一种医用导丝控制系统及方法与流程

[0001]
本发明涉及医疗技术领域，具体涉及一种医用导丝控制系统及方法。


背景技术：

[0002]
在进行血管疏通的手术中，导丝在血管内的游走的方式为人工控制，在影像引导下导丝控制难度大，不能准确控制导丝行进方向、速度以及精准度，从而导致手术风险大、手术时间长和病人痛苦程度高。


技术实现要素：

[0003]
针对上述技术问题，本发明旨在提供一种医用导丝控制系统及方法，为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案来实现：
[0004]
一种医用导丝的控制方法，包括以下步骤：
[0005]
步骤一：根据患者的医学影像信息制作规划路径；
[0006]
步骤二：获取导丝的实时位姿信息；
[0007]
步骤三：根据所述规划路径和所述导丝的位姿信息生成伺服机构控制信号；
[0008]
步骤四：根据所述控制信号控制所述导丝在血管内进行游走。
[0009]
有益地，步骤一包括：
[0010]
导入患者的医学影像信息；
[0011]
根据患者医学影像生成二维影像；
[0012]
根据所述患者二维影像进行三维重建并提取血管影像；
[0013]
对所述血管影像进行血管的路径选取，获取所述规划路径，包括：根据所述血管影像，在血管健康部位选取述中心路径，在病变部位选取选定路径，根据选取的中心路径和选定路径制作所述规划路径；
[0014]
其中，所述选取中心路径包括：把所述血管影像中心点连接成线段作为所述中心路径；
[0015]
所述选取选定路径包括：人工选定所述导丝在血管内游走的路径点，把相邻所述路径点连接成线段，从而组成所述选定路径；
[0016]
将规划路径上每一个点的所述三维坐标值的单位从像素值转换为公制毫米。
[0017]
有益地，步骤二包括：在所述导丝游走过程中，获取所述导丝实时三维坐标值和方向。
[0018]
有益地，步骤三包括：计算出所述规划路径的三维坐标值和所述实时三维坐标值之间的夹角值，从而判断导丝头是否偏离所述规划路径，若判断结果为发生偏离，则进一步计算出偏离量，并把所述偏离量发送至伺服机构上。
[0019]
有益地，步骤四包括：所述伺服机构分析所述偏离量，并控制电机调整转子的旋转圈数和转速，从而控制机械臂运动，通过所述机械臂的运动控制所述导丝的游走路径，从而纠正所述导丝的游走路径偏离。
[0020]
另一方面，本发明提供了一种医用导丝控制系统，包括路径设计系统、控制器、伺服机构、定位组件以及导丝，所述控制器和所述设计系统电连接，所述控制器和所述伺服机构无线连接，所述伺服机构和所述导丝电连接，所述定位组件设于所述导丝上，其中，
[0021]
所述路径设计系统用于根据患者的医学影像信息制作规划路径；
[0022]
所述定位组件用于获取导丝的实时位姿信息；
[0023]
所述控制器用于根据所述规划路径和所述导丝的位姿信息生成伺服机构控制信号；
[0024]
所述伺服机构用于根据所述控制信号控制所述导丝在血管内进行游走。
[0025]
有益地，所述路径设计系统包括二维影像生成模块、三维影像重建模块、血管路径选取模块以及坐标转换模块；其中，
[0026]
所述二维影像生成模块用于根据导入的所述医学影像生成二维影像；
[0027]
所述三维影像重建模块用于根据所述二维影像进行三维重建并提取血管影像；
[0028]
所述血管路径选取模块用于对所述血管影像进行血管的路径选取，获取所述规划路径，包括：根据所述血管影像，在血管健康部位选取述中心路径，在病变部位选取选定路径，根据选取的中心路径和选定路径制作所述规划路径；其中所述选取中心路径包括：把所述血管影像中心点连接成线段作为所述中心路径；所述选取选定路径包括：人工选定所述导丝在血管内游走的路径点，把相邻所述路径点连接成线段，从而组成所述选定路径；
[0029]
所述坐标转换模块用于将所述规划路径上每一个点的所述三维坐标值的单位从像素值转换为公制毫米。
[0030]
有益地，所述伺服机构包括机械臂，所述机械臂内设有所述电机和处理芯片，所述电机和所述处理芯片电连接，所述电机用于驱动所述机械臂运动，所述处理芯片用于分析所述控制器的信号和控制所述电机的工作状态。
[0031]
有益地，所述控制器包括控制模块和信号收发器，所述信号收发器分别和所述定位组件以及所述处理芯片无线连接，所述信号收发器用于收发信息，所述信号收发器接收到所述位组件的实时三维坐标值，所述控制器计算出所述规划路径的三维坐标值和实时三维坐标值之间的夹角值，从而判断导丝头是否偏离所述规划路径，若判断结果为发生偏离，则所述控制器计算出偏离量，并根把所述偏离量发送至所述处理芯片上，所述处理芯片分析所述偏离量，并控制所述电机调整转子的旋转圈数和转速，从而控制所述机械臂运动，所述机械臂的运动控制所述导丝的游走路径，从而纠正所述导丝的游走路径偏离。
[0032]
有益地，所述定位组件包括电磁定位器，所述电磁定位器内设有智能定位芯片。
[0033]
本发明具有以下有益效果为：
[0034]
1、通过二维模块和三维模块能够对人体血管进行建立三维影像，提高路径规划时的精确度；
[0035]
2、通过血管中心点连成的中心路径和人工选取选定路径，能够根据病患健康程度不同的血管部位，合理地对中心路径和选定路径进行取舍，再结合成为规划路径，在进行人工选定的选定路径时，路径点越多则路径越平滑，导丝的游走位置则越精确；
[0036]
3、通过坐标转换模块和控制器，能够以坐标值为参考精准地控制导丝按照规划路径进行游走，通过定位组件获取导丝实时三维坐标值后，控制模块根据实时三维坐标值分析导丝是否发生路径偏离和偏离量，并控制控制电机使导丝进行路径偏离纠正，有效防止
导丝偏离规划路径，刺穿血管，对病患造成危险；
[0037]
4、整个系统显著提高手术安全性、缩短手术时间、提高手术精准度，且操作简单、维护方便。
附图说明
[0038]
图1是本发明的电路连接关系图
具体实施方式
[0039]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0040]
本发明的描述中，需要说明的是，术语“竖直”、“上”、“下”、“水平”等指示的方位或者位置关系为基于附图所示的方位或者位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或者暗示所指的装置或者元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，“第一”、“第二”、“第三”、“第四”仅用于描述目的，而不能理解为指示或者暗示相对重要性。
[0041]
本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限制，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接，可以是机械连接，也可以是电连接，可以是直接连接，也可以是通过中间媒介相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0042]
实施例一：
[0043]
本发明提供了一种医用导丝的控制方法，包括以下步骤：
[0044]
步骤一：根据患者的医学影像信息制作规划路径；
[0045]
步骤二：获取导丝的实时位姿信息；
[0046]
步骤三：根据所述规划路径和所述导丝的位姿信息生成伺服机构控制信号；
[0047]
步骤四：根据所述控制信号控制所述导丝在血管内进行游走。
[0048]
步骤一包括：
[0049]
导入患者的医学影像信息；
[0050]
根据患者医学影像生成二维影像；
[0051]
根据所述患者二维影像进行三维重建并提取血管影像；
[0052]
对所述血管影像进行血管的路径选取，获取所述规划路径，包括：根据所述血管影像，在血管健康部位选取述中心路径，在病变部位选取选定路径，根据选取的中心路径和选定路径制作所述规划路径；
[0053]
其中，所述选取中心路径包括：把所述血管影像中心点连接成线段作为所述中心路径；
[0054]
所述选取选定路径包括：人工选定所述导丝在血管内游走的路径点，把相邻所述路径点连接成线段，从而组成所述选定路径；
[0055]
将规划路径上每一个点的所述三维坐标值的单位从像素值转换为公制毫米。
[0056]
步骤二包括：在所述导丝游走过程中，获取所述导丝实时三维坐标值和方向。
[0057]
步骤三包括：计算出所述规划路径的三维坐标值和所述实时三维坐标值之间的夹角值，从而判断导丝头是否偏离所述规划路径，若判断结果为发生偏离，则进一步计算出偏离量，并把所述偏离量发送至伺服机构上。
[0058]
步骤四包括：所述伺服机构分析所述偏离量，并控制电机调整转子的旋转圈数和转速，从而控制机械臂运动，通过所述机械臂的运动控制所述导丝的游走路径，从而纠正所述导丝的游走路径偏离。
[0059]
机械臂的运动控制导丝上的导丝转环，从而控制导丝的游走方向。
[0060]
如遇紧急情况，可按下伺服机构上的急停按钮中断当前系统的运行。
[0061]
本优选实施例通过二维模块和三维模块能够对人体血管进行建立三维影像，提高路径规划时的精确度；通过血管中心点连成的中心路径和人工选取选定路径，能够根据病患健康程度不同的血管部位，合理地对中心路径和选定路径进行取舍，再结合成为规划路径，在进行人工选定的选定路径时，路径点越多则路径越平滑，导丝的游走位置则越精确；通过坐标转换模块和控制器，能够以坐标值为参考精准地控制导丝按照规划路径进行游走，通过定位组件获取导丝实时三维坐标值后，控制模块根据实时三维坐标值分析导丝是否发生路径偏离和偏离量，并控制控制电机使导丝进行路径偏离纠正，有效防止导丝偏离规划路径，刺穿血管，对病患造成危险；整个系统显著提高手术安全性、缩短手术时间、提高手术精准度，且操作简单、维护方便。
[0062]
实施例二：
[0063]
一种医用导丝控制系统，包括路径设计系统、控制器、伺服机构、定位组件以及导丝，所述控制器和所述设计系统电连接，所述控制器和所述伺服机构无线连接，所述伺服机构和所述导丝电连接，所述定位组件设于所述导丝上，其中，
[0064]
所述路径设计系统用于根据患者的医学影像信息制作规划路径；
[0065]
所述定位组件用于获取导丝的实时位姿信息；
[0066]
所述控制器用于根据所述规划路径和所述导丝的位姿信息生成伺服机构控制信号；
[0067]
所述伺服机构用于根据所述控制信号控制所述导丝在血管内进行游走。
[0068]
所述路径设计系统包括二维影像生成模块、三维影像重建模块、血管路径选取模块以及坐标转换模块；其中，
[0069]
所述二维影像生成模块用于根据导入的所述医学影像生成二维影像；
[0070]
所述三维影像重建模块用于根据所述二维影像进行三维重建并提取血管影像；
[0071]
所述血管路径选取模块用于对所述血管影像进行血管的路径选取，获取所述规划路径，包括：根据所述血管影像，在血管健康部位选取述中心路径，在病变部位选取选定路径，根据选取的中心路径和选定路径制作所述规划路径；其中所述选取中心路径包括：把所述血管影像中心点连接成线段作为所述中心路径；所述选取选定路径包括：人工选定所述导丝在血管内游走的路径点，把相邻所述路径点连接成线段，从而组成所述选定路径；
[0072]
所述坐标转换模块用于将所述规划路径上每一个点的所述三维坐标值的单位从像素值转换为公制毫米。
[0073]
所述伺服机构包括机械臂，所述机械臂内设有所述电机和处理芯片，所述电机和所述处理芯片电连接，所述电机用于驱动所述机械臂运动，所述处理芯片用于分析所述控制器的信号和控制所述电机的工作状态。
[0074]
所述控制器包括控制模块和信号收发器，所述信号收发器分别和所述定位组件以及所述处理芯片无线连接，所述信号收发器用于收发信息，所述信号收发器接收到所述位组件的实时三维坐标值，所述控制器计算出所述规划路径的三维坐标值和实时三维坐标值之间的夹角值，从而判断导丝头是否偏离所述规划路径，若判断结果为发生偏离，则所述控制器计算出偏离量，并根把所述偏离量发送至所述处理芯片上，所述处理芯片分析所述偏离量，并控制所述电机调整转子的旋转圈数和转速，从而控制所述机械臂运动，所述机械臂的运动控制所述导丝的游走路径，从而纠正所述导丝的游走路径偏离。
[0075]
所述定位组件包括电磁定位器，所述电磁定位器内设有智能定位芯片。
[0076]
实施过程：首先把本系统安装和连接到计算机上，用户对病患的血管影像进行获取，路径设计系统根据血管影像进行规划路径的设置，路径设计系统把规划路径发送至控制器，用户提前打开电机的开关接通电机的电源器，控制器控制机械臂驱动导丝按照规划路径在病患的血管里游走，定位组件可以获取导丝实时位置并反馈实时位置至控制器进行分析，计算出偏离量，并根把所述偏离量发送至所述处理芯片上，所述处理芯片分析所述偏离量，并控制所述电机调整转子的旋转圈数和转速，从而控制所述机械臂运动，所述机械臂的运动控制所述导丝的游走路径，从而纠正所述导丝的游走路径偏离，使导丝顺利完成规划路径的行走。
[0077]
本优选实施例通过先生成二维影像再进行三维重建，生成的三维影像能够提高病患血管的还原度，提前设置导丝游走路径，提高路径设计系统对导丝游走路径设置的精确度，进一步提高了手术的准确性、安全性和治疗效果。
[0078]
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。