一种基于倾角传感器的微针定位取血栓行针路径规划方法与流程

本发明涉及一种基于倾角传感器的微针定位取血栓行针路径规划方法，用于去除血管内梗阻血栓的微针精确定位。

背景技术：

微针定位取血栓，首先要找准血栓的位置。目前通过应用高科技的远红外热像仪、ct或mri，都能依据快速、准确的检测出血栓所在的位置和瘀阻的程度。在取血栓时，目前常用的方法是通过医生面对患者，对图像中血栓所在的位置，直接用取栓微针刺入人体，直指血栓位置，这种方法十分依赖医生的个人经验，而且也不准确，往往需要多次刺入才能找到准确位置，甚至根本找不到血栓位置，极大增加了患者的生理压力和心理负担。

技术实现要素：

发明目的：针对现有技术中存在的问题与不足，本发明提供一种基于倾角传感器的微针定位取血栓行针路径规划方法，利用三轴加速度计构建基准坐标系，利用微型激光测距仪测量微针针尖与基准点的距离，进而计算出微针针尖和血栓位置的坐标，然后由机械手控制行针路线，具有高准确率，保证行针快速精确地到达血栓的位置。

技术方案：一种基于倾角传感器的微针定位取血栓行针路径规划方法，包括如下步骤：

步骤1，就诊者头部设有3个基准点，3个基准点连线为直角三角形，直角三角形与地平面平行，以直角处基准点作为基准坐标系原点。

步骤2，设置在机械臂上的取栓微针的初始位置处于垂直地平面的方位，取栓微针针尖方向与直角坐标系的z轴指向相同，通过调整取栓微针针尖指向，使取栓微针位置处的第二3轴倾角传感器的输出为(0,0,1)，测量取栓微针针尖与头戴的3个基准点距离，分别为p1、p2、p3。

步骤3，计算出3个基准点与血栓位置c点的距离分别为r1、r2、r3，计算出血栓位置c点坐标(x1,y1,z1)。

步骤4，根据3个基准点与取栓微针针尖p点的距离p1、p2、p3，计算出取栓微针针尖位置p点坐标(x2,y2,z2)。

步骤5，根据血栓位置c点坐标(x1,y1,z1)和取栓微针针尖p点坐标(x2,y2,z2)，建立空间直线的方向余弦值(α1,α2,α3)。

步骤6，调整取栓微针，直到与取栓微针连接的第二3轴倾角传感器输出值(β1,β2,β3)与方向余弦值(α1,α2,α3)一致，初调完成。

步骤7，初调完成后，重新测量3个基准点与取栓微针针尖点的距离pp1、pp2、pp3，计算出取栓微针针尖p点坐标(xx2,yy2,zz2)。

步骤8，根据血栓位置c点坐标(x1,y1,z1)和取栓微针针尖p点坐标(xx2,yy2,zz2)，建立空间直线的方向余弦值(γ1,γ2,γ3)。

步骤9，调整取栓微针，直到与取栓微针连接的第二3轴倾角传感器的输出值(σ1,σ2,σ3)与方向余弦值(γ1,γ2,γ3)一致，取栓微针走向调节完成，取栓微针按照微针走向前进，在前进过程中，保持与取栓微针连接的第二3轴倾角传感器3输出值(σ1,σ2,σ3)不变。

就诊者头戴呈直角坐标系的3个基准点，3个基准点的位置分别对应直角坐标系中的三个点，分别为x轴上的坐标点a、原点坐标o和y轴上的坐标点b；∠aob为直角，a点坐标为(xm,0,0)，b点坐标为(0,ym,0)，原点o的坐标为(0,0,0)，平面aob与地平面平行；以导航中地理坐标系建立基准坐标：东-北-天作为基准，x轴指向正东，y轴指向正北，z轴垂直水平面且指向天，要求平面aob与地平面平行，可以通过o点带有的第一3轴倾角传感器保证，第一3轴倾角传感器的3轴(x,y,z)指向与坐标系(x,y,z)轴重合；第一3轴倾角传感器的3个输出值分别对应(x,y,z)坐标系的方向余弦值。就诊者头部设有3个基准点，3个基准点连线为直角三角形，直角三角形与地平面平行，以直角处基准点作为基准坐标系原点，通过空间几何关系确定血栓病灶位置坐标，通过确定取栓微针针尖与基准点的距离，计算出取栓微针针尖的位置坐标，利用取栓微针的三轴倾角传感器输出值约束取栓微针在行进中指向血栓病灶位置，保证行针的准确。

附图说明

图1是建立基准坐标系图；

图2是取栓微针测距图；

图3是计算血栓位置坐标图；

图4是计算取栓微针针尖位置坐标图；

图5是取栓微针针尖与血栓相对位置图；

图6是初调取栓微针针尖对准血栓位置图；

图7是计算调向后取栓微针针尖位置坐标图；

图8是计算取栓微针针尖应具有的方向余弦图；

图9是倾角传感器保证取栓微针行针路线图；

图10是第二倾角传感器与微针的连接关系示意图；

图11是机械臂结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。

一种基于倾角传感器的微针定位取血栓行针路径规划方法，就诊者额头处佩戴带有3个基准点的刚性圆环，刚性圆环平面与地平面平行，3个基准点连线为直角三角形，以直角处基准点作为基准坐标系原点，以地理坐标系建立基准坐标，通过空间几何关系确定血栓病灶位置坐标，通过激光测距确定取栓微针针尖与基准点的精确距离，计算出取栓微针针尖的位置坐标，利用三轴倾角传感器输出值约束取栓微针在行进中指向血栓病灶位置，保证行针的准确。包括如下步骤：

步骤1，就诊者头戴呈直角坐标系的3个基准点，3个基准点设置在刚性圆环上，如图1所示，3个基准点的位置分别对应直角坐标系中的三个点，分别为x轴上的坐标点a、原点坐标o和y轴上的坐标点b；∠aob为直角，a点坐标为(xm,0,0)，b点坐标为(0,ym,0)，原点o的坐标为(0,0,0)，以导航中地理坐标系：东-北-天作为基准，x轴指向正东，y轴指向正北，z轴垂直水平面且指向天，要求平面aob与地平面平行，可以通过o点带有的3轴倾角传感器1保证，3轴倾角传感器1设置在原点o处，倾角传感器1的3轴(x,y,z)指向与坐标系(x,y,z)轴重合。倾角传感器1的3个输出值分别对应(x,y,z)坐标系的方向余弦值。

步骤2，将设置在机械臂上的取栓微针2与3轴倾角传感器3和激光测距器4配合使用，第二3轴倾角传感器设置在取栓微针上，激光测距器4设置在针尖后方是2-3毫米处，如图2所示，取栓微针2的初始位置处于垂直方位，微针2针尖方向与坐标系的z轴指向相同，通过调整微针2针尖指向，使倾角传感器3的输出为(0,0,1)，利用激光测距器4测量微针2针尖与头戴的3个基准点距离，分别为p1、p2、p3。如图11所示，机械臂指的是带2自由度调节转台41的可伸缩舵机40，直径0.8cm-1.5cm，转台41可调节上下里外4个方向；如图10所示，微针2的指向与倾角传感器3的z轴方向一致，倾角传感器3尺寸为1.2cm×1.2cm，中部套在在微针2针尖后2cm-10cm后。

步骤3，通过ct或mri计算出3个基准点与血栓位置c点的距离分别为r1、r2、r3，利用公式1，计算出血栓位置c点坐标(x1,y1,z1)，如图3所示。

步骤4，根据3个基准点与微针2针尖p点的距离分别为p1、p2、p3，利用公式2，计算出微针2针尖位置p点坐标(x2,y2,z2)，如图4所示。

步骤5，根据血栓位置c点坐标(x1,y1,z1)和微针2针尖p点坐标(x2,y2,z2)，利用公式3，建立空间直线的方向余弦值(α1,α2,α3)，α1,α2,α3表示直线在空间坐标系的方向，如图5所示。

步骤6，调整取栓微针2，直到与微针2连接的第二3轴倾角传感器3输出值(β1,β2,β3)与方向余弦值(α1,α2,α3)一致，初调完成，如图6所示。

步骤7，初调完成后，由于微针调向轴5与微针2针尖并不完全重合，只是大体上对准，针尖在转动后也偏离原来坐标，还要精确调整，重新测量3个基准点与微针2针尖p点的距离，分别为pp1、pp2、pp3，利用公式2，计算出微针2针尖p点坐标(xx2,yy2,zz2)，如图7所示。

步骤8，根据血栓位置c点坐标(x1,y1,z1)和微针2针尖p点坐标(xx2,yy2,zz2)，利用公式4，建立空间直线的方向余弦值(γ1,γ2,γ3)，如图8所示。

步骤9，调整取栓微针2，直到与针连接的3轴倾角传感器3输出值(σ1,σ2,σ3)与方向余弦值(γ1,γ2,γ3)一致，微针2走向调节完成，取栓微针2按照微针指向前进，在前进过程中，要保持与微针2连接的3轴倾角传感器3输出值为(σ1,σ2,σ3)不变，如图9所示。