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【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于医疗器械领域,具体涉及一种具有末端位置姿态及形状感知的内窥镜。
技术介绍
1、医用内窥镜,其不限于肺部气管内窥镜、胃镜、肠镜等。目前,市面上的内窥镜大多是通过图像导航,即有经验的医师通过内窥镜传回的肺部支气管气道内部、肠道、胆道的图像以及ct、x光等图像,凭借医师自身丰富的经验,判断内窥镜所处的位置,来操作内窥镜到达病灶所处的位置,进行活检、夹取、消融等手术操作。
2、然而,这种传统的方式,不能很好的确认内窥镜末端与病灶的相对位置关系,容易出现误诊、误操作等,导致确诊率或手术成功率低等情况。在技术进步下,越来越多的企业和科研机构尝试使用手术机器人、辅助设备来辅助医生,例如气管内窥镜、胆道镜等。目前很多内窥镜都具备磁导航或光纤形状感知导航功能,但是都各有利弊。当前使用光纤光栅形状感知导航的内窥镜,不仅可以测量内窥镜的位置姿态及形状,但具有光纤光栅形状感知的内窥镜价格昂贵,即使作为多次使用耗材,其单次成本仍然高昂,且光纤光栅雕刻位置较为脆弱,多次使用或操作不当容易提前损坏;同时,市面上也有集成电磁(em)定位系统的内窥镜,电磁(em)定位系统可提供实时无遮挡的微型定位线圈的跟踪定位,这些定位线圈可以嵌入到外科手术工具、探针、穿刺针、导丝和导管中。无论在体内或体外,每一个被识别的定位线圈的位置和方向,以五个或六个自由度(5dof/6dof)的信息输出。在不可视的情况下提供亚毫米和亚角度的定位精度。尽管电磁(em)定位系统容易受外部磁场和铁磁性物质的干扰,但其价格相对较低,且通过手术环境的材料选择和环境控制,可
3、因此,内窥镜末端形状对手术的影响不容忽视(主要体现):1)内窥镜末端弯曲过大时,容易导致手术器械不能通过弯曲曲率过大的工作通道,从而阻碍手术顺利进行;2)通过感知内窥镜末端形状,亦可大致判断内窥镜对人体腔道的压迫程度,避免做出损伤气管、胆道等组织的操作;3)通过感知内窥镜末端形状,在缺乏对内窥镜弯曲控制的牵引绳的力感知的情况下,可避免使用机器人和辅助机器来操作内窥镜时存在拉断牵引绳的可能性,从而损坏内窥镜,造成安全隐患的。因此,末端位置姿态及形状感知的获悉可有效解决以上问题,提高手术成功率,降低手术成本和安全隐患(对保护人体器官安全尤为重要)。
技术实现思路
1、本专利技术所要解决的技术问题是克服现有技术的不足,提供一种全新的具有末端位置姿态及形状感知的内窥镜。其具备有末端位置姿态及形状感知功能,可让医生或手术操作人员、手术机器人在操作时,可以实时确认内窥镜所处的位置、姿态以及内窥镜管体末端形状,以便医生或手术操作人员、手术机器人更轻松、更快捷、更准确的到达预定病灶,瞄准病灶,也可以形成反馈闭环,使手术机器人控制更加稳定、准确。
2、为解决上述技术问题,本专利技术采取如下技术方案:
3、一种具有末端位置姿态及形状感知的内窥镜,其包括手柄和插入导管,其中插入导管的末端包括插入部主软管、插入部弯曲段、先端头部、第一微型定位线圈、第二微型定位线圈,第一微型定位线圈位于插入部主软管上,且靠近插入部弯曲段处,第二微型定位线圈位于先端头部上;
4、且内窥镜末端位置姿态及形状获悉包括如下步骤:
5、步骤一,读取第一微型定位线圈(24)及第二微型定位线圈的数据:(pa,a)=(xa,ya,za,ia,ja,ka),(pb,b)=(xb,yb,zb,ib,jb,kb),由此可得内窥镜末端位置和姿态;
6、步骤二,计算两个微型定位线圈的中心距离,d=|papb|;
7、步骤三,计算第一微型定位线圈及第二微型定位线圈的方向矢量a,b的夹角,
8、步骤四,插入部弯曲段(22)为圆弧形,其中心弧长为s,为常量,第一微型定位线圈及第二微型定位线圈的方向矢量a,b的夹角一样,插入部弯曲段两端面之间形成的角度为β,其中β=θ,中心圆弧半径为r=s/θ,中心圆弧的弦长l2=2*s/θ*sin(θ/2);β=2π-θ,中心圆弧半径为r=s/(2π-θ),中心圆弧的弦长l3=2*s/(2π-θ)*sin(θ/2);
9、步骤五,比较|l2-d|和|l3-d|,如果|l2-d|<|l3-d|,则β=θ;反之,则β=2π-θ;
10、步骤六,由s=β*r,曲率k=1/r,故可得到内窥镜末端位置插入部弯曲段的曲率k=β/s,得到内窥镜末端的形状。
11、优选地,插入导管的末端处于伸直状态时,第一微型定位线圈、第二微型定位线圈的轴线与插入导管的中心轴线平行。这样的好处是:第一微型定位线圈、第二微型定位线圈的轴线与插入导管的中心轴线平行时,在插入导管的末端处于伸直状态时,第一微型定位线圈、第二微型定位线圈的轴线夹角为0,不需要进行角度补偿。
12、进一步的,第一微型定位线圈和第二微型定位线圈位于插入导管的同一母线上。这样的好处是:当插入管弯曲部发生弯曲时,第一微型定位线圈和第二微型定位线圈位于插入导管的同一母线上时,传感器的轴线在空间上位于同一平面上,且母线与插入导管的中心轴线同心,更加便于计算,当然与传感器所在的母线不在同一母线上也是可以近似计算,但优先将第一微型定位线圈和第二微型定位线圈位于插入导管的同一母线上。
13、根据本专利技术的一个具体实施和优选方面,第一微型定位线圈和第二微型定位线圈为均为五个自由度或更多自由度电磁传感器。优选地,五个自由度输出数据在笛卡尔三维直角坐标系下的表示形式为(p,n)=(x,y,z,i,j,k),其中p=(x,y,z)为微型定位线圈的中心位置坐标,n=(i,j,k)为微型定位线圈轴线的方向矢量,i,j,k分别为与x,y,z三根轴夹角的余弦值i=cos(α),j=cos(β),k=cos(γ)。这样的好处是:五自由度的传感器尺寸更小,可以集成到外径更小的插入导管中,且价格更加便宜,约为六自由度传感器的三分之一,甚至更便宜。事实上,市场上的六自由度微型定位线圈是两个五自由度的传感器轴线交错放置集成在一个圆柱面上,利用两个五自由度的传感器的方向矢量来计算圆柱面绕轴线的旋转量,即翻滚角,从而得到六自由度。
14、根据本专利技术的又一个具体实施和优选方面,第一微型定位线圈和第二微型定位线圈的中心距离d与插入部弯曲段的中心圆弧的弦长相近。其主要原因在于:插入导管自身直径小。
15、优选地,当β=θ时,插入部弯曲段的第二端面位于第一端面的侧上方,其中第一端面插入部主软管对接,第二端面与先端头部对接。当β=2π-θ时,插入部弯曲段的第二端面位于第一端面的侧下方,其中第一端面与插入部主软管对接,第二端面与先端头部对接。以满足弯曲率的使用需要,而且进一步辅助获取所需状态信息。
16、此外,第一微型定位线圈和第二微型定位线圈所形成长度相等。方便成型加工。插入部弯曲段弯曲或处于伸直状态时,第一微型定位线圈和第二微型定位线圈本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种具有末端位置姿态及形状感知的内窥镜,其包括手柄(1)和插入导管(2),其特征在于:所述插入导管(2)的末端(2a)包括插入部主软管(21)、插入部弯曲段(22)、先端头部(23)、第一微型定位线圈(24)、第二微型定位线圈(25),其中第一微型定位线圈(24)位于插入部主软管(21)上,且靠近插入部弯曲段(22)处,第二微型定位线圈(25)位于先端头部(23)上;
2.根据权利要求1所述的具有末端位置姿态及形状感知的内窥镜,其特征在于:所述的插入导管(2)的末端处于伸直状态时,第一微型定位线圈(24)、第二微型定位线圈(25)的轴线与插入导管(2)的中心轴线平行。
3.根据权利要求2所述的具有末端位置姿态及形状感知的内窥镜,其特征在于:所述第一微型定位线圈(24)和所述第二微型定位线圈(25)位于所述插入导管(2)的同一母线上。
4.根据权利要求1所述的具有末端位置姿态及形状感知的内窥镜,其特征在于:所述的第一微型定位线圈(24)和第二微型定位线圈(25)为均为五个自由度或更多自由度电磁传感器。
5.根据权利要求4所述的具有
6.根据权利要求1所述的具有末端位置姿态及形状感知的内窥镜,其特征在于:第一微型定位线圈(24)和第二微型定位线圈(25)的中心距离d与插入部弯曲段(22)的中心圆弧的弦长相近。
7.根据权利要求1所述的具有末端位置姿态及形状感知的内窥镜,其特征在于:当β=θ时,插入部弯曲段(22)的第二端面位于第一端面的侧上方,其中第一端面与所述插入部主软管(21)对接,所述第二端面与所述先端头部(23)对接。
8.根据权利要求1所述的具有末端位置姿态及形状感知的内窥镜,其特征在于:当β=2π-θ时,插入部弯曲段(22)的第二端面位于第一端面的侧下方,其中第一端面与所述插入部主软管(21)对接,所述第二端面与所述先端头部(23)对接。
9.根据权利要求1所述的具有末端位置姿态及形状感知的内窥镜,其特征在于:所述的第一微型定位线圈(24)和所述第二微型定位线圈(25)所形成长度相等。
10.根据权利要求9所述的具有末端位置姿态及形状感知的内窥镜,其特征在于:所述插入部弯曲段(22)弯曲或处于伸直状态时,所述第一微型定位线圈(24)和所述第二微型定位线圈(25)自身长度保持不变。
...【技术特征摘要】
1.一种具有末端位置姿态及形状感知的内窥镜,其包括手柄(1)和插入导管(2),其特征在于:所述插入导管(2)的末端(2a)包括插入部主软管(21)、插入部弯曲段(22)、先端头部(23)、第一微型定位线圈(24)、第二微型定位线圈(25),其中第一微型定位线圈(24)位于插入部主软管(21)上,且靠近插入部弯曲段(22)处,第二微型定位线圈(25)位于先端头部(23)上;
2.根据权利要求1所述的具有末端位置姿态及形状感知的内窥镜,其特征在于:所述的插入导管(2)的末端处于伸直状态时,第一微型定位线圈(24)、第二微型定位线圈(25)的轴线与插入导管(2)的中心轴线平行。
3.根据权利要求2所述的具有末端位置姿态及形状感知的内窥镜,其特征在于:所述第一微型定位线圈(24)和所述第二微型定位线圈(25)位于所述插入导管(2)的同一母线上。
4.根据权利要求1所述的具有末端位置姿态及形状感知的内窥镜,其特征在于:所述的第一微型定位线圈(24)和第二微型定位线圈(25)为均为五个自由度或更多自由度电磁传感器。
5.根据权利要求4所述的具有末端位置姿态及形状感知的内窥镜,其特征在于:五个自由度输出数据在笛卡尔三维直角坐标系下的表示形式为(p,n)=(x,y,z,i,j,k),其中p=(x,y,z)为微型定位线圈的中心位置坐标,n...
【专利技术属性】
技术研发人员:梁统生,王澄,王行,黄永阳,朱建军,
申请(专利权)人:珠海横乐医疗科技有限公司,
类型:发明
国别省市:
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