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基于图像的介入器械前端变形建模与受力估计

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目的 血管介入手术中介入器械与血管壁之间的接触力对手术安全有着重要意义,然而目前缺乏直接测量器械前端与血管壁接触力的传感器和有效手段.为解决这一难题,本文提出了一种通过图像观察器械前端变形程度从而估计器械与血管壁接触力的方法.方法 通过模拟血管介入手术过程来获取介入器械导丝的变形量和与之相对应的力,从而对介入器械前端接触力与变形量关系进行建模.将介入器械前的端接触力分为垂直于接触面方向的力和沿着接触面方向的力并分别加以处理;使用介入器械前端变形段的最大曲率变化量描述器械变形量,通过图像观察导丝变形来计算导丝的最大曲率.为求解最大曲率,使用器械上3个点构成的三角形并求其外接圆曲率来表示这3点所在段的曲率,在介入器械前端进行依次遍历求取最大值以获得最大曲率.通过实验分析验证介入器械受力与最大曲率之间的关系.结果 实验表明介入器械前端的接触力与器械前端最大曲率变化率之间存在着映射关系,且这种关系能用函数表达式准确地表达出来,通过函数式来预测受力的平均误差在10％以内.结论 研究表明,通过图像分析导丝前端的变形量、估计导丝前端接触力,进而判断血管手术过程中介入器械与血管壁的接触状态的方法是可行的,所计算的导丝前端受力能为手术过程提供参考信息.
Image-based deformation modeling and force estimation of the front end of vascular interventional surgical apparatus

任龙飞、孟偲、刘博、白相志、周付根

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北京航空航天大学宇航学院,北京 102206

北京航空航天大学生物医学工程高精尖创新中心, 北京 100083

血管介入手术 介入器械接触力 介入器械变形量 导丝图像 最大曲率

国家重点研发计划国家自然科学基金

2019YFB131170361873010

2022

中国图象图形学报
中国科学院遥感应用研究所,中国图象图形学学会 ,北京应用物理与计算数学研究所

中国图象图形学报

CSTPCDCSCD北大核心
影响因子：1.111
ISSN：1006-8961
年,卷(期)：2022.27(3)
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