[发明专利]基于先组合后筛选的预弯柔性针路径优化方法

权利要求书

1.基于先组合后筛选的预弯柔性针路径优化方法，其特征是，包括以下步骤：

步骤1：基于预弯柔性针的穿刺模型，获取符合要求的直线穿刺轨迹和弧线穿刺轨迹；

步骤2：组合操作：基于起点终点位置，通过组合的方式将得出的直线、弧线轨迹拟合出符合穿刺逻辑的路径集合；

步骤3：筛选操作：将路径集合与障碍集合进行计算，筛选出可避障碍的最优路径备选解；

步骤4：优化操作：基于优化目标函数从最优路径备选解中获取路径最优解。

2.根据权利要求1所述的基于先组合后筛选的预弯柔性针路径优化方法，其特征是，步骤1中，所述预弯柔性针的穿刺模型，预弯套管柔性针针芯完全缩入套管时，可以获取直线轨迹，记为L；当针芯相对于套管伸出不同长度时，可以获取一定曲率半径范围内的弧线轨迹，记为C₁、C₂、C₃、......C_n，其曲率半径分别为r₁、r₂、r₃、......r_n。

3.根据权利要求2所述的基于先组合后筛选的预弯柔性针路径优化方法，其特征是，步骤2中，所述组合操作，即基于穿刺起点和终点位置，将由预弯柔性针穿刺模型得到的直线和弧线轨迹，按柔性针穿刺逻辑的要求进行组合，得到路径集合。

4.根据权利要求3所述的基于先组合后筛选的预弯柔性针路径优化方法，其特征是，步骤2中，组合操作中的起点终点位置，将起点Θ(0,0)作为惯性坐标系XOY的原点，得到终点位置为η(a,b)；步骤1中的轨迹，直线轨迹表示为L＝f(x,y)，弧线轨迹表示为

步骤2中符合逻辑的路径由L和C_n组合而成，符合逻辑指直线轨迹无法与相交直线轨迹组合，直线轨迹与弧线轨迹、弧线轨迹与弧线轨迹以相切的方式组合，无需曲率连续；合逻辑的路径由单或二状态的直线轨迹L和弧线轨迹C_n组合而成，基本组合为以下五种情况：

1)单直线轨迹P_1i：

P_1i＝f(x,y)|f(0,0)＝f(a,b)＝0 (1)

2)单弧线轨迹P_2i：

3)直线轨迹与弧线轨迹组合P_3i：

4)弧线轨迹和直线轨迹组合P_4i：

5)弧线轨迹和弧线轨迹组合P_5i：

上式中i、m、n＝1、2、......n，δ_i是指为弧线轨迹C_n与直线轨迹L相切点，实际的路径集合可由以上5种基本组合进行集成得到的点集。

5.根据权利要求4所述的基于先组合后筛选的预弯柔性针路径优化方法，其特征是，步骤3中，所述筛选操作，将由步骤2经过组合操作得到的路径集合基于避障原则进行筛选，得出能实现有效避障的备选穿刺路径；即由步骤2经过组合操作得到的路径集合与障碍集合求交集，若两者交集为空集，则输出路径集合；所述障碍集合为障碍所述范围的点集。

6.根据权利要求5所述的基于先组合后筛选的预弯柔性针路径优化方法，其特征是，步骤4中，优化函数为根据路径规划对靶向穿刺精确性和安全性的要求得出的如下优化函数：

其中，k表示该路径中圆弧轨迹的数量；C_k表示当前待优化路径中第k条弧线轨迹；rk表示当前待优化路径中弧线轨迹C_k的曲率半径；ε为误差系数，取表示预弯柔性针穿刺模型平均曲率半径；根据起点坐标Θ(0,0)，终点坐标η(a,b)，得到弧微分_Lf(x,y)ds表示路径中直线轨迹L的路径长度；表示路径中弧线轨迹C_k的路径长度；

计算各备选路径对应的优化Y值，求出对应Y值最小的路径即为最优路径。