[发明专利]机器人辅助柔性针穿刺软组织实验中软组织变形量实时测量方法

说明书

一种软组织变形量实时测量方法，该方法用于机器人辅助柔性针穿刺软组织实验，该方法包含一个软组织变形量实时测量装置和一个软组织变形量实时测量算法，属于微创外科手术医疗器械技术领域。所述装置的核心部件是一个六轴力/力矩传感器，其余附件包括一个矩形组织支撑板、一个与传感器顶端相联的圆形组织托盘、一个与传感器底面连接的用于固定传感器的矩形底板以及数据采集卡和计算机，该计算机含有信号处理软件。该测量装置固定于组织容器底部。信号处理软件包含一个组织挤压力计算算法和一个组织形变量计算算法。这两个算法共同实现了组织挤压力的实时读取与调用以及组织形变量的实时记录与显示，从而实现了在针穿刺软组织实验中组织变形量的实时显示。

技术领域

本发明涉及一种软组织变形量实时测量方法，该方法用于机器人辅助柔性针穿刺软组织实验，该方法包含一个软组织变形量实时测量装置和一套软组织变形量实时测量算法，属于微创外科手术医疗器械技术领域。

背景技术

微创外科(Minimally Invasion Surgery，MIS)是近年来迅速发展起来的一门崭新技术，与传统外科手术相比，具有局部创伤小、手术时间短、全身反应轻、脏器功能恢复快等优。以微创外科研究为基础发展起来的医疗机器人和计算机辅助医疗外科设备与技术也已成为备受关注的应用前沿研究课题之一。

在微创外科手术治疗中，穿刺是最古老，最普遍的一项外科技术，被广泛应用于活体组织病理检查、局部药物投送癌症治疗等手术中。大量的外科诊断、治疗和研究都需要针穿刺到特定靶点，其中大多数穿刺靶点都集中在软组织器官(如肾、肝脏、前列腺、乳房等)，而影响针穿刺精度的主要原因就是穿刺过程中针体与非均质软组织之间相互作用而引起的靶点位置误差。为此，要想减小针穿刺的靶点位置误差就必须弄清楚针穿刺过程中针体与非均质软组织之间的相互作用力以及组织的变形量。现有的研究表明针穿刺过程中针体与非均质软组织之间的相互作用力包括针体与软组织之间的摩擦力以及软组织对针体的挤压力。其中挤压力是引起组织变形的主要原因，但是组织挤压力以及变形量的测量是一个难题，得到组织挤压力的常见的方法有如下两种而组织变形量的测量目前没有合适的办法：

(1)在针座上安装一个六轴力/力矩传感器，组织对针体的挤压力根据杠杆原理会在针座上产生一个与挤压力方向相反的力，近似的认为这就是组织挤压力，但是没有将针弯曲的情况考虑到里面。

(2)在组织容器盒底部安装一个压力传感器，当针穿刺软组织时会产生一个向下的压力，近似认为此压力就是组织挤压力，误差比较大。

鉴于上述两种测量组织挤压力的方法，设计出了一套装置和方法能更准确的测得组织挤压力和并通过推导出组织挤压力与组织变形量的关系式进而间接得到组织变形量。

发明内容

本发明的目的在于设计一种软组织变形量实时测量方法，该方法用于机器人辅助柔性针穿刺软组织实验，使得软组织变形量能够实时地显示到电脑屏幕上。

本发明的技术方案如下：