[发明专利]一种用于主从式血管介入手术机器人系统的反馈力融合再现方法

说明书

一种用于主从式血管介入手术机器人系统的反馈力融合再现方法，包括手术导管受力信息检测部分，检测力融合部分和融合力反馈再现部分。其中手术导管受力信息检测部分用于测量导管在血管中运动时所受不同方向，不同类型力的大小；检测力融合部分用于将测量得到的不同类型的力融合转换为一种综合力；融合力反馈再现部分采用电磁感应的原理，将融合后的综合力反馈再现给医生操作侧，以增加医生在介入式手术过程中的触觉临场感，保证手术操作的安全性。

(一)技术领域：

本发明属于医疗机器人技术领域，特别是一种用于主从式血管介入手术机器人系统的反馈力融合再现方法，它可以将导管在人体血管中运动时所受到的不同类型，不同方向的力进行模糊融合，将融合后的综合力反馈再现给医生操作侧，应用场景主要为主从遥操作式血管介入手术机器人领域。

(二)背景技术：

血管介入手术机器人系统是一种具有高安全性的辅助医生进行导管介入手术的机器人系统，能够避免手术中因医生生理颤抖和误操作而导致的严重后果，且可以使医生免受X射线辐射。

为了使医生免受X射线辐射，微创血管介入手术机器人系统大都采用主从分离的遥操作式结构。在手术过程中，医生与病人分离，通过远程操作的方式进行手术。导管在血管中运动时会与血管壁接触从而受到不同种类不同方向的力，如血流冲击阻力，碰撞力，摩擦力等。所以，在整个手术过程中机器人从端侧能够获取导管在病人体内血管介入过程中所受到的阻力，并且将受力信息反馈给主端操作侧的医生。但是，各种受力信息都是通过柔性导管传递，这使得医生很难将各种受力信息进行具体的区分甄别。

(三)发明内容：

本发明的目的在于提供一种用于主从式血管介入手术机器人系统的反馈力融合再现方法，它可以克服现有技术的不足，通过融合导管在人体内血管中运动时受到不同类型和不同方向的力，并将融合力反馈再现给医生操作侧的方式，以增加医生在介入式手术过程中的触觉临场感，保证手术操作的安全性。

本发明的技术方案：一种用于主从式血管介入手术机器人系统的反馈力融合再现方法，其特性在于它包括手术导管受力信息检测部分、检测力融合部分和融合力反馈再现部分：其中，所述手术导管受力信息检测部分用于测量导管在血管中运动时所受到的不同方向及不同类型的力的大小；所述检测力融合部分用于将手术导管受力信息检测部分所测量到的不同类型的力融合转换为一种综合力；所述融合力反馈再现部分基于电磁感应的原理，将融合后的综合力反馈再现给医生操作侧；具体包括以下步骤：

(1)对手术过程中导管侧壁与血管壁接触所产生摩擦力的信息及导管前端与血管壁的碰撞力信息和导管所受血流阻力的信息进行检测；

所述步骤(1)中对手术过程中导管侧壁与血管壁接触所产生摩擦力的信息的检测是由压敏橡胶传感器阵列采用直接测量的方式实现的。

所述压敏橡胶传感器阵列的敏感单元由柔性复合材料构成，以硅橡胶作为柔性基体，并在该基体中加入敏感材料石墨烯，其可以使摩擦力均匀地施加到敏感单元上，保证其对信息采集的准确性。

所述步骤(1)中对手术过程中导管前端与血管壁的碰撞力信息和导管所受血流阻力的信息的检测是由载荷传感器采用间接测量的方式实现的。

(2)由于步骤(1)中手术过程中导管在血管中的运动是匀速推送的，因此其所受血流阻力恒定，可以视为常数；

所述步骤(2)中的常数值是通过载荷传感器在导管前端开始进入血管时测得。

(3)将步骤(1)中得到的手术过程中导管侧壁与血管壁接触所产生摩擦力的信息及导管前端与血管壁的碰撞力信息和导管所受血流阻力的信息通过A/D转换器，发送到微控制器进行融合计算处理；

所述步骤(3)中的融合计算处理具体是指：