CN117426874B - 心血管介入机器人控制监测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及医疗器械技术领域，且公开了心血管介入机器人控制监测系统，包括用于将实施血管介入手术的介入器械通过患者血管输送至目标靶向区域的导管系统、用于构建患者体内血管分布的三维图像的图像导航系统和用于控制导管系统实施血管介入手术的控制系统；该心血管介入机器人控制监测系统，通过图像融合三维导航和电磁跟踪导航结合提高三维图像精度，据此提升人工智能辅助算法，更智能地规划导管在血管内行进路径，最大程度规避介入手术对血管壁损伤的风险，并对导管的机械驱动装置作出改进，优化导管承受应力。
Description
技术领域
本发明涉及医疗器械技术领域，具体为心血管介入机器人控制监测系统和电子设备。
背景技术
血管介入手术是用于治疗恶性滋养细胞肿瘤的手术治疗。优点是创伤小，操作简便，介入部位准确，使一些不能耐受大手术及耐药患者得到了治疗，在恶性滋养细胞肿瘤治疗中亦日益增多。通常血管介入手术是通过从患者肢体末端的血管将导丝导管推进入血管中，并引导至目标靶向区域实施血管手术，如对淤堵的血管部位采用导管上安装钻头类的介入器械通过旋进疏通淤堵，或是利用导管对病灶部位进行给药，输送球囊、支架对血管壁进行扩张，输送栓塞剂进行动脉栓塞术等等。
传统的血管介入手术依靠医师人工操作实现，存在以下缺陷：介入手术对精确度、安全度有较高要求，手术医师培养周期较长；医护人员需要长期暴露在X射线下，必须身着重达10多公斤的铅衣，但依然受到大量辐射伤害；手术量大，医护疲劳，增加手术风险。
针对以上痛点，心血管介入机器人控制监测系统应运而生，血管手术机器人可以实现主从分离式操纵，医师远程操作导管实施血管介入手术，避免辐射影响，通过机器人的人工智能辅助提升手术精度和效率。但现有的心血管介入机器人控制监测系统仍处于初步发展阶段，对于影像导航、人工智能辅助导管行进算法、机械驱动装置性能等方面不够成熟。
因此，有必要提出心血管介入机器人控制监测系统，以解决上述提出的技术问题。
发明内容
本发明提供了心血管介入机器人控制监测系统，具备通过图像融合三维导航和电磁跟踪导航结合提高三维图像精度，据此提升人工智能辅助算法，更智能地规划导管在血管内行进路径，最大程度规避介入手术对血管壁损伤的风险，并对导管的机械驱动装置作出改进，优化导管承受应力的有益效果，解决了上述背景技术中所提到的现有的心血管介入机器人控制监测系统仍处于初步发展阶段，对于影像导航、人工智能辅助导管行进算法、机械驱动装置性能等方面不够成熟的问题。
本发明提供如下技术方案：心血管介入机器人控制监测系统，包括：
导管系统，所述导管系统用于将实施血管介入手术的介入器械通过患者血管输送至目标靶向区域；
图像导航系统，所述图像导航系统用于构建患者体内血管分布的三维图像，对所述导管系统末端进行跟踪建模，为手术医师提供所述导管系统在三维心房图中的位置信息，引导血管介入手术实施；
控制系统，所述控制系统用于根据所述图像导航系统提供的三维图像生成控制策略，并依据所述控制策略控制所述导管系统实施血管介入手术。
作为本发明所述心血管介入机器人控制监测系统的一种可选方案，其中：所述导管系统包括导管、导管鞘和导丝，所述导管用于为介入器械提供通路，所述导管鞘用于在所述导管推送进入患者血管过程中协助所述导管进入血管动脉或静脉，所述导丝对所述导管起到引导及支持作用并辅助所述导管进入血管；
所述控制系统包括磁导航系统和电机械系统，所述磁导航系统用于在实施血管介入手术时，通过在手术台两侧产生匀强球形磁场，通过操纵磁场方向对所述导管末端形态进行控制。
作为本发明所述心血管介入机器人控制监测系统的一种可选方案，其中：所述控制策略包括：
在所述导管沿患者血管内向目标靶向区域行进过程中，通过所述图像导航系统对所述导管的运动路径进行实时监测，以任意时间点ti为导管行进策略零点；
获得导管行进策略零点下导管末端在三维坐标系下的行进方向矢量，依据行进方向矢量绘制导管行进路径预测延长线，其中，以导管末端为导管行进路径预测延长线起点，以导管行进路径预测延长线与血管壁的交点为导管行进路径预测延长线终点，将导管行进路径预测延长线的长度标记为l，将导管行进路径预测延长线与血管壁的夹角标记为α；
设定导管与血管壁接触的安全距离ls，据此对导管的后续行进方向作出第一判断；
所述第一判断包括：若l≥ls，则依照当前导管行进方向通过电机械系统继续推进导管；
若l＜ls，则对导管进行模拟行进路径，在模拟行进路径的预测模型下通过电机械系统控制导管末端旋转角度β1后，对导管行进路径预测延长线进行重新计算，获得修正后导管行进路径预测延长线的长度l＇，使得l＇＜ls。
作为本发明所述心血管介入机器人控制监测系统的一种可选方案，其中：若在模拟行进路径的预测模型下不存在旋转角度β1时，则设定导管末端与血管壁的接触安全角度αs，据此对导管的后续行进方向作出第二判断；
所述第二判断包括：若α＜αs，则依照当前导管行进方向通过电机械系统继续推进导管；
若α≥αs，则在模拟行进路径的预测模型下通过电机械系统控制导管末端旋转角度β2后，对导管行进路径预测延长线进行再次重新计算，获得二次修正后导管行进路径预测延长线的夹角α＇，使得α＇＜αs；
若在模拟行进路径的预测模型下不存在旋转角度β2时，则通过电机械系统将导管抽回距离n后再执行第一判断和第二判断。
作为本发明所述心血管介入机器人控制监测系统的一种可选方案，其中：所述控制策略还包括：
通过图像导航系统获得导管末端在依据控制策略作出旋转和行进操作时的终端旋转速度v1和终端行进速度v2；
通过电机械系统获得控制端输出的控制端旋转速度v1＇和控制端行进速度v2＇；
计算终端旋转速度v1与控制端旋转速度v1＇的比值k1，相应的调节控制端旋转速度至v1/k1；
计算终端行进速度v2与控制端行进速度v2＇的比值k2，相应的调节控制端行进速度至v2/k2。
作为本发明所述心血管介入机器人控制监测系统的一种可选方案，其中：所述图像导航系统包括：
图像融合三维导航模块，所述图像融合三维导航模块用于将动态CT血管造影与术中DSA图像融合，根据术前CTA图像构建三维血管模型，标记血管中心线，并在血管分支处放置环形标志，根据钙化和骨性标志将术中DynaCT图像与术前三维主动脉图像进行配准融合，生成三维图像模型；
电磁跟踪导航模块，所述电磁跟踪导航模块用于对所述导管进行电磁跟踪，辅助修正所述图像融合三维导航模块生成的三维图像模型。
作为本发明所述心血管介入机器人控制监测系统的一种可选方案，其中：所述电机械系统包括：
推进模块，所述推进模块用于控制所述导管进行推送、抽拉和旋转操作；
传感模块，所述传感模块包括力传感器、振动传感器以及温度传感器，所述力传感器、振动传感器和所述温度传感器分别用于采集实施血管介入手术过程中血管内的压力信息、振动信息和温度信息；
所述传感模块还包括速度传感器和位置传感器，所述速度传感器用于采集控制策略中的终端旋转速度v1和终端行进速度v2以及控制端旋转速度v1＇和控制端行进速度v2＇，所述位置传感器安装用于实现所述电磁跟踪导航模块功能。
作为本发明所述心血管介入机器人控制监测系统的一种可选方案，其中：所述推进模块包括导丝旋转装置、导丝移送装置、导管移送装置和导管旋转装置；
其中，所述导管移送装置包括至少一对用于移送所述导管的摩擦轮、至少一对用于支撑所述摩擦轮的滑动安装座、至少一对用于驱动所述摩擦轮旋转的第一电机以及至少一对用于向所述滑动安装座提供向所述导管方向延伸弹力的弹簧；
通过至少一对所述第一电机同步运转执行所述控制策略中对控制端行进速度v2＇的调节。
作为本发明所述心血管介入机器人控制监测系统的一种可选方案，其中：所述导管旋转装置包括与所述导管同心设置的第二转盘、用于驱动所述第二转盘旋转的第二电机、设置于所述第二转盘上偏离圆心处的第一连接轴、设置于所述滑动安装座上的第二连接轴，以及用于连接所述第一连接轴和所述第二连接轴的连接杆；
通过所述第二电机执行所述控制策略中对控制端旋转速度v1＇的调节。
本发明还提供如下技术方案：一种电子设备，所述电子设备包括：
至少一个处理器；以及，与所述至少一个处理器通信连接的存储器；
其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行上述的心血管介入机器人控制监测系统。
本发明具备以下有益效果：
1、该心血管介入机器人控制监测系统，通过结合图像融合三维导航技术和电磁跟踪导航技术提升三维图像精度，减少对比剂使用。并据此在使用人工智能计算辅助规划导管在血管内行进路径为医师提供参考和帮助，实时计算导管与血管壁发生碰撞的变化过程，智能规划导管的实时旋转方向、旋转角度调整规避部分导管与血管壁发生的摩擦碰撞，令无法规避部分的碰撞角度发生改变，以较为平缓的姿态触碰血管壁，通过不断优化路径、实时调整，最大程度保护患者血管。
2、该心血管介入机器人控制监测系统，在导管旋转装置控制导管移送装置带动其夹持的导管旋转时，在导管旋转装置依据控制策略需要驱动导管转向时，在转向的瞬间，会自动驱动用于夹持导管的两个摩擦轮分离，释放导管所受应力，从而避免频繁转向时导管在输入端与输出端间发生扭转所受应力频繁造成导管结构磨损增加。
附图说明
包含在说明书中并且构成说明书的一部分的附图与说明书一起示出了本公开的示例性实施例、特征和方面，并且用于解释本公开的原理。
图1为本发明的控制策略第一原理图。
图2为本发明的控制策略第二原理图。
图3为本发明导管旋转装置和导管移送装置的整体结构示意图。
图4为本发明导管旋转装置和导管移送装置的第一剖视结构示意图。
图5为本发明图4中A处的局部放大结构示意图。
图6为本发明导管旋转装置和导管移送装置的第二剖视结构示意图。
图7为本发明导管旋转装置和导管移送装置的爆炸结构示意图。
图8为本发明的电子设备框图。
图中：100、第一支撑座；110、第二支撑座；200、导管移送装置；210、摩擦轮；220、滑动安装座；230、转轴；240、第一电机；250、第一转盘；260、弹簧；270、连接座；300、导管旋转装置；310、第二转盘；320、第一连接轴；330、连接杆；340、第二连接轴；350、第二电机；360、第一齿轮；370、第二齿轮。
具体实施方式
以下将参考附图详细说明本公开的各种示例性实施例、特征和方面。附图中相同的附图标记表示功能相同或相似的元件。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。
在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。
另外，为了更好的说明本公开，在下文的具体实施方式中给出了众多的具体细节。本领域技术人员应当理解，没有某些具体细节，本公开同样可以实施。在一些实例中，对于本领域技术人员熟知的方法、手段、元件和电路未作详细描述，以便于凸显本公开的主旨。
实施例1
本申请在图像导航方面，考虑到目前常用的二维数字减影血管造影技术缺乏三维解剖细节，手术难度较大，使用大量对比剂也对患者身体有不利影响，而电磁跟踪导航则缺乏观察导管在血管内形态变化，据此作出改进提升三维图像精度。
在导管行进路径的人工智能辅助规划方面，考虑到血管是较为脆弱的人体器官，尤其是在患有血管疾病后，患者病变血管段不仅多弯折、狭窄且血管壁也更加薄弱，在进行血管介人治疗时操作难度大，手术失败风险高，据此作出改进，智能规避部分导管与血管壁碰撞发生，对于无法避免的碰撞则令碰撞角度作出改变，减缓碰撞。
在导管的机械驱动装置方面，考虑到导管需要在行进过程中作出复杂的行进、旋转、抽拉动作，其中旋转需要经常改变旋转方向，导管因此受到应力变化较为复杂，对导管的机械强度造成压力，据此作出改进释放导管输入端与输出端间的部分应力。
本申请一方面，提出心血管介入机器人控制监测系统，包括：
导管系统，导管系统用于将实施血管介入手术的介入器械通过患者血管输送至目标靶向区域；
图像导航系统，图像导航系统用于构建患者体内血管分布的三维图像，对导管系统末端进行跟踪建模，为手术医师提供导管系统在三维心房图中的位置信息，引导血管介入手术实施；
控制系统，控制系统用于根据图像导航系统提供的三维图像生成控制策略，并依据控制策略控制导管系统实施血管介入手术；
导管系统包括导管、导管鞘和导丝，导管用于为介入器械提供通路，导管鞘用于在导管推送进入患者血管过程中协助导管进入血管动脉或静脉，导丝对导管起到引导及支持作用并辅助导管进入血管；
控制系统包括磁导航系统和电机械系统，磁导航系统用于在实施血管介入手术时，通过在手术台两侧产生匀强球形磁场，通过操纵磁场方向对导管末端形态进行控制。
本实施例中：首先作为实施血管介入手术基础的导管系统，包含具有磁力性质的导丝和导管，导丝导管外层均采用特制涂层减少与血管壁的摩擦，具备磁性特征可使得此导航系统中安装在手术台两侧的永磁体，在医师实施手术时可通过控制磁场方向对导管末端形态进行控制，配合电机械系统对导管的行进作出高精度操作。而据控制系统利用人工智能辅助生成的控制策略，则可辅助医师判断执行导管引导过程，具体可通过医师控制端的智能操作面板提示、预警医师，还可进一步的与人工智能算法结合，令血管介入机器人通过深度学习网络训练，提升自动化手术的研究进程。
下面将具体描述各个步骤的实施方案。
作为本申请的一可选实施方案，可选地，控制策略包括：
在导管沿患者血管内向目标靶向区域行进过程中，通过图像导航系统对导管的运动路径进行实时监测，以任意时间点ti为导管行进策略零点；
获得导管行进策略零点下导管末端在三维坐标系下的行进方向矢量，依据行进方向矢量绘制导管行进路径预测延长线，其中，以导管末端为导管行进路径预测延长线起点，以导管行进路径预测延长线与血管壁的交点为导管行进路径预测延长线终点，将导管行进路径预测延长线的长度标记为l，将导管行进路径预测延长线与血管壁的夹角标记为α；
设定导管与血管壁接触的安全距离ls，据此对导管的后续行进方向作出第一判断；例如可设定安全距离ls为5mm。
第一判断包括：若l≥ls，则依照当前导管行进方向通过电机械系统继续推进导管；
若l＜ls，则对导管进行模拟行进路径，在模拟行进路径的预测模型下通过电机械系统控制导管末端旋转角度β1后，对导管行进路径预测延长线进行重新计算，获得修正后导管行进路径预测延长线的长度l＇，使得l＇＜ls。
本实施例中：如图1和图2中所示的，任意一段导管在血管内行进的情况实例，由于导管导丝非常细长、柔软，因此在血管壁内不可避免的出现弯曲，通过控制策略进行实时判断，在图1和图2中所示的状态下，血管内部三维构造也非常复杂，导管行进不可避免地会与导管壁发生摩擦或是碰撞。
以当前导管末端局部绘制导管行进路径预测延长线至与血管壁接触，例如l若是6㎜，则大于ls为5mm，此时选择继续行进无需作出调整。
l若是3mm，则小于ls，此时导管继续行进就会与血管壁在短时间内发生接触，参考图1和图2中所示，可根据具体情况判断旋转所需的方向和角度，如图1和图2中导管选择顺时针旋转会与血管壁接触，而逆时针旋转则不会在短时间接触到血管壁，此时就可选择旋转角度β1是任意一个角度，如10°等，使得l＇＜ls满足即可。
作为本申请的一可选实施方案，可选地，若在模拟行进路径的预测模型下不存在旋转角度β1时，则设定导管末端与血管壁的接触安全角度αs，据此对导管的后续行进方向作出第二判断；例如可设定αs为15°。
第二判断包括：若α＜αs，则依照当前导管行进方向通过电机械系统继续推进导管；
若α≥αs，则在模拟行进路径的预测模型下通过电机械系统控制导管末端旋转角度β2后，对导管行进路径预测延长线进行再次重新计算，获得二次修正后导管行进路径预测延长线的夹角α＇，使得α＇＜αs；
若在模拟行进路径的预测模型下不存在旋转角度β2时，则通过电机械系统将导管抽回距离n后再执行第一判断和第二判断。例如可设定n是10mm。
本实施例中：考虑到血管壁内复杂路径情况，若不存在β1的角度，导管此时不可避免会与血管壁发生接触，则继续判断导管末端与血管壁接触时的角度，例如若α是10°，则说明触及血管壁时较为平缓，可以以尽量少的风险对血管壁造成较小的碰撞继续行进。
若是α是20°，则说明碰撞较大，此时再二次计算旋转角度β2后可满足α＇＜αs。
若仍无法满足对血管壁最大程度减少损伤，则通过电机械系统抽拉导管，使其退回一段距离n后，再重复上述判断过程。
通过不断重复上述判断过程，可以辅助医师操作导管，最大程度减少损伤。
作为本申请的一可选实施方案，可选地，控制策略还包括：
通过图像导航系统获得导管末端在依据控制策略作出旋转和行进操作时的终端旋转速度v1和终端行进速度v2；
通过电机械系统获得控制端输出的控制端旋转速度v1＇和控制端行进速度v2＇；
计算终端旋转速度v1与控制端旋转速度v1＇的比值k1，相应的调节控制端旋转速度至v1/k1；
计算终端行进速度v2与控制端行进速度v2＇的比值k2，相应的调节控制端行进速度至v2/k2。
本实施例中：进一步的，考虑到导管弯曲行进较大距离后，导管末端的实际旋转速度、行进速度等会与电机械系统输入的速度存在差值，因此需要依靠图像导航系统进行实时调整。
例如，观察到终端旋转速度v1实际是1mm/s，而电机械系统依据计算需要令导管末端旋转的输入的控制端旋转速度v1＇是2mm/s，则相应的需要将电机械系统输入的速度增加至4mm/s，满足终端旋转速度v1是1mm/s调节到2mm/s。行进速度也同理。
作为本申请的一可选实施方案，可选地，图像导航系统包括：
图像融合三维导航模块，图像融合三维导航模块用于将动态CT血管造影与术中DSA图像融合，根据术前CTA图像构建三维血管模型，标记血管中心线，并在血管分支处放置环形标志，根据钙化和骨性标志将术中DynaCT图像与术前三维主动脉图像进行配准融合，生成三维图像模型；
电磁跟踪导航模块，电磁跟踪导航模块用于对导管进行电磁跟踪，辅助修正图像融合三维导航模块生成的三维图像模型。
本实施例中：可选择依靠血管造影设备附带的融合成像软件包括如SiemensSyngo融合成像包、GEVesselAssist平台及PhilipsVesselNavigator融合成像包进行图像融合。而通过电磁跟踪仪对导丝导管末端进行跟踪建模。作为现有技术手段，在此不作过多赘述。
作为本申请的一可选实施方案，可选地，电机械系统包括：
推进模块，推进模块用于控制导管进行推送、抽拉和旋转操作；
传感模块，传感模块包括力传感器、振动传感器以及温度传感器，力传感器、振动传感器和温度传感器分别用于采集实施血管介入手术过程中血管内的压力信息、振动信息和温度信息；
传感模块还包括速度传感器和位置传感器，速度传感器用于采集控制策略中的终端旋转速度v1和终端行进速度v2以及控制端旋转速度v1＇和控制端行进速度v2＇，位置传感器安装用于实现电磁跟踪导航模块功能。
本实施例中：通过传感模块安装在心血管介入机器人控制监测系统各个环节的传感器，可以具体实施控制策略以及电磁跟踪导航模块功能等。如位置传感器是安装在导管内壁的电磁传感器。作为现有技术手段，在此不作过多赘述。
实施例2
基于实施例1的实施原理，推进模块包括导丝旋转装置、导丝移送装置、导管移送装置200和导管旋转装置300；
其中，导管移送装置200包括至少一对用于移送导管的摩擦轮210、至少一对用于支撑摩擦轮210的滑动安装座220、至少一对用于驱动摩擦轮210旋转的第一电机240以及至少一对用于向滑动安装座220提供向导管方向延伸弹力的弹簧260；
通过至少一对第一电机240同步运转执行控制策略中对控制端行进速度v2＇的调节；
导管旋转装置300包括与导管同心设置的第二转盘310、用于驱动第二转盘310旋转的第二电机350、设置于第二转盘310上偏离圆心处的第一连接轴320、设置于滑动安装座220上的第二连接轴340，以及用于连接第一连接轴320和第二连接轴340的连接杆330；
通过第二电机350执行控制策略中对控制端旋转速度v1＇的调节。
本实施例中：首先第一支撑座100作为支撑导管移送装置200和导管旋转装置300的支撑结构，第二支撑座110安装在第一支撑座100内部，第一转盘250旋转安装在第一支撑座100内壁。在连接滑动安装座220和第一支撑座100的弹簧260的弹力支撑下，两个滑动安装座220以及转动安装在两个滑动安装座220上两个摩擦轮210处于靠近状态，此时两个摩擦轮210保持夹持导管的状态。此时通过两个第一电机240以相反方向同步运行，可带动与两个第一电机240输出轴连接的两个转轴230以及安装在两个转轴230上的两个摩擦轮210以相反方向同步转动，进而将导管移送或抽拉。
而通过安装在第二支撑座110内的第二电机350运行可带动与其输出轴连接的第一齿轮360旋转，进而带动与第一齿轮360啮合的第二齿轮370带动与其连接的第二转盘310在第二支撑座110上旋转。第二转盘310再通过其偏离圆心处固定安装的两个第一连接轴320、与滑动安装座220固定的两个第二连接轴340，以及铰接在两个第一连接轴320以及两个第二连接轴340之间的两个连接杆330处于图3-图7中所示倾斜方向的连接杆330的传动，带动第一转盘250、安装在第一转盘250上的连接座270以及导管移送装置200其他结构整体旋转。进而带动导管旋转。
而在第二电机350改变输出方向，使得第二转盘310转向时，由于转动方向的改变，两个连接杆330会先被带动趋向于第二转盘310半径一致的方向，然后再向与图3-图7中所示当其倾斜方向相反的另一个方向倾斜，在此过程中，两个第二连接轴340就会带动两个滑动安装座220和两个摩擦轮210先沿着第一转盘250向相远离的方向滑动一段距离，然后再复位。
从而实现在第二电机350需要根据指令改变导管旋转方向的瞬间，先令两个摩擦轮210松开导管，令导管通过自身弹性回转卸下部分应力，然后两个摩擦轮210再夹持住导管带动其反向旋转。
实施例3
基于实施例1的实施原理，本申请另一方面，提出一种电子设备，具体的，请参阅图2，电子设备包括：
至少一个处理器；以及，与至少一个处理器通信连接的存储器；
其中，存储器存储有可被至少一个处理器执行的指令，指令被至少一个处理器执行，以使至少一个处理器能够执行上述的心血管介入机器人控制监测系统。
本实施例中：图8中示出了适于用来实现本公开实施例的电子设备的结构示意图。本公开实施例中的电子设备可以包括但不限于诸如移动电话、笔记本电脑、数字广播接收器、l≥lsAD(平板电脑)等等的移动终端。图8中示出的电子设备仅仅是一个示例，不应对本公开实施例的功能和使用范围带来任何限制。
如图所示，电子设备可以包括处理装置(例如中央处理器、图形处理器等)，其可以根据存储在只读存储器(ROM)中的程序或者从存储装置加载到随机访问存储器(RAM)中的程序而执行各种适当的动作和处理。在RAM中，还存储有电子设备操作所需的各种程序和数据。处理装置、ROM以及RAM通过总线彼此相连。输入/输出(I/O)接口也连接至总线。
特别地，根据本公开的实施例，上文参考流程图描述的过程可以被实现为计算机软件程序。例如，本公开的实施例包括一种计算机程序产品，其包括承载在计算机可读介质上的计算机程序，该计算机程序包含用于执行流程图所示的方法的程序代码。在这样的实施例中，该计算机程序可以通过通信装置从网络上被下载和安装，或者从存储装置被安装，或者从ROM被安装。在该计算机程序被处理装置执行时，执行本公开实施例的方法中限定的上述功能。
附图中的流程图和框图，图示了按照本公开各种实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，该模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个接连地表示的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框，以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或操作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
应当理解，本公开的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。
以上所述，仅为本公开的具体实施方式，但本公开的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本公开揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本公开的保护范围之内。因此，本公开的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
Claims (7)
1.心血管介入机器人控制监测系统，其特征在于，包括：
导管系统，所述导管系统用于将实施血管介入手术的介入器械通过患者血管输送至目标靶向区域；
图像导航系统，所述图像导航系统用于构建患者体内血管分布的三维图像，对所述导管系统末端进行跟踪建模，为手术医师提供所述导管系统在三维心房图中的位置信息，引导血管介入手术实施；
控制系统，所述控制系统用于根据所述图像导航系统提供的三维图像生成控制策略，并依据所述控制策略控制所述导管系统实施血管介入手术；
所述导管系统包括导管、导管鞘和导丝，所述导管用于为介入器械提供通路，所述导管鞘用于在所述导管推送进入患者血管过程中协助所述导管进入血管动脉或静脉，所述导丝对所述导管起到引导及支持作用并辅助所述导管进入血管；
所述控制系统包括磁导航系统和电机械系统，所述磁导航系统用于在实施血管介入手术时，通过在手术台两侧产生匀强球形磁场，通过操纵磁场方向对所述导管末端形态进行控制；
所述控制策略包括：
在所述导管沿患者血管内向目标靶向区域行进过程中，通过所述图像导航系统对所述导管的运动路径进行实时监测，以任意时间点ti为导管行进策略零点；
获得导管行进策略零点下导管末端在三维坐标系下的行进方向矢量，依据行进方向矢量绘制导管行进路径预测延长线，其中，以导管末端为导管行进路径预测延长线起点，以导管行进路径预测延长线与血管壁的交点为导管行进路径预测延长线终点，将导管行进路径预测延长线的长度标记为l，将导管行进路径预测延长线与血管壁的夹角标记为α；
设定导管与血管壁接触的安全距离ls，据此对导管的后续行进方向作出第一判断；
所述第一判断包括：若l≥ls，则依照当前导管行进方向通过电机械系统继续推进导管；
若l＜ls，则对导管进行模拟行进路径，在模拟行进路径的预测模型下通过电机械系统控制导管末端旋转角度β1后，对导管行进路径预测延长线进行重新计算，获得修正后导管行进路径预测延长线的长度l＇，使得l＇＜ls。
2.根据权利要求1所述的心血管介入机器人控制监测系统，其特征在于：若在模拟行进路径的预测模型下不存在旋转角度β1时，则设定导管末端与血管壁的接触安全角度αs，据此对导管的后续行进方向作出第二判断；
所述第二判断包括：若α＜αs，则依照当前导管行进方向通过电机械系统继续推进导管；
若α≥αs，则在模拟行进路径的预测模型下通过电机械系统控制导管末端旋转角度β2后，对导管行进路径预测延长线进行再次重新计算，获得二次修正后导管行进路径预测延长线的夹角α＇，使得α＇＜αs；
若在模拟行进路径的预测模型下不存在旋转角度β2时，则通过电机械系统将导管抽回距离n后再执行第一判断和第二判断。
3.根据权利要求1所述的心血管介入机器人控制监测系统，其特征在于，所述控制策略还包括：
通过图像导航系统获得导管末端在依据控制策略作出旋转和行进操作时的终端旋转速度v1和终端行进速度v2；
通过电机械系统获得控制端输出的控制端旋转速度v1＇和控制端行进速度v2＇；
计算终端旋转速度v1与控制端旋转速度v1＇的比值k1，相应的调节控制端旋转速度至v1/k1；
计算终端行进速度v2与控制端行进速度v2＇的比值k2，相应的调节控制端行进速度至v2/k2。
4.根据权利要求3所述的心血管介入机器人控制监测系统，其特征在于，所述图像导航系统包括：
图像融合三维导航模块，所述图像融合三维导航模块用于将动态CT血管造影与术中DSA图像融合，根据术前CTA图像构建三维血管模型，标记血管中心线，并在血管分支处放置环形标志，根据钙化和骨性标志将术中DynaCT图像与术前三维主动脉图像进行配准融合，生成三维图像模型；
电磁跟踪导航模块，所述电磁跟踪导航模块用于对所述导管进行电磁跟踪，辅助修正所述图像融合三维导航模块生成的三维图像模型。
5.根据权利要求4所述的心血管介入机器人控制监测系统，其特征在于，所述电机械系统包括：
推进模块，所述推进模块用于控制所述导管进行推送、抽拉和旋转操作；
传感模块，所述传感模块包括力传感器、振动传感器以及温度传感器，所述力传感器、振动传感器和所述温度传感器分别用于采集实施血管介入手术过程中血管内的压力信息、振动信息和温度信息；
所述传感模块还包括速度传感器和位置传感器，所述速度传感器用于采集控制策略中的终端旋转速度v1和终端行进速度v2以及控制端旋转速度v1＇和控制端行进速度v2＇，所述位置传感器安装用于实现所述电磁跟踪导航模块功能。
6.根据权利要求5所述的心血管介入机器人控制监测系统，其特征在于：所述推进模块包括导丝旋转装置、导丝移送装置、导管移送装置（200）和导管旋转装置（300）；
其中，所述导管移送装置（200）包括至少一对用于移送所述导管的摩擦轮（210）、至少一对用于支撑所述摩擦轮（210）的滑动安装座（220）、至少一对用于驱动所述摩擦轮（210）旋转的第一电机（240）以及至少一对用于向所述滑动安装座（220）提供向所述导管方向延伸弹力的弹簧（260）；
通过至少一对所述第一电机（240）同步运转执行所述控制策略中对控制端行进速度v2＇的调节。
7.根据权利要求6所述的心血管介入机器人控制监测系统，其特征在于：所述导管旋转装置（300）包括与所述导管同心设置的第二转盘（310）、用于驱动所述第二转盘（310）旋转的第二电机（350）、设置于所述第二转盘（310）上偏离圆心处的第一连接轴（320）、设置于所述滑动安装座（220）上的第二连接轴（340），以及用于连接所述第一连接轴（320）和所述第二连接轴（340）的连接杆（330）；
通过所述第二电机（350）执行所述控制策略中对控制端旋转速度v1＇的调节。
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