 bending Methods 0.000 claims description 21
- 238000012937 correction Methods 0.000 claims description 15
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 claims description 9
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims description 7
- 230000004044 response Effects 0.000 claims description 4
- 238000009795 derivation Methods 0.000 claims 1
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 41
- 230000008569 process Effects 0.000 abstract description 8
- 230000006870 function Effects 0.000 description 21
- 238000004590 computer program Methods 0.000 description 20
- 230000008859 change Effects 0.000 description 9
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 9
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 7
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 6
- 241000270295 Serpentes Species 0.000 description 5
- 210000000988 bone and bone Anatomy 0.000 description 5
- 210000000621 bronchi Anatomy 0.000 description 3
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 3
- 238000013500 data storage Methods 0.000 description 2
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 2
- 230000003902 lesion Effects 0.000 description 2
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 208000027418 Wounds and injury Diseases 0.000 description 1
- 230000001413 cellular effect Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 1
- 208000014674 injury Diseases 0.000 description 1
- 239000004973 liquid crystal related substance Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 210000000056 organ Anatomy 0.000 description 1
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
- 238000000844 transformation Methods 0.000 description 1
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
- G06T7/00—Image analysis
- G06T7/0002—Inspection of images, e.g. flaw detection
- G06T7/0012—Biomedical image inspection
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B1/00—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor
- A61B1/00002—Operational features of endoscopes
- A61B1/00004—Operational features of endoscopes characterised by electronic signal processing
- A61B1/00006—Operational features of endoscopes characterised by electronic signal processing of control signals
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B1/00—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor
- A61B1/005—Flexible endoscopes
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B1/00—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor
- A61B1/005—Flexible endoscopes
- A61B1/01—Guiding arrangements therefore
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B1/00—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor
- A61B1/267—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor for the respiratory tract, e.g. laryngoscopes, bronchoscopes
- A61B1/2676—Bronchoscopes
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
- G06T7/00—Image analysis
- G06T7/20—Analysis of motion
- G06T7/246—Analysis of motion using feature-based methods, e.g. the tracking of corners or segments
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
- G06T7/00—Image analysis
- G06T7/70—Determining position or orientation of objects or cameras
Landscapes
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Surgery (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Medical Informatics (AREA)
- Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
- Radiology & Medical Imaging (AREA)
- Public Health (AREA)
- Heart & Thoracic Surgery (AREA)
- Veterinary Medicine (AREA)
- Animal Behavior & Ethology (AREA)
- Biophysics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Pathology (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Pulmonology (AREA)
- Quality & Reliability (AREA)
- Multimedia (AREA)
- Otolaryngology (AREA)
- Physiology (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Endoscopes (AREA)
Abstract
本申请涉及一种医疗器械控制方法和相关产品。所述方法包括：根据医学图像确定柔性镜体的规划运动路径；响应于针对柔性镜体的控制信号，确定柔性镜体对应的控制运动路径，控制运动路径为柔性镜体的头端部的位置对应的运动路径；将控制运动路径和规划运动路径输入目标算法模型中，得到柔性镜体对应的规划运动速度，目标算法模型基于运动算法模型通过数学关系变形得到；基于规划运动速度调整柔性镜体的运动速度。采用本方法，通过使得医疗器械的柔性镜体的运动速度得到调整，提高医疗器械的运动灵活性，进而使得医疗器械在人体体内的运动更加安全，避免医疗器械在使用过程中对人体造成损伤。
Description
技术领域
本申请涉及医疗器械控制技术领域，特别是涉及一种医疗器械控制装置。
背景技术
随着医学技术和控制技术的快速发展，越来越多的医疗器械被应用到临床医学检测中，相应地也出现了医疗器械控制技术领域。其中，用于深入人体体内的医疗器械，为了避免检测过程中对人体造成碰撞伤害，通常地会包括头端部以及镜体部，例如，用于进入病人支气管通道的支气管镜包括可进行弯曲控制的蛇骨部分和不可进行弯曲控制的软管部分。
目前，对于例如支气管镜的医疗器械控制技术，主要是通过位置模式来进行控制，然而，通过位置模式的控制方式，对于医疗器械的推进力相对较为死板，从而导致了医疗器械在进入人体器官的过程中，存在着导致人体体内产生损伤的不良风险。
发明内容
基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够基于规划运动速度调整柔性镜体的运动速度的医疗器械控制方法、装置、计算机设备、计算机可读存储介质和计算机程序产品。
第一方面，本申请提供了一种医疗器械控制方法，应用于针对医疗器械的控制终端中，医疗器械包括柔性镜体和驱动装置。所述方法包括：
根据医学图像确定柔性镜体的规划运动路径；
响应于针对柔性镜体的控制信号，确定柔性镜体对应的控制运动路径，控制运动路径为柔性镜体的头端部的位置对应的运动路径；
将控制运动路径和规划运动路径输入目标算法模型中，得到柔性镜体对应的规划运动速度，目标算法模型基于运动算法模型通过数学关系变形得到；
基于规划运动速度调整柔性镜体的运动速度。
第二方面，本申请还提供了一种医疗器械控制装置，应用于针对医疗器械的控制终端中，医疗器械包括柔性镜体和驱动装置。所述装置包括：
第一确定模块，用于根据医学图像确定柔性镜体的规划运动路径；
第二确定模块，用于响应于针对柔性镜体的控制信号，确定柔性镜体对应的控制运动路径，控制运动路径为柔性镜体的头端部的位置对应的运动路径；
输入模块，用于将控制运动路径和规划运动路径输入目标算法模型中，得到柔性镜体对应的规划运动速度，目标算法模型基于运动算法模型通过数学关系变形得到 ；
调整模块，用于基于规划运动速度调整柔性镜体的运动速度。
第三方面，本申请还提供了一种计算机设备。所述计算机设备包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现以下步骤：
根据医学图像确定柔性镜体的规划运动路径；
响应于针对柔性镜体的控制信号，确定柔性镜体对应的控制运动路径，控制运动路径为柔性镜体的头端部的位置对应的运动路径；
将控制运动路径和规划运动路径输入目标算法模型中，得到柔性镜体对应的规划运动速度，目标算法模型基于运动算法模型通过数学关系变形得到；
基于规划运动速度调整柔性镜体的运动速度。
第四方面，本申请还提供了一种计算机可读存储介质。所述计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：
根据医学图像确定柔性镜体的规划运动路径；
响应于针对柔性镜体的控制信号，确定柔性镜体对应的控制运动路径，控制运动路径为柔性镜体的头端部的位置对应的运动路径；
将控制运动路径和规划运动路径输入目标算法模型中，得到柔性镜体对应的规划运动速度，目标算法模型基于运动算法模型通过数学关系变形得到；
基于规划运动速度调整柔性镜体的运动速度。
第五方面，本申请还提供了一种计算机程序产品。所述计算机程序产品，包括计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：
根据医学图像确定柔性镜体的规划运动路径；
响应于针对柔性镜体的控制信号，确定柔性镜体对应的控制运动路径，控制运动路径为柔性镜体的头端部的位置对应的运动路径；
将控制运动路径和规划运动路径输入目标算法模型中，得到柔性镜体对应的规划运动速度，目标算法模型基于运动算法模型通过数学关系变形得到；
基于规划运动速度调整柔性镜体的运动速度。
上述医疗器械控制方法、装置、计算机设备、存储介质和计算机程序产品，根据医学图像确定柔性镜体的规划运动路径；响应于针对柔性镜体的控制信号，确定柔性镜体对应的控制运动路径，控制运动路径为柔性镜体的头端部的位置对应的运动路径；将控制运动路径和规划运动路径输入目标算法模型中，得到柔性镜体对应的规划运动速度，目标算法模型基于运动算法模型通过数学关系变形得到；基于规划运动速度调整柔性镜体的运动速度。采用本申请实施例的方法，通过将控制运动路径和规划运动路径输入目标算法模型中，得到柔性镜体对应的规划运动速度，再基于规划运动速度调整柔性镜体的运动速度，通过使得医疗器械的柔性镜体的运动速度得到调整，提高医疗器械的运动灵活性，进而使得医疗器械在人体体内的运动更加安全，避免医疗器械在使用过程中对人体造成损伤。
附图说明
图1为一个实施例中医疗器械控制方法的应用环境图；
图2为一个实施例中医疗器械控制方法的流程示意图；
图3为一个实施例中支气管镜的结构示意图；
图4为另一个实施例中医疗器械控制方法的流程示意图；
图5为一个实施例中医疗器械控制装置的结构框图；
图6为另一个实施例中医疗器械控制装置的结构框图；
图7为一个实施例中计算机设备的内部结构图；
图8为另一个实施例中计算机设备的内部结构图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
需要说明的是，在以下的描述中，所涉及的术语“第一、第二和第三”仅仅是区别类似的对象，不代表针对对象的特定排序，可以理解地，“第一、第二和第三”在允许的情况下可以互换特定的顺序或先后次序，以使这里描述的本申请实施例能够以除了在这里图示或描述的以外的顺序实施。
本申请实施例提供的医疗器械控制方法，可以应用于如图1所示的应用环境中。其中，终端102通过网络与医疗器械104进行通信。数据存储系统可以存储医疗器械104需要处理的数据。数据存储系统可以集成在医疗器械104上，也可以放在云上或其他网络服务器上。
其中，终端102可以是智能手机、平板电脑、笔记本电脑、台式计算机物联网设备等。
终端102与医疗器械104之间可以通过蓝牙、USB(Universal Serial Bus，通用串行总线）或者网络等通讯连接方式进行连接，本申请在此不做限制。
在一个实施例中，如图2所示，提供了一种医疗器械控制方法，应用于针对医疗器械的控制终端中，医疗器械包括柔性镜体和驱动装置，该方法可由图1中的医疗器械或终端执行，或由医疗器械和终端协同执行，以该方法由图1中的终端执行为例进行说明，包括以下步骤：
S202，根据医学图像确定柔性镜体的规划运动路径。
其中，医学图像，可以包括支气管图像或其他图像。进一步地，医学图像中包括规划目的地，规划目的地可以是人体体内的病灶位置或其他待检测位置。
柔性镜体，包括头端部和镜体部，其中所述头端部为可进行弯曲控制的蛇骨部分，所述镜体部为不可进行弯曲控制的软管部分。
镜体部的第一端与头端部连接，镜体部的第二端与驱动装置连接。
驱动装置，可以是驱动电机。
根据医学图像确定柔性镜体的规划运动路径，可以是利用虚拟导航技术实现的，在针对医疗器械的控制终端中安装有虚拟导航技术的相关程序，从而能够根据医学图像以及对应的规划目的地确定出柔性镜体的规划运动路径。
具体地，控制终端基于虚拟导航技术，根据医学图像的图像性质以及医学图像中包括的待检测位置，确定柔性镜体的规划运动路径。
示例性地，如图3所示，本申请实施例的医疗器械为支气管镜，从而地，控制终端为支气管镜控制设备，支气管镜包括头端部、镜体部以及驱动装置，头端部为支气管镜的可控弯曲蛇骨部分，镜体部为支气管镜的不可控软管部分，驱动装置用于驱动支气管镜中镜体部的运动，进而地，柔性镜体的规划目的地为支气管中的病灶位置。
进一步地，针对医疗器械的控制终端，可以连接有遥控手柄，从而地，通过操作遥控手柄发起针对柔性镜体的控制信号，以实现对医疗器械的运动操作。遥控手柄可以是游戏手柄等。
S204，响应于针对柔性镜体的控制信号，确定柔性镜体对应的控制运动路径，控制运动路径为柔性镜体的头端部的位置对应的运动路径。
其中，针对柔性镜体的控制信号，可以是与控制终端连接的遥控手柄向控制终端发起的。
具体地，响应于针对柔性镜体的控制信号，确定柔性镜体对应的控制运动路径，可以是遥控手柄上的摇杆对应柔性镜体的运动方向，从而遥控手柄上的摇杆的运动方式会作为控制信号输入至针对柔性镜体的控制终端中，进而控制终端响应于针对柔性镜体的控制信号，并根据控制信号中包括的遥控手柄上的摇杆运动方式确定柔性镜体对应的控制运动路径。
示例性地，遥控手柄上有两个可以360°旋转的摇杆，从而地，第一端的摇杆中从左到右的方向可以对应柔性镜体在X轴上的运动路径，第一端的摇杆中从上到下的方向可以对应柔性镜体在Y轴上的运动路径，同理地，第二端的摇杆则可以对应柔性镜体在Z轴上的运动路径。需要说明的是，上述示例中的遥控手柄上的摇杆与柔性镜体运动方向的对应关系仅作为一种柔性镜体控制方式的示例，在此不作为对于柔性镜体的控制方式的限制。具体地，本实施例中的遥控手柄的摇杆用于控制柔性镜体中包括的可进行弯曲控制的头端部的运动路径。
S206，将控制运动路径和规划运动路径输入目标算法模型中，得到柔性镜体对应的规划运动速度，目标算法模型基于运动算法模型通过数学关系变形得到。
其中，运动算法模型，可以是针对刚体机器人的算法模型，具体地，运动算法模型是机器人的微分运动学中的算法模型。
数学关系，可以包括求导、求和、做差等数学变换。
S208，基于规划运动速度调整柔性镜体的运动速度。
其中，柔性镜体的运动速度为矢量单位，即包括运动速度的大小和运动速度的方向。
基于规划运动速度调整柔性镜体的运动速度，即是说，将柔性镜体的运动速度调整为规划运动速度，或者将柔性镜体的运动速度调整为与规划运动速度的匹配度大于预设匹配度的运动速度。
具体地，本实施例中的柔性镜体包括可进行弯曲控制的头端部和不可进行弯曲控制的镜体部，不可进行弯曲控制的镜体部的第一端与头端部连接且第二端与驱动装置连接，控制运动路径和规划运动路径是头端部的运动路径，将控制运动路径和规划运动路径输入目标算法模型中，得到的是头端部对应的规划运动速度。从而地，基于规划运动速度调整柔性镜体的运动速度，可以是通过调整与镜体部相连接的驱动装置的电机转速来间接实现的，调整电机转速从而地调整镜体部的运动速度，而镜体部的运动速度得到调整则最终完成对头端部的运动速度的调整。
进一步地，在基于规划运动速度调整柔性镜体的运动速度之后，还可以确定柔性镜体的新运动速度，并确定柔性镜体的新运动速度与规划运动速度之间的匹配度，在匹配度小于预设匹配度时，则继续执行柔性镜体的运动速度调整，直到柔性镜体的运动速度与规划运动速度之间的匹配度大于预设匹配度。
进一步地，在基于规划运动速度调整柔性镜体的运动速度之前，先确定柔性镜体的初始运动速度，并确定初始运动速度与规划运动速度之间的速度差值，若速度差值大于预设差值，则在调整驱动装置的电机转速的过程中，要确保驱动装置的电机转速变化率低于预设转速变化率，通过避免驱动装置的电机转速变化过快，进而避免柔性镜体的速度变化量过大导致柔性镜体与人体体内支气管发生碰撞造成损伤。具体地，避免柔性镜体的速度变化量过大，可以是避免柔性镜体包括的头端部的速度变化量过大，也可以是避免柔性镜体包括的头端部和镜体部两者的速度变化量过大。
上述医疗器械控制方法中，根据医学图像确定柔性镜体的规划运动路径；响应于针对柔性镜体的控制信号，确定柔性镜体对应的控制运动路径，控制运动路径为柔性镜体的头端部的位置对应的运动路径；将控制运动路径和规划运动路径输入目标算法模型中，得到柔性镜体对应的规划运动速度，目标算法模型基于运动算法模型通过数学关系变形得到；基于规划运动速度调整柔性镜体的运动速度。采用本申请实施例的方法，通过将控制运动路径和规划运动路径输入目标算法模型中，得到柔性镜体对应的规划运动速度，再基于规划运动速度调整柔性镜体的运动速度，通过使得医疗器械的柔性镜体的运动速度得到调整，提高医疗器械的运动灵活性，进而使得医疗器械在人体体内的运动更加安全，避免医疗器械在使用过程中对人体造成损伤。
在一个实施例中，柔性镜体包括可进行弯曲控制的头端部和不可进行弯曲控制的镜体部，上述基于规划运动速度调整柔性镜体的运动速度，包括：
根据规划运动速度确定镜体部对应的镜体运动速度；
根据镜体运动速度确定驱动装置对应的电机转速；
以电机转速运行驱动装置，以使驱动装置通过镜体部将头端部的运动速度调整为规划运动速度。
其中，镜体部对应的镜体运动速度为矢量单位，即包括镜体运动速度的大小和镜体运动速度的方向。
具体地，使驱动装置通过镜体部将头端部的运动速度调整为规划运动速度，即是说，驱动装置以电机转速运行，能够驱动镜体部以镜体运动速度进行运动，进而地，伴随着镜体部以镜体运动速度进行运动，头端部的运动速度被对应为规划运动速度。
本实施例中，由于柔性镜体包括可进行弯曲控制的头端部和不可进行弯曲控制的镜体部，从而在基于规划运动速度调整柔性镜体的运动速度时，首先根据规划运动速度确定镜体部对应的镜体运动速度，再根据镜体运动速度确定驱动装置对应的电机转速，最后以电机转速运行驱动装置，从而使驱动装置通过镜体部将头端部的运动速度调整为规划运动速度，以完成医疗器械的运动速度调整，通过使得医疗器械的头端部的运动速度得到调整，提高医疗器械的运动灵活性。
在一个实施例中，上述方法还包括：
基于运动算法模型，确定控制运动速度和规划运动速度之间的代价函数以及代价函数对应的成立条件；
上述将控制运动路径和规划运动路径输入目标算法模型中，得到柔性镜体对应的规划运动速度，包括：
将控制运动路径和规划运动路径输入目标算法模型中，以使目标算法模型基于代价函数以及代价函数对应的成立条件，得到柔性镜体对应的规划运动速度。
其中，代价函数，用于确定规划运动速度的最优解。
进一步地，目标算法模型基于代价函数以及代价函数对应的成立条件，得到柔性镜体对应的规划运动速度，即是说，在满足代价函数对应的成立条件的前提下，使得代价函数的大小值为其极值，此时得到柔性镜体对应的规划运动速度即为规划运动速度对应的最优解。
本实施例中，基于运动算法模型，确定控制运动速度和规划运动速度之间的代价函数以及代价函数对应的成立条件，从而目标算法模型基于代价函数以及代价函数对应的成立条件，得到柔性镜体对应的规划运动速度为最优解，通过确保柔性镜体在人体体内对应有最优运动速度，以确保柔性镜体在人体体内对应有最优运动路径，进一步地使得医疗器械在人体体内的运动更加安全，避免医疗器械在使用过程中对人体造成损伤。
在一个实施例中，上述运动算法模型中包括的公式由雅可比矩阵和镜体部对应的镜体运动速度确定，同时由头端部的控制运动路径和头端部的规划运动路径确定。
其中，雅可比矩阵，是向量微积分中的一阶偏导数以一定方式排列成的矩阵。
在一个实施例中，上述方法还包括：
对运动算法模型进行求导，得到目标算法模型。
其中，可进行弯曲控制的头端部长度，与医疗器械长度之间的长度比例，小于预设长度比例，长度比例=可进行弯曲控制的头端部长度/医疗器械长度。
由于在具体实现中，柔性镜体中可进行弯曲控制的头端部仅仅占据整个医疗器械的一小部分比例，示例性地，在医疗器械为支气管镜时，头端部即支气管镜的可控弯曲蛇骨部分本身长度在5-10cm之间，从而地，可进行弯曲控制的头端部的弯曲和转动以及其他运动方式，可以被近似为连杆和旋转轴的刚体机器人结构。因此，本实施例中的运动算法模型可以是经典的刚体机器人的算法模型，基于运动算法模型通过数学关系变形得到目标算法模型，从而实现了将可进行弯曲控制的头端部视作为刚体机器人，进而实现精确的医疗器械运动控制。
本实施例中，通过对用于描述刚体机器人空间位置的运动算法模型进行求导，得到目标算法模型，从而目标算法模型能够通过柔性镜体的头端部对应的控制运动路径和规划运动路径，便得到头端部对应的规划运动速度，进而使得医疗器械的头端部的运动速度得到调整，提高医疗器械的运动灵活性。
示例性地，以代表头端部的控制运动速度，以J代表雅可比矩阵，以/>代表镜体部的镜体运动速度，以k1代表第一增益系数，以X代表头端部的控制运动路径，以Xd代表头端部的规划运动路径，则
运动算法模型中包括的算法公式可以是：，①
可以看出，该运动算法模型中包括的算法公式用于指明头端部和镜体部的空间位置关系，根据物理学领域知识可知，通过对该运动算法模型中包括的算法公式进行求导，则可以得到指明头端部和镜体部的运动速度关系，即得到目标算法模型；进而地，以代表头端部的规划运动速度，则基于上述运动算法模型，则
代价函数的公式可以是：，②
且代价函数对应的成立条件的公式可以是：，③，
公式③中的δ为极小值，可以看出，当求得代价函数的极值时，对应的头端部的控制运动速度为其最优解，而在确定最优解的头端部的控制运动速度/>时，通过对公式①进行逆解即可确定镜体部的镜体运动速度/>，以k2代表第二增益系数，以ω代表驱动装置的电机转速，则
镜体运动速度与驱动装置的电机转速ω之间的公式为：/>，④
进而地，在确定镜体部的镜体运动速度之后，则可确定驱动装置的电机转速ω，并且以对应的电机转速运行驱动装置，使得驱动装置通过镜体部将头端部的运动速度调整为最优解的规划运动速度。
在一个实施例中，在将控制运动路径和规划运动路径输入目标算法模型中之前，上述方法还包括：
确定控制运动路径与规划运动路径之间的路径偏离度；
若路径偏离度大于或等于预设偏离度，则根据路径偏离度生成路径矫正信号，路径矫正信号用于减小路径偏离度。
其中，路径偏离度，用于指明控制运动路径相对于规划运动路径的位置偏离程度。
具体地，根据路径偏离度生成路径矫正信号，可以是根据路径偏离度的大小生成对应矫正度的路径矫正信号，路径偏离度越大则路径矫正信号的矫正度相应地也越大，即是说，路径偏离度与路径矫正信号的矫正度大小呈正相关关系。
进一步地，路径矫正信号可以用于减小路径偏离度至路径偏离度小于预设偏离度，也可以用于减小路径偏离度至路径偏离度小于安全偏离度，安全偏离度小于预设偏离度。
本实施例中，在将控制运动路径和规划运动路径输入目标算法模型中之前，确定控制运动路径与规划运动路径之间的路径偏离度，并且在路径偏离度大于或等于预设偏离度时，根据路径偏离度生成用于减小路径偏离度的路径矫正信号，从而确保控制运动路径与规划运动路径之间的路径偏离度在安全范围内，在提高医疗器械的运动灵活性的同时，使得医疗器械在人体体内的运动更加安全，避免医疗器械在使用过程中对人体造成损伤。
在一个实施例中，上述医疗器械为支气管镜，上述医学图像为支气管图像。
下面结合一个详细的实施例来阐述上述医疗器械控制方法的应用过程，具体如下：如图4所示，本申请提供的医疗器械控制方法应用在针对支气管镜的控制终端中，支气管镜的可控可弯曲蛇骨为头端部，不可控不可弯曲部分为镜体部，将病人的医学图像即支气管图像输入控制终端中，控制终端基于虚拟导航技术根据支气管图像确定头端部的规划运动路径，医生利用遥控手柄对头端部发起控制信号，控制终端响应于针对头端部的控制信号，确定头端部对应的控制运动路径，控制终端将控制运动路径和规划运动路径输入目标算法模型中，目标算法模型基于代价函数以及代价函数对应的成立条件得到头端部对应的最优解的规划运动速度，控制终端根据规划运动速度确定镜体部对应的镜体运动速度，从而根据镜体运动速度确定驱动装置对应的电机转速，进而以电机转速运行驱动装置，以使得驱动装置通过镜体部将头端部的运动速度调整为最优解的规划运动速度，最终使得支气管镜能够在避免与病人体内发生碰撞导致病人体内产生损伤的情况下，顺利到达病人支气管中的待检测位置。
本实施例中，支气管镜能够以最优解的规划运动速度在病人支气管中进行运动，通过提高支气管镜的运动灵活性，进而使得医疗器械在人体体内的运动更加安全，避免支气管镜在病人体内发生不必要的碰撞，避免支气管镜在使用过程中对人体造成损伤。
应该理解的是，虽然如上所述的各实施例所涉及的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，如上所述的各实施例所涉及的流程图中的至少一部分步骤可以包括多个步骤或者多个阶段，这些步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤中的步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
基于同样的发明构思，本申请实施例还提供了一种用于实现上述所涉及的医疗器械控制方法的医疗器械控制装置。该装置所提供的解决问题的实现方案与上述方法中所记载的实现方案相似，故下面所提供的一个或多个医疗器械控制装置实施例中的具体限定可以参见上文中对于医疗器械控制方法的限定，在此不再赘述。
在一个实施例中，如图5所示，提供了一种医疗器械控制装置，应用于针对医疗器械的控制终端中，医疗器械包括柔性镜体和驱动装置，包括：第一确定模块1002、第二确定模块1004、输入模块1006和调整模块1008，其中：
第一确定模块1002，用于根据医学图像确定柔性镜体的规划运动路径。
第二确定模块1004，用于响应于针对柔性镜体的控制信号，确定柔性镜体对应的控制运动路径，控制运动路径为柔性镜体的头端部的位置对应的运动路径。
输入模块1006，用于将控制运动路径和规划运动路径输入目标算法模型中，得到柔性镜体对应的规划运动速度，目标算法模型基于运动算法模型通过数学关系变形得到。
调整模块1008，用于基于规划运动速度调整柔性镜体的运动速度。
在一个实施例中，柔性镜体包括可进行弯曲控制的头端部和不可进行弯曲控制的镜体部，在基于规划运动速度调整柔性镜体的运动速度方面，上述调整模块1008还用于：
根据规划运动速度确定镜体部对应的镜体运动速度；
根据镜体运动速度确定驱动装置对应的电机转速；
以电机转速运行驱动装置，以使驱动装置通过镜体部将头端部的运动速度调整为规划运动速度。
在一个实施例中，如图6所示，上述装置还包括第三确定模块1010，第三确定模块1010用于：
基于运动算法模型，确定控制运动速度和规划运动速度之间的代价函数以及代价函数对应的成立条件；
在将控制运动路径和规划运动路径输入目标算法模型中，得到柔性镜体对应的规划运动速度方面，上述输入模块1006还用于：
将控制运动路径和规划运动路径输入目标算法模型中，以使目标算法模型基于代价函数以及代价函数对应的成立条件，得到柔性镜体对应的规划运动速度。
在一个实施例中，上述运动算法模型中包括的公式由雅可比矩阵和镜体部对应的镜体运动速度确定，同时由头端部的控制运动路径和头端部的规划运动路径确定。
在一个实施例中，如图6所示，上述装置还包括求导模块1012，求导模块1012用于：
对运动算法模型进行求导，得到目标算法模型。
在一个实施例中，在将控制运动路径和规划运动路径输入目标算法模型中方面，上述输入模块1006还用于：
确定控制运动路径与规划运动路径之间的路径偏离度；
若路径偏离度大于或等于预设偏离度，则根据路径偏离度生成路径矫正信号，路径矫正信号用于减小路径偏离度。
在一个实施例中，上述医疗器械为支气管镜，上述医学图像为支气管图像。
上述医疗器械控制装置中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。
在一个实施例中，提供了一种计算机设备，该计算机设备可以是服务器，其内部结构图可以如图7所示。该计算机设备包括处理器、存储器、输入/输出接口（Input/Output，简称I/O）和通信接口。其中，处理器、存储器和输入/输出接口通过系统总线连接，通信接口通过输入/输出接口连接到系统总线。其中，该计算机设备的处理器用于提供计算和控制能力。该计算机设备的存储器包括非易失性存储介质和内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统、计算机程序和数据库。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该计算机设备的数据库用于存储医学图像数据。该计算机设备的输入/输出接口用于处理器与外部设备之间交换信息。该计算机设备的通信接口用于与外部的终端通过网络连接通信。该计算机程序被处理器执行时以实现一种医疗器械控制方法。
在一个实施例中，提供了一种计算机设备，该计算机设备可以是终端，其内部结构图可以如图8所示。该计算机设备包括处理器、存储器、输入/输出接口、通信接口、显示单元和输入装置。其中，处理器、存储器和输入/输出接口通过系统总线连接，通信接口、显示单元和输入装置通过输入/输出接口连接到系统总线。其中，该计算机设备的处理器用于提供计算和控制能力。该计算机设备的存储器包括非易失性存储介质、内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统和计算机程序。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该计算机设备的输入/输出接口用于处理器与外部设备之间交换信息。该计算机设备的通信接口用于与外部的终端进行有线或无线方式的通信，无线方式可通过WIFI、移动蜂窝网络、NFC（近场通信）或其他技术实现。该计算机程序被处理器执行时以实现一种医疗器械控制方法。该计算机设备的显示单元用于形成视觉可见的画面，可以是显示屏、投影装置或虚拟现实成像装置，显示屏可以是液晶显示屏或电子墨水显示屏，该计算机设备的输入装置可以是显示屏上覆盖的触摸层，也可以是计算机设备外壳上设置的按键、轨迹球或触控板，还可以是外接的键盘、触控板或鼠标等。
本领域技术人员可以理解，图8中示出的结构，仅仅是与本申请方案相关的部分结构的框图，并不构成对本申请方案所应用于其上的计算机设备的限定，具体的计算机设备可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。
在一个实施例中，还提供了一种计算机设备，包括存储器和处理器，存储器中存储有计算机程序，该处理器执行计算机程序时实现上述各方法实施例中的步骤。
在一个实施例中，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述各方法实施例中的步骤。
在一个实施例中，提供了一种计算机程序产品，包括计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述各方法实施例中的步骤。
需要说明的是，本申请所涉及的用户信息（包括但不限于用户设备信息、用户个人信息等）和数据（包括但不限于用于分析的数据、存储的数据、展示的数据等），均为经用户授权或者经过各方充分授权的信息和数据，且相关数据的收集、使用和处理需要遵守相关国家和地区的相关法律法规和标准。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和易失性存储器中的至少一种。非易失性存储器可包括只读存储器（Read-OnlyMemory，ROM）、磁带、软盘、闪存、光存储器、高密度嵌入式非易失性存储器、阻变存储器（ReRAM）、磁变存储器（Magnetoresistive Random Access Memory，MRAM）、铁电存储器（Ferroelectric Random Access Memory，FRAM）、相变存储器（Phase Change Memory，PCM）、石墨烯存储器等。易失性存储器可包括随机存取存储器（Random Access Memory，RAM）或外部高速缓冲存储器等。作为说明而非局限，RAM可以是多种形式，比如静态随机存取存储器（Static Random Access Memory，SRAM）或动态随机存取存储器（Dynamic RandomAccess Memory，DRAM）等。本申请所提供的各实施例中所涉及的数据库可包括关系型数据库和非关系型数据库中至少一种。非关系型数据库可包括基于区块链的分布式数据库等，不限于此。本申请所提供的各实施例中所涉及的处理器可为通用处理器、中央处理器、图形处理器、数字信号处理器、可编程逻辑器、基于量子计算的数据处理逻辑器等，不限于此。
以上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申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种医疗器械控制装置，其特征在于，应用于针对医疗器械的控制终端中，所述医疗器械包括柔性镜体和驱动装置，所述柔性镜体包括可进行弯曲控制的头端部和不可进行弯曲控制的镜体部，所述医疗器械控制装置包括：
第一确定模块，用于根据医学图像确定所述柔性镜体的规划运动路径；
第二确定模块，用于响应于针对所述柔性镜体的控制信号，确定所述柔性镜体对应的控制运动路径，所述控制运动路径为所述柔性镜体的头端部的位置对应的运动路径；
第三确定模块，用于基于运动算法模型，确定控制运动速度和规划运动速度之间的代价函数以及所述代价函数对应的成立条件；
输入模块，用于将所述控制运动路径和所述规划运动路径输入目标算法模型中，以使所述目标算法模型基于所述代价函数以及所述代价函数对应的成立条件，得到所述柔性镜体对应的规划运动速度，所述目标算法模型基于运动算法模型通过数学关系变形得到；
调整模块，用于根据所述规划运动速度确定所述镜体部对应的镜体运动速度；根据所述镜体运动速度确定所述驱动装置对应的电机转速；以所述电机转速运行所述驱动装置，以使所述驱动装置通过所述镜体部将所述头端部的运动速度调整为所述规划运动速度；
其中，所述运动算法模型中包括的公式由雅可比矩阵和所述镜体部对应的镜体运动速度确定，同时由所述头端部的控制运动路径和所述头端部的规划运动路径确定。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：
求导模块，用于对所述运动算法模型进行求导，得到所述目标算法模型。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，在将所述控制运动路径和所述规划运动路径输入目标算法模型方面，所述输入模块还用于：
确定所述控制运动路径与所述规划运动路径之间的路径偏离度；
若所述路径偏离度大于或等于预设偏离度，则根据所述路径偏离度生成路径矫正信号，所述路径矫正信号用于减小所述路径偏离度。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述医疗器械为支气管镜，所述医学图像为支气管图像。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述驱动装置为驱动电机。
6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，在根据医学图像确定所述柔性镜体的规划运动路径方面，所述第一确定模块还用于：
基于虚拟导航技术，根据所述医学图像的图像性质以及所述医学图像中包括的待检测位置，确定所述柔性镜体的规划运动路径。
7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述运动算法模型是机器人的微分运动学中的算法模型。
8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述头端部长度与所述医疗器械长度之间的长度比例小于预设长度比例。
9.根据权利要求1-8任一项所述的装置，其特征在于，以代表所述头端部的控制运动速度，以J代表所述雅可比矩阵，以/>代表所述镜体部的镜体运动速度，以k1代表第一增益系数，以X代表所述头端部的控制运动路径，以Xd代表所述头端部的规划运动路径，则所述运动算法模型中包括的算法公式是：
。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，以代表头端部的规划运动速度，则所述代价函数的公式是：/>，且所述代价函数对应的成立条件的公式是：，其中，δ为极小值。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310983279.9A CN116687320B (zh) | 2023-08-07 | 2023-08-07 | 一种医疗器械控制装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310983279.9A CN116687320B (zh) | 2023-08-07 | 2023-08-07 | 一种医疗器械控制装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN116687320A CN116687320A (zh) | 2023-09-05 |
| CN116687320B true CN116687320B (zh) | 2023-10-24 |
Family
ID=87824355
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202310983279.9A Active CN116687320B (zh) | 2023-08-07 | 2023-08-07 | 一种医疗器械控制装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN116687320B (zh) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107009363A (zh) * | 2017-06-09 | 2017-08-04 | 微创（上海）医疗机器人有限公司 | 医疗机器人及其控制方法 |
| CN115179297A (zh) * | 2022-08-18 | 2022-10-14 | 首都医科大学 | 手术机器人位置姿态控制联合避障关节极限的方法及系统 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9381643B2 (en) * | 2014-07-03 | 2016-07-05 | GM Global Technology Operations LLC | Dynamical system-based robot velocity control |
| US11034026B2 (en) * | 2019-01-10 | 2021-06-15 | General Electric Company | Utilizing optical data to dynamically control operation of a snake-arm robot |
-
2023
- 2023-08-07 CN CN202310983279.9A patent/CN116687320B/zh active Active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107009363A (zh) * | 2017-06-09 | 2017-08-04 | 微创（上海）医疗机器人有限公司 | 医疗机器人及其控制方法 |
| WO2018224038A1 (zh) * | 2017-06-09 | 2018-12-13 | 微创（上海）医疗机器人有限公司 | 医疗机器人及其控制方法 |
| CN115179297A (zh) * | 2022-08-18 | 2022-10-14 | 首都医科大学 | 手术机器人位置姿态控制联合避障关节极限的方法及系统 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN116687320A (zh) | 2023-09-05 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US11514947B1 (en) | Method for real-time video processing involving changing features of an object in the video | |
| JP7433297B2 (ja) | 深層学習ベースのコレジストレーション | |
| Sariyildiz et al. | A comparative study of three inverse kinematic methods of serial industrial robot manipulators in the screw theory framework | |
| US20180232925A1 (en) | Real-time medical image visualization systems and related methods | |
| Raghupathi et al. | An intestinal surgery simulator: real-time collision processing and visualization | |
| CN109615664B (zh) | 一种用于光学透视增强现实显示器的标定方法与设备 | |
| US11657535B2 (en) | System and method for optimal camera calibration | |
| US20230061175A1 (en) | Real-Time Simulation of Elastic Body | |
| JP2009163156A (ja) | 移動ロボットシステム及びその制御方法 | |
| KR20200063367A (ko) | 딥러닝 기술을 이용하여 비디오 영상을 3d 비디오 영상으로 변환하는 방법 및 장치 | |
| CN116687320B (zh) | 一种医疗器械控制装置 | |
| CN113012268B (zh) | 静态行人图像的运动动态化方法、系统、装置及介质 | |
| CN117084798A (zh) | 一种穿刺控制方法、装置、计算机设备、存储介质 | |
| Yang et al. | Modal-graph 3D shape servoing of deformable objects with raw point clouds | |
| Yu et al. | Kinematic calibration of parallel robots for docking mechanism motion simulation | |
| US20220414461A1 (en) | Inference method, information processing apparatus, and computer-readable recording medium | |
| EP3968204A1 (en) | Techniques for designing structures using torsion-deformable spatial beam elements | |
| CN115741671A (zh) | 机械手遥操作方法以及相关设备 | |
| Limón et al. | Inverse kinematics of a humanoid robot with non-spherical hip: A hybrid algorithm approach | |
| CN115294280A (zh) | 三维重建方法、装置、设备、存储介质和程序产品 | |
| CN117226827A (zh) | 一种机器人控制方法和相关产品 | |
| CN110415361A (zh) | 断裂物体拼接方法及装置 | |
| CN115049767B (zh) | 动画编辑方法、装置、计算机设备和存储介质 | |
| CN117549328B (zh) | 手术机器人的摆位系统、方法和手术机器人系统 | |
| CN114359356A (zh) | 图像配准模型的训练方法、图像配准方法、设备及介质 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |