[发明专利]柔性穿刺针的路径规划方法

说明书

技术领域

本发明涉及理疗设备领域，特别涉及一种柔性穿刺针的路径规划方法。

背景技术

微创介入治疗技术是常用的医疗技术，在医学影像导引下，以最小的创伤将器具或药物置入到病变组织（靶点），广泛应用于活体病理检查、局部组织和器官的定投送和手术等。微创介入治疗常用穿刺技术，穿刺是将专用针刺入体腔以抽取分泌物，或注入气体、造影剂、药物的一种诊疗技术。穿刺针分为刚性针与柔性针两种类型，传统刚性针对人体组织有较大创伤，而柔性穿刺针具有良好的柔韧性，能够利用斜尖针头与人体组织的侧向作用力，实现直线和弧线等运动轨迹，从而能够使得穿刺针绕过血管、神经、骨骼等人体组织，到达病变组织，减少穿刺手术对人体组织的创伤。

由于穿刺针体进入人体后会产生挤压作用，导致人体组织器官变形，同时病人的体温、血压、心跳加速等因素也会引起人体组织器官的轻微变形，穿刺路径要根据人体组织器官的形变做出及时调整，避免刺伤组织器官。因此根据病变组织的深度、组织器官的分布模型，选择恰当的穿刺入口点和最短的穿刺路径，利用医学影像跟踪针尖的运动轨迹和组织器官的变形情况，自动调整针头的刺入速度与弯曲角度，精确控制针刺路径，减少穿刺针头的扭曲次数，使针头灵活、精确的到达靶点位置，在微创手术中是一个重要的环节。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决上述技术问题之一或至少提供一种有用的商业选择。为此，本发明的目的在于提出一种对患者创伤较小的柔性穿刺针的路径规划方法。

根据本发明实施例的一种柔性穿刺针的路径规划方法，包括：A.输入路径规划参数；B.根据路径规划参数，利用最短弧线长度求解算法进行计算，得到静态最短路径；以及C.对静态最短路径进行调整优化。

在本发明的一个实施例中，路径规划参数包括：针头初始点的坐标、方向角和曲率，针头靶点的坐标、方向角和曲率以及穿刺针最大曲率。

在本发明的一个实施例中，步骤B包括：B1.根据路径规划参数，计算初始点所在的初始轨迹圆和靶点所在的终止轨迹圆；B2.将在初始点和靶点之间作一条直线，将直线经过区域中的障碍物抽象为障碍圆，依次标记为第N障碍圆，其中N表示正整数序列；B3.依次在初始轨迹圆和第一障碍圆之间、多组相邻的两个障碍圆之间，以及第N障碍圆与终止轨迹圆之间做切线，得到多个关键点和多条切线段；以及B4.连接多条切线段以及多个相邻两个关键点之间的圆弧段，得到静态最短路径。

在本发明的一个实施例中，步骤B3中，在相邻的两个圆之间作切线时，当起点与终点的方向角同为顺时针或逆时针时，切线类型为外切线；或者当起点与终点的方向角分别为顺时针和逆时针时，切线类型为内切线。

在本发明的一个实施例中，步骤C包括：在穿刺手术过程中，根据人体组织的形变情况，重新调整路径规划参数，重复执行步骤B调整穿刺路径，通过改变针头的进给速度和自旋速度优化穿刺路径。

本发明的柔性穿刺针的路径规划方法对患者的损伤较小，针头灵活，算法简单易行。

本发明的附加方面和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

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本发明的柔性穿刺针的路径规划方法的流程图；

图2为柔性穿刺针轨迹空间坐标系、受力模型及部分运动路径；

图3为计算初始圆形轨迹和终止圆形轨迹过程的示意图；

图4为最短弧线计算过程的示意图；

图5为弧线的外切线与内切线的示意图；

图6最短路径规划算法过程的示意图；以及

图7为本发明实施例的柔性穿刺针的路径规划方法路径优化流程图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。