[发明专利]融合图像和力信号的介入手术器具载荷识别装置及方法

说明书

本发明公开了一种融合图像和力信号的介入手术器具载荷识别装置及方法，其中，该装置包括：X光机、力传感器和中控机，其中，X光机放置于手术床旁，用于对被测器具的前端进行间断或连续拍摄，采集被测器具的图像信号和几何模型；力传感器安装在被测器具的末端，用于采集操作被测器具产生的力信号；中控机用于根据图像信号、几何模型和力信号计算出被测器具前端的载荷值，从而根据载荷值判断是否停止器具操纵执行器的手术操作。该装置利用X光机传回的图像信号和力传感器传回的力信号，对器具前端的受力情况进行计算，提高了被测器具受力的估计精度，以此基础进行手术操作可以降低手术风险。

技术领域

本发明涉及血管介入手术装置技术领域，特别涉及一种融合图像和力信号的介入手术器具载荷识别装置及方法。

背景技术

近年介入手术的兴起，为广大心血管病患者带来了福音，微创的治疗手段、快速的恢复周期、良好的手术效果，使介入手术越来越得到大众认可，手术数量也逐年增长。但介入手术需要医生一直暴露在X射线下，为了医生的健康着想，形形色色的血管介入手术装置相继问世，为减轻医生工作负担而努力。

在血管介入手术中，一种常见的手术事故是由于医生或机器人操作不慎导致手术器具(如导丝等)刺破病人血管壁而导致的出血，严重者可危及生命。目前主流的手术辅助装置的设计大多只给医生提供X光图像作为参考，医生脱离了原有的操作环境，缺乏手部对器具受力情况的感知，更容易做出错误的判断而导致误操作，甚至酿成悲剧。为了弥补这一手术装置的缺陷，力传感器被加入到相关产品的设计中来。

例如，相关技术一(郭书祥；赵岩；肖楠；王语鑫；曾昱雯；张超楠，血管腔内介入手术机器人导丝/导管操作扭矩检测装置，CN108158656A)采用齿轮加弹簧片的结构，对器具的扭矩进行测量，但这样的测量只是对末端进行直接测量，难以反映器具前端的真实受力情况。相关技术二(肖楠；郭书祥；彭维礼；高宝丰，用于血管腔内介入手术机器人的推送力测量装置，CN104622579A)采用了直接在导丝末端假装力传感器的方案，但只测量了沿导丝方向的阻力，而且也没有据此对前端受力进行分析。另外，也曾有过在导管前端直接假装微型传感装置的做法，但是因为导丝本身极细极软，所以同样的方法对导丝并不适用。相关技术三(Masoud Razban,Javad Dargahi and Benoit Boulet,A Sensor-lessCatheterContact Force Estimation Approach in Endovascular Intervention Procedures,2018IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems(IROS),Madrid,Spain,October 1-5,2018)提出了基于图像处理的无力传感器估计导丝在血管中的受力情况的方法，但因为由图像只能得到变形和边界条件，真正获得力，需要知道血管壁面的力学参数，这在实际应用中显然是非常困难的。

显然，相关技术对介入手术器具的前端受力缺乏感知是手术风险的重大来源。许多研究机构采用了多种替代方案来测量非前端的力，但并未在此基础上更进一步考虑前端受力分析。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明的一个目的在于提出一种融合图像和力信号的介入手术器具载荷识别装置。

本发明的另一个目的在于提出一种融合图像和力信号的介入手术器具载荷识别方法。