[发明专利]一种基于变形的血管抓取安全性评估方法及装置

说明书

本发明公开了一种基于变形的血管抓取安全性评估方法及装置，其中，所述方法包括：构建被抓取血管在机械手的手指引起被抓取血管方向上的血管变形模型；获得被抓取血管的半径、弹性模量、厚度以及泊松比；将所述被抓取血管的半径、弹性模量、厚度以及泊松比代入所述血管变形模型中进行计算，获得血管变形量；基于所述血管变形量与所述血管的半径比例模型进行被抓取血管的抓取安全性评估。在本发明实施例中，可以在对血管抓取操作钱进行安全性预评估，并可根据血管变形量对机器手手指的力输出设置合理的安全阈值，有效预防该手术操作对血管的破坏。

技术领域

本发明涉及机械手安全控制技术领域，尤其涉及一种基于变形的血管抓取安全性评估方法及装置。

背景技术

手术辅助机器人是辅助手术顺利完成的一类机器人，其作用是降低医生工作量，提升手术成功率，及减轻患者痛楚，其安全性是评估该机器人是否可靠的一个非常重要的标准。手术辅助机器人的其中一个发展方向是逐渐代替医生完成一些手术操作。而夹起并挪动血管是大型手术中经常出现的一个操作，例如大动脉血管阻挡住病灶时就必须暂时挪动开大动脉以便对病灶进行切割。由于这些血管在患者以后的生活中还需要使用甚至非常重要，所以必须保证血管不受损坏。若由机器人完成这一操作，则应该在操作前对血管的安全性进行评估，也既预先计算机器人的夹持会对血管造成怎样的变形影响，若变形过大，则应重新考虑操作方案。

目前关于这个问题的评估技术一般为即时图像测量或即时力感应。前者是通过图像技术在线测量血管的变形，后者是通过力传感器控制夹持血管时机器手指的输出力。这两种技术都能对血管的安全起到保障作用，但显然还不足够，因为这两种方法并不能提供设定安全阈值的依据，而没有可靠的安全阈值显然不能令医生和患者觉得该机器人操作足够安全可靠。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，本发明提供了一种基于变形的血管抓取安全性评估方法及装置，可以在对血管抓取操作钱进行安全性预评估，并可根据血管变形量对机器手手指的力输出设置合理的安全阈值，有效预防该手术操作对血管的破坏。

为了解决上述技术问题，本发明实施例还提供了一种基于变形的血管抓取安全性评估方法，所述方法包括：

构建被抓取血管在机械手的手指引起被抓取血管方向上的血管变形模型；

获得被抓取血管的半径、弹性模量、厚度以及泊松比；

将所述被抓取血管的半径、弹性模量、厚度以及泊松比代入所述血管变形模型中进行计算，获得血管变形量；

基于所述血管变形量与所述血管的半径比例模型进行被抓取血管的抓取安全性评估。

可选的，所述构建被抓取血管在机械手的手指引起被抓取血管方向上的血管变形模型，如下：

其中，m为大于或等于1的自然数；n为大于或等于0的偶数；π表示圆周率；表示无量纲量，其中，s表示血管的弧度，R表示血管的半径；w_mn表示加载方向的位移相关函数。

可选的，所述加载方向的位移相关函数如下：

其中，R表示血管的半径；π表示圆周率；m为大于或等于1的自然数；P表示机械手手指的力；T＝2R/(Lπ)，L表示血管的长度；K＝Eh/(1-μ²)，E表示血管的弹性模量，h表示血管的厚度，μ表示血管的泊松比；M^**表示当速度为0时的位移方程系数矩阵；M^*表示完整的位移方程系数矩阵。

可选的，所述当速度为0时的位移方程系数矩阵表示如下：