[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

说明书

一种基于矫正力的前列腺粒子植入精准穿刺方法，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；综上所述，本发明仅使用矫正力驱动来最小化穿刺针在最终穿刺深度处的挠曲值；在术前针尖轨迹规划阶段，基于针挠曲形变预测模型获取最佳针尖轨迹与穿刺参数；在术中穿刺调整阶段，构建了反向针尖挠曲预测模型，对矫正力的数值进行术中补偿，通过PID控制方法控制矫正力的施加，实现精准穿刺，避免对患者造成二次伤害，降低对患者的损伤的可能性。

技术领域

本发明属于前列腺微创医疗技术领域，具体涉及一种基于矫正力的前列腺粒子植入精准穿刺方法。

背景技术

前列腺癌是世界男性恶性肿瘤高发病之一，且发病率逐渐提高。粒子植入治疗具有创伤小、疗效快、复发几率小且操作简便，所以成为治疗前列腺癌的主要技术手段。前列腺粒子植入采用经皮靶向穿刺介入的方法，在进行前列腺粒子植入的过程中，粒子植入针（属于半柔性针）的针尖和针体与穿刺的组织相互作用，针与组织的相互作用会导致在粒子植入过程中粒子植入针的挠曲形变，导致针尖无法到达到规划的位置。临床中医生通过对针体施加矫正力的方式来修改针尖的位置，但矫正力的施加时机及施加力度大小极不容易控制，施加矫正力过大将会对患者的组织撕裂造成二次伤害，施加矫正力的时机过早或过晚将不会对针的挠曲值产生影响。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于矫正力的前列腺粒子植入精准穿刺方法，以解决临床中医生无法准确控制施加矫正力大小以及施加矫正力时机的技术问题。

为实现上述目的，本发明所提供的一种基于矫正力的前列腺粒子植入精准穿刺方法的技术方案是：

一种基于矫正力的前列腺粒子植入精准穿刺方法，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。

优选的，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。

优选的，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；