[发明专利]一种基于超声成像的静脉穿刺机器人扎针速度控制方法

说明书

本发明涉及一种基于超声成像的静脉穿刺机器人扎针速度控制方法，包括：将针头以设定的进针初始速度v₀扎入穿刺部位；利用SIFT算法提取二维切面图像中针头的特征点，并在后续每一帧跟踪针头的位置信息；保持初始速度v₀继续扎入针头，直至针头端部距离静脉血管前壁的垂直距离小于等于目标静脉血管宽度的0.5倍时，将针头移动速度设定为0.5v₀；当针头插入血管后，针头移动速度设定为0.25v₀，直至停止进针动作；穿刺作业完成后，将退针初始速度设置为0.25v₀；针头退出血管后，将针头移动速度设置为2v₀，直至针头退出。与现有技术相比，本发明具有充分考虑患者的痛觉和穿刺任务的安全性，有效降低了患者进行穿刺治疗时的痛觉，降低了发生医疗事故的风险等优点。

技术领域

本发明涉及静脉穿刺机器人领域，尤其是涉及一种基于超声成像的静脉穿刺机器人扎针速度控制方法。

背景技术

医护人员手动静脉穿刺准确率低且易产生医患交叉感染，自动静脉穿刺机器人因本身自动化程度高、穿刺准确的优点，是智慧医疗的一个新兴方向。超声成像设备获取患者进行穿刺处人体组织的纵向截面信息，使静脉穿刺过程中针头扎入体内后，能够准确找准静脉血管的位置。但是，现有的静脉穿刺机器人通常是采用常规的匀速扎针控制，当扎针速度较慢时候，针的刺激引起肌肉收缩，增大摩擦阻力，阻滞针头的插入，延长了穿刺的时间，并导致患者的痛觉被长时间累计并反馈值神经中枢，增强了患者的痛觉感受；当扎挣的速度较快时候，穿刺的控制难以把握，可能导致针头扎入体内的深度发生不精确，从而导致未扎入静脉血管或穿透静脉血管的后壁，造成额外的伤害风险。因此，现有的扎针速度控制方法难以兼顾患者体验和扎针的安全稳定性。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于超声成像的静脉穿刺机器人扎针速度控制方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于超声成像的静脉穿刺机器人扎针速度控制方法，包括：

扎针控制步骤：

A1、通过超声成像设备获取穿刺部位的二维切面图像；

A2、利用Canny算法分割出二维切面图像中包含的静脉血管，并计算出目标静脉血管的宽度w、静脉血管前壁距离皮肤表面的距离d_f和静脉血管后壁距离皮肤表面的距离d_b；

A3、将针头以设定的进针初始速度v₀扎入穿刺部位；

A4、利用SIFT算法提取二维切面图像中针头的特征点，并在后续每一帧跟踪针头的位置信息；

A5、保持初始速度v₀继续扎入针头，直至针头端部距离静脉血管前壁的垂直距离d_tf小于等于目标静脉血管宽度w的0.5倍时，将针头移动速度设定为0.5v₀；

A6、当针头插入血管后，将针头移动速度设定为0.25v₀，直至针头到达静脉血管中间位置时停止进针动作；

退针控制步骤：

B1、穿刺作业完成后，将退针初始速度设置为0.25v₀，引导针头退出血管；

B2、针头退出血管后，将针头移动速度设置为2v₀，直至针头退出穿刺部位。

进一步地，所述超声成像设备采用B型超声成像设备；所述二维切面图像为人体组织纵向截面的256级灰度图像，图片流的帧率为256帧。