[发明专利]医疗微机器人的实时导航控制方法和装置

说明书

本发明实施例提供一种医疗微机器人的实时导航控制方法和装置，该方法包括：实时获取医疗微机器人的参考导航轨迹状态信息，状态信息包括实时期望速度和实时期望位置；基于实时期望速度、实时期望位置、医疗微机器人的实时位置、实时速度和实时加速度，构建导航优化问题的目标函数和约束条件，其中，所述导航优化问题的建立基于离散时间系统采样时间和网络时滞；求解导航优化问题，得到医疗微机器人的实时加速度；将实时加速度发送至磁场控制装置以供调节磁场强度和方向控制医疗微机器人的实时加速度。本发明实施例提供的方法和装置，实现了减少网络时滞的负面影响下的自动控制微机器人达到参考导航轨迹的位置和速度，保证系统的稳定性。

技术领域

本发明涉及医疗微机器人技术领域，尤其涉及一种医疗微机器人的实时导航控制方法和装置。

背景技术

医疗微机器人是生物医学微机器人高级服务质量和增强性能的新兴趋势。基于3D轨迹跟踪的微机器人导航控制被广泛认为是实现智能医疗的一种前景很广的技术，它能实现精确、高效的自动控制。

医疗微机器人作为一种具有精确手术操作的装置，可以减少手术误差，自动规划血液中的导航轨迹，实现在窄血管中的闭环控制。

但由于导航控制反馈回路带来的网络延迟和系统不确定性等各种因素，可能会导致显著的跟踪误差和不稳定性。现有的研究建立了基于时滞估计的闭环控制方式，并对磁性驱动的微机器人进行了建模和实现，表明在存在网络诱导延迟的情况下，准确的控制对于微机器人在体内操作中的安全和实现是至关重要的。

目前的研究主要集中在生物医学微机器人的最佳导航控制设计上，而忽略了网络诱导的延迟。但是随着远程手术应用的迅速发展，微机器人导航系统中的随机时间延迟是不可避免的，存在着破坏系统稳定性的潜在缺点。

因此，如何避免微机器人导航系统中的随机时间延迟对导航准确性的干扰，避免随机时间延迟破坏导航系统的稳定性，仍然是本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

本发明实施例提供一种医疗微机器人的实时导航控制方法和装置，用以解决传统的微机器人导航系统中的随机时间延迟对导航准确性的干扰，随机时间延迟破坏导航系统的稳定性的问题。

第一方面，本发明实施例提供一种医疗微机器人的实时导航控制方法，包括：

实时获取医疗微机器人的参考导航轨迹状态信息，所述参考导航轨迹状态信息包括实时期望速度和实时期望位置；

基于所述实时期望速度、所述实时期望位置、所述医疗微机器人的实时位置、所述医疗微机器人的实时速度和所述医疗微机器人的实时加速度，构建导航控制优化问题的目标函数和约束条件，其中，所述导航控制优化问题的建立基于离散时间系统采样时间和网络时滞；

求解所述导航控制优化问题，得到所述医疗微机器人的实时加速度；

将所述实时加速度发送至磁场控制装置以供所述磁场控制装置调节磁场强度和方向控制所述医疗微机器人的实时加速度。

优选地，所述参考导航轨迹状态信息是基于预操作3D影像提取的。

优选地，所述基于所述实时期望速度、所述实时期望位置、所述医疗微机器人的实时位置、所述医疗微机器人的实时速度和所述医疗微机器人的实时加速度，构建导航控制优化问题的目标函数和约束条件，其中，所述导航控制优化问题的建立基于离散时间系统采样时间和网络时滞，具体包括：

基于所述实时期望速度、所述实时期望位置、所述医疗微机器人的实时位置、所述医疗微机器人的实时速度和所述医疗微机器人的实时加速度，构建状态误差方程；

基于所述状态误差方程，确定连续时间系统状态方程，将所述连续时间系统状态方程离散化，获得离散时间系统模型；

基于所述离散时间系统模型构建导航控制优化问题的目标函数和约束条件。