用于柔性针操纵的超声引导机器人

摘要

一种用于在超声成像下操纵柔性针的机器人系统。使用机器人通过操控针基部沿着预定弯曲轨迹来操纵针。由超声传感器检测针尖端位置并将针尖端与预定针路径的跟踪误差输入到控制器，控制器基于针的位置以及针和组织属性求解逆向运动学。控制算法使用新颖的方法通过分析针尖端前方区域的组织运动来检测组织的弹性属性。可以对作为柔性束的针的模型执行逆向运动学解，所述柔性束具有横向连接的虚拟弹簧，以模拟由组织弹性施加的横向力。该系统能够将针引导到组织之内的靶，同时绕过禁止区域。

主权项

一种用于根据预定轨迹将具有尖端的柔性针插入组织中的系统，所述系统包括：用于操控所述针进入所述组织中的机器人；用于根据所述尖端的超声图像确定所述尖端的区域中所述组织的位移模式的组织运动分析器；以及控制所述机器人的运动以使根据所述尖端的超声图像所探知的所述针的所述尖端的位置和根据所述预定轨迹的所述尖端的所述期望位置之间的差异最小化的控制系统；其中，所述控制系统适于利用作为柔性束的所述针的模型，所述柔性束具有横向连接到其上的多个虚拟弹簧，以模拟由所述组织施加在所述针上的横向力，且其中，由所述组织施加在所述针上的所述横向力是根据从所述针尖端周围的所述组织的位移模式导出的所述组织的弹性属性确定的。