[发明专利]机器人辅助柔性针穿刺软组织实时操控系统及方法

摘要

机器人辅助柔性针穿刺软组织实时操控系统及方法，属于微创外科手术医疗器械技术领域。所述系统包括柔性针穿刺装置、驱动装置、力学传感器、数据采集卡以及计算机，该计算机含有步进电机运动控制软件、力信号处理软件和柔性针操控控制算法。该方法按以下步骤实现针穿刺运动：视针穿刺过程为准静态过程，将任意针段视为悬臂梁，每个针段用向量描述并被视为一个悬臂梁；按照悬臂梁理论，计算其挠度和截面转角；采用迭代方法，实时计算出针体和针尖位置。本发明实现了穿刺过程中针体位置的实时调整，从而有效地避开穿刺过程中的障碍物，准确地击中靶点；进一步减轻了医生的疲劳程度和患者的痛苦，降低了手术风险。

主权项

一种机器人辅助柔性针穿刺软组织实时操控系统，其特征在于：该系统包括柔性针穿刺装置、驱动装置、力学传感器、数据采集卡以及计算机，该计算机含有步进电机运动控制软件、力信号处理软件和柔性针操控控制算法；所述的柔性针穿刺装置包括顶部带斜角的柔性针、针夹持工具、针导航块、软组织和软组织器皿；所述的驱动装置包括步进电机、步进电机驱动器、X方向电控平移平台、Y方向电控平移台和电控旋转台；所述的柔性针安装在针夹持工具上，针夹持工具通过针导航块安装在电控旋转台上；所述的力学传感器设置在软组织器皿上，用于采集柔性针与软组织间的作用力信号；该作用力信号通过数据采集卡转换后输入到计算机中；所述的计算机分别通过控制线和数据线与步进电机驱动器连接，该计算机利用步进电机运动控制软件控制驱动装置操控柔性针的运动，利用柔性针操控控制算法计算柔性针的针尖和针体的位置。