[发明专利]一种基于矫正力的前列腺粒子植入精准穿刺方法

权利要求书

1.一种基于矫正力的前列腺粒子植入精准穿刺方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、穿刺针的术前针尖轨迹规划；

依据针挠曲形变预测模型得出针尖到达目标靶点的最佳针尖路径，并得到对应的穿刺参数：矫正力和穿刺深度；

S2、穿刺针的术中穿刺控制策略；

施加矫正力后，随着穿刺针进针，术中针尖轨迹与术前规划好的针尖轨迹之间会产生误差，通过PID控制器实时调整矫正力的大小，将穿刺误差降到最小。

2.根据权利要求1所述的一种基于矫正力的前列腺粒子植入精准穿刺方法，其特征在于，步骤S1中穿刺针的术前针尖轨迹规划方法如下：

S11、术前设定期望的针体线段τ；

S12、基于针挠曲形变预测模型求取最佳针尖轨迹的穿刺参数，穿刺参数即矫正力和穿刺深度；

基于针挠曲形变预测模型建立使A_e面积最小化的成本函数，A_e为期望的针体线段与模型计算出的针体线段从d_s到d_f二者所围成的面积；

考虑到矫正力分布函数的搜索空间一般为无穷大，因此选择简化的力分布函数来减少搜索空间；、、和分别表示矫正力的大小、以及施加矫正力的起始深度和结束深度，矫正力分布函数是、和的函数；

由构造的成本函数为期望的针体线段τ值与最终穿刺深度时针的形状之间的残差的平方和，为针挠曲形变预测模型得到的穿刺针在最终穿刺深度处的模拟挠曲值；

成本函数的输入为使R值最小的恒定的矫正力和施加时的穿刺深度；通过实验确定矫正力驱动停止有效的深度，选择优化算法来寻找参数和的最优值，因此最优的针尖轨迹为模式搜索法，得到使为最小值的与穿刺参数，识别出的最优针尖轨迹被用作穿刺过程中术中穿刺控制策略的参考轨迹；对术前穿刺控制策略算法进行仿真模拟，原点为起点，期望的针体线段为曲率为0的线段，计算出最佳路径与和的大小。

3.根据权利要求1所述的一种基于矫正力的前列腺粒子植入精准穿刺方法，其特征在于，步骤S2中穿刺针的术中穿刺控制策略方法如下：

基于所需针挠曲值建立反向针挠曲形变预测模型；

为期望的针尖挠曲值，通过施加一个尚未确定的矫正力F_l*来达到这个期望的针尖挠曲值，其中为施加矫正力时穿刺针进给的距离；

假设针尖的轨迹u_t(d)到当前的深度d是通过测量知道的，为了求解未知的矫正力F_l*使针尖达到理想的挠曲值，首先使用向量对针挠曲形变预测模型

进行扩维，将移到右侧，并将中的q_j(c₂)合并到中，可得：

，

简化得到，即；

在给定参数K、Fcutting,x和测量针尖轨迹u_t(d)的情况下，可以预测所需的矫正力为期望的针挠曲值δ_e所需的矫正力的大小；

在穿刺过程中，当达到一定标准时，移除矫正力；最终通过PID控制器控制丝杠滑台对针体施加矫正力F_l*，随后执行穿刺，精准到达目标靶点。

4.根据权利要求3所述的一种基于矫正力的前列腺粒子植入精准穿刺方法，其特征在于，移除矫正力的标准是：1）超过最大的矫正力限制，或者2）在物体之间矫正力的变化限制超过了。