專利名稱：血管介入手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)力反饋的模糊融合方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于醫(yī)療器械技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于血管介入手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)力反饋的模糊融合方法。
背景技術(shù)：
近年來，血管介入手術(shù)以其微創(chuàng)傷、低風(fēng)險、并發(fā)癥少等優(yōu)點得到了廣泛的臨床應(yīng)用，被認(rèn)為是當(dāng)前最具有應(yīng)用價值的臨床醫(yī)學(xué)專科之一。但是技巧性強(qiáng)、操作復(fù)雜、手術(shù)時間長、X射線的無端傷害等弊端，限制了血管介入手術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展推廣，而機(jī)器人技術(shù)與血管介入技術(shù)的有機(jī)結(jié)合是解決上述問題的重要途徑。目前應(yīng)用于血管介入手術(shù)中的多為·主從式機(jī)器人系統(tǒng)，分為放射室內(nèi)和放射室外兩部分，使用網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信，放射室內(nèi)的從端機(jī)構(gòu)把持和進(jìn)給導(dǎo)管，醫(yī)生在放射室外通過主端控制導(dǎo)管運(yùn)動。在血管介入手術(shù)中，鑒于血管結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性和形狀的多變性，為了保證手術(shù)的效率和安全性，醫(yī)生需要全面的引導(dǎo)信息。在傳統(tǒng)介入手術(shù)中，醫(yī)生借助X射線、CT/MR1、DSA圖像的位置引導(dǎo)和導(dǎo)管反饋力的接觸引導(dǎo)，快速安全地進(jìn)給導(dǎo)管到目標(biāo)位置，尤其是在血管密集遮擋的地方，受制于圖像設(shè)備的成像質(zhì)量，會更加依賴于力覺引導(dǎo)，來及時掌握導(dǎo)管精細(xì)的介入狀態(tài)。而使用主從式機(jī)器人系統(tǒng)進(jìn)行手術(shù)，改由從端機(jī)構(gòu)把持導(dǎo)管，醫(yī)生會缺失力覺引導(dǎo)，不但影響手眼協(xié)調(diào)，更限制其操作經(jīng)驗的發(fā)揮，增加了手術(shù)的耗時和風(fēng)險。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提供一種在血管介入手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)中重構(gòu)力反饋回路的方法，解決了采用現(xiàn)有技術(shù)造成的手術(shù)耗時多、風(fēng)險大等問題，提高了血管介入手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)的效率和安全性。在血管介入手術(shù)中，導(dǎo)管在人體內(nèi)介入時會產(chǎn)生兩種不同的力，分別來自血管壁對導(dǎo)管前端和側(cè)壁的作用，都需要進(jìn)行測量。產(chǎn)生的力經(jīng)過導(dǎo)管反饋后是非常重要的引導(dǎo)信息，是醫(yī)生操作經(jīng)驗的重要組成，尤其是在影像設(shè)備無法提供足夠分辨率的圖像用以支持醫(yī)生進(jìn)行精細(xì)碰撞判斷的時候，導(dǎo)管的反饋力覺更是保證手術(shù)安全和效率的關(guān)鍵依靠，所以在主從式血管介入手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)中重新構(gòu)建力反饋回路是非常必要的。本發(fā)明提供一種用于血管介入手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)力反饋的模糊融合方法，所述的模糊融合方法可以為醫(yī)生提供力覺反饋。所述的方法包括如下步驟第一步，選擇模糊語言變量；選擇導(dǎo)管頭部前端和側(cè)壁與血管壁之間的“碰撞”作為輸入語言變量，記為Pi,i=l, 2,取值皆為{沒有碰撞、輕微碰撞、較深碰撞、深度碰撞、嚴(yán)重碰撞}，對應(yīng)的模糊集合表示為片=丨MP、QP, JP, SP、KP丨，i=l，2，基本論域為光纖壓力傳感器和導(dǎo)電橡膠傳感器的電壓信號仏=
，i=l，2 ;輸出語言變量為醫(yī)生感覺到的“力”，記為F，取值為{很小、較小、較大、大、很大}，對應(yīng)的模糊集合表示為P =丨WJT、JX > JD, D、i￡D丨,基本論域為導(dǎo)管尾端的反饋力f =
；
第二步，構(gòu)建隸屬度函數(shù)，包括碰撞模糊集合隸屬度函數(shù)和力模糊集合隸屬度函數(shù)；所述碰撞模糊集合隸屬度函數(shù)，將導(dǎo)管與血管壁的碰撞狀態(tài)分為沒有碰撞、輕微碰撞、較深碰撞、深度碰撞和嚴(yán)重碰撞五種，記錄對應(yīng)兩個傳感器所返回的測量值，并與常用的隸屬度函數(shù)進(jìn)行比對后得到；所述的力模糊集合隸屬度函數(shù)，通過正常工作方式下施加反饋力的設(shè)備，按一定步長逐漸增加設(shè)備末端軸向的反饋力，并將反饋力分為很小、較小、較大、大、很大五類力值，與常用的隸屬度函數(shù)比對后，構(gòu)建出力模糊隸屬度函數(shù)；第三步，計算量化因子和比例因子；取模糊集合月、I52和/ 對應(yīng)的量化論域為X=Y=Z= {0, I, 2，3，4，5，6，7，8，9，10，11，
12，13};則定義導(dǎo)管前端和側(cè)壁的碰撞量化因子為
權(quán)利要求
1.血管介入手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)カ反饋的模糊融合方法，其特征在于 第一歩，選擇模糊語言變量； 選擇導(dǎo)管頭部前端和側(cè)壁與血管壁之間的“碰撞”作為輸入語言變量，記為Pi, i=l, 2，取值皆為{沒有碰撞、輕微碰撞、較深碰撞、深度碰撞、嚴(yán)重碰撞}，對應(yīng)的模糊集合表不為P1 = IMP, QP' JP, SP、KP )，i=l，2，基本論域為光纖壓カ傳感器和導(dǎo)電橡膠傳感器的電壓信號Ui= [O，5V]，i=l，2 ;輸出語言變量為醫(yī)生感覺到的“力”，記為F，取值為{根小、較小、較大、大、很太}，對應(yīng)的模糊集合表示為F={HX, JX、JD、!)、HD丨,基本論域為導(dǎo)管尾端的反饋カf=
； 第二歩，構(gòu)建隸屬度函數(shù)，包括碰撞模糊集合隸屬度函數(shù)和力模糊集合隸屬度函數(shù)； 第三步，計算量化因子和比例因子； 取模糊集合 P1、PM p對應(yīng)的量化論域為 X=Y=Z={0，I, 2，3，4，5，6，7，8，9，10，11，12，13};則定義導(dǎo)管前端和側(cè)壁的碰撞量化因子為
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的血管介入手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)カ反饋的模糊融合方法，其特征在于 所述碰撞模糊集合隸屬度函數(shù)，將導(dǎo)管與血管壁的碰撞狀態(tài)分為沒有碰撞、輕微碰撞、較深碰撞、深度碰撞和嚴(yán)重碰撞五種，記錄對應(yīng)兩個傳感器所返回的測量值，并與常用的隸屬度函數(shù)進(jìn)行比對后得到； 所述的力模糊集合隸屬度函數(shù)，通過正常工作方式下施加反饋力的設(shè)備，按一定步長逐漸增加設(shè)備末端軸向的反饋力，并將反饋力分為很小、較小、較大、大、很大五類力值，與常用的隸屬度函數(shù)比對后，構(gòu)建出力模糊隸屬度函數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的血管介入手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)力反饋的模糊融合方法，其特征在于定義模糊融合規(guī)則表中的第3 7行和3 7列為Pij,其中i=l，2，3，4，5 ；j=l, 2，3，4，5，則有
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的血管介入手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)力反饋的模糊融合方法，其特征在于所述的模糊推理，具體為 當(dāng)實時采樣的光纖電壓傳感器和導(dǎo)電橡膠傳感器的測量值經(jīng)模糊化后的輸入為
全文摘要
本發(fā)明公開了一種血管介入手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)力反饋的模糊融合方法，屬于醫(yī)療器械技術(shù)領(lǐng)域。包括選擇模糊語言變量；構(gòu)建隸屬度函數(shù)，計算量化因子和比例因子；建立賦值表；制定融合規(guī)則表；模糊推理的步驟；本發(fā)明運(yùn)用模糊控制，應(yīng)用模糊變量間的邏輯關(guān)系很好的體現(xiàn)了兩者非線性關(guān)系；根據(jù)醫(yī)生切身的體會來定義語言變量，輸入變量為碰撞的狀態(tài)，輸出為反饋力的大小，與醫(yī)生現(xiàn)有的經(jīng)驗結(jié)合起來，使兩者反應(yīng)的實際關(guān)系更加真實。
文檔編號A61B19/00GK103006328SQ20121051042
公開日2013年4月3日 申請日期2012年12月3日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月3日
發(fā)明者劉達(dá), 宮明波 申請人:北京航空航天大學(xué)