本技術(shù)涉及醫(yī)療設(shè)備，特別是內(nèi)窺鏡狀態(tài)檢測系統(tǒng)及檢測方法。

背景技術(shù)：

1、目前，內(nèi)窺鏡檢查是消化道疾病及早癌診斷和治療的有效方式。但由于消化道系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、照明環(huán)境差以及始終處于蠕動狀態(tài)，使得內(nèi)窺鏡所能提供給醫(yī)生的信息有限，尤其是內(nèi)窺鏡在人體內(nèi)的形態(tài)位置，容易在消化道內(nèi)形成結(jié)襻等形狀造成病人不適乃至生命危險(xiǎn)，故內(nèi)窺鏡檢查對醫(yī)生的經(jīng)驗(yàn)要求極高。同時(shí)，內(nèi)窺鏡頭端在體內(nèi)易與消化道內(nèi)壁接觸，造成插入、退出困難，而醫(yī)生無法通過對內(nèi)窺鏡的操作得知接觸力的大小，從而又提高了對醫(yī)生的要求。

2、內(nèi)窺鏡與人體組織接觸力的檢測方式可以根據(jù)安裝位置分為內(nèi)窺鏡的頭端部直接檢測和操作部內(nèi)間接檢測，頭端部直接檢測需要在頭端安放壓力傳感器，但此類方法將不可避免地增加插入部的直徑，且其頭端部安裝時(shí)將會產(chǎn)生變形，影響其對被檢體的接觸力的檢測，同時(shí)，常見的商用薄膜壓力傳感器的增加了內(nèi)窺鏡洗消的難度；如果采用在操作部內(nèi)安放拉力傳感器間接檢測，通過檢測牽引絲上的拉力去推導(dǎo)前端的接觸力，但由于操作部內(nèi)空間有限且牽引絲的彈性、摩擦力、和其他外界因素都可能影響拉力的準(zhǔn)確性引入額外的誤差，從而影響接觸力的計(jì)算。

3、為解決上述問題，本技術(shù)提出了一種能夠根據(jù)插入部的形態(tài)去推導(dǎo)前端接觸力的方法，這需要去獲取插入部的整體形態(tài)。cn112294236?a公開了一種利用牽引絲位移信息去推導(dǎo)前端彎曲部彎曲角度的方法，但該方法無法獲取插入部除彎曲部以外柔性部的形態(tài)，盡管cn104755007a公開了一種在插入部安放光纖傳感器以獲取整個(gè)插入部形狀的方法，而cn104755005?a則公開了一種利用電磁定位生成整個(gè)插入部形狀的方法，上述兩種方法需要在彎曲部柔性部均安放傳感器，彎曲部可彎曲段設(shè)置有節(jié)環(huán)，節(jié)環(huán)作為導(dǎo)磁材料，容易對電磁定位產(chǎn)生干擾，節(jié)環(huán)的頻繁彎曲也會損害光纖的壽命。進(jìn)一步地，內(nèi)窺鏡彎曲部內(nèi)集成了各類內(nèi)窺鏡成像所必須的結(jié)構(gòu)以及手術(shù)器械可以通過的器械通道，整個(gè)管道空間有限，在其中布置傳感器或者光纖通道，必然會以縮減器械通道的空間或者增大內(nèi)窺鏡彎曲部直徑，大大降低手術(shù)的效率。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了準(zhǔn)確地獲取插入部的整體插入形態(tài)信息，同時(shí)不會使裝置的結(jié)構(gòu)大型化、復(fù)雜化，使得內(nèi)窺鏡操作更加精準(zhǔn)以提升提高檢查和治療的效率，本技術(shù)提出來了一種內(nèi)窺鏡狀態(tài)檢測系統(tǒng)及方法，該系統(tǒng)能夠分別獲取彎曲部和柔性部的姿態(tài)并且通過分部重建的方式得到插入部整體形態(tài)。

2、本技術(shù)的內(nèi)窺鏡狀態(tài)檢測系統(tǒng)，包括：插入部，包括彎曲部和柔性部，所述彎曲部通過所述操作部的操作而被彎曲操作；第一形態(tài)檢測單元，用于檢測所述插入部內(nèi)的牽引絲的位移變化信息，并根據(jù)所述位移變化信息估算所述彎曲部的第一形態(tài)；第二形態(tài)檢測單元，用于檢測所述柔性部在當(dāng)前形態(tài)的形態(tài)數(shù)據(jù)，并根據(jù)所述形態(tài)數(shù)據(jù)估算所述柔性部的第二形態(tài)；整合單元，被配置為將所述第一形態(tài)和所述第二形態(tài)進(jìn)行形態(tài)整合并對齊，以得到所述插入部的形狀數(shù)據(jù)，所述形狀數(shù)據(jù)用以標(biāo)識插入到管腔中的所述插入部的整體形狀；顯示單元，用于根據(jù)所述整合單元合成的所述形狀數(shù)據(jù)，生成顯示畫面。

3、優(yōu)選地，第一形態(tài)檢測單元包括：位移檢測部，用于檢測由于所述牽引絲位移變化而產(chǎn)生的位移接觸量；姿態(tài)計(jì)算部，用于根據(jù)所述位移接觸量及預(yù)設(shè)解析模型計(jì)算所述彎曲部的第一形態(tài)。

4、優(yōu)選地，所述第二形態(tài)檢測單元包括沿所述插入部長度方向排布在所述柔性部內(nèi)的形態(tài)傳感器，所述形態(tài)傳感器用于實(shí)現(xiàn)分布式多點(diǎn)測量或者連續(xù)測量。

5、優(yōu)選地，所述彎曲部靠近所述柔性部的一側(cè)設(shè)有第一位姿傳感器，其沿所述彎曲部的彎曲軸方向平行設(shè)置，用于獲取所述第一形態(tài)對應(yīng)的第一對準(zhǔn)姿態(tài)；

6、所述內(nèi)窺鏡的操作部內(nèi)部和/或所述內(nèi)窺鏡的外部中設(shè)置有第二位姿傳感器，用于獲取所述第二形態(tài)的對應(yīng)第二對準(zhǔn)姿態(tài)；

7、所述整合單元用于將所述第一對準(zhǔn)姿態(tài)和所述第二對準(zhǔn)姿態(tài)拼接得到所述插入部的形狀數(shù)據(jù)。

8、優(yōu)選地，內(nèi)窺鏡狀態(tài)檢測系統(tǒng)還包括：輔助單元，其通過獲取所述插入部的基部位姿和插入狀態(tài)，以對所述插入部的所述整體形態(tài)進(jìn)行輔助修正。

9、優(yōu)選地，輔助單元包括：基部位姿修正部，用于通過第二位姿傳感器獲取所述插入部相對于被檢體的基點(diǎn)坐標(biāo)和相對位置朝向，以修正所述插入部的基部位姿；插入狀態(tài)修正部，用于獲取所述插入部的運(yùn)動狀態(tài)信息，以修正所述插入部的插入狀態(tài)。

10、優(yōu)選地，插入狀態(tài)修正部可以通過在所述插入部上設(shè)置的視覺傳感器或者在插入部在管腔外與管腔內(nèi)的交界處設(shè)置的視覺傳感器或者設(shè)置于對準(zhǔn)所述插入部的視覺傳感器獲取所述插入部的運(yùn)動狀態(tài)信息，以修正所述插入部的插入狀態(tài)。

11、優(yōu)選地，內(nèi)窺鏡狀態(tài)檢測系統(tǒng)還包括：預(yù)測姿態(tài)獲取單元，用于根據(jù)沿所述插入部的長度方向的多個(gè)測量區(qū)域設(shè)置的實(shí)時(shí)姿態(tài)測量部測量所述柔性部在各自測量區(qū)域的相對位置信息和/或在各自測量區(qū)域的實(shí)時(shí)對準(zhǔn)姿態(tài)，以得到所述第二形態(tài)的預(yù)測姿態(tài)；姿態(tài)更新單元，用于在所述第二形態(tài)檢測單元解算過程中利用所述預(yù)測姿態(tài)更新出柔性部的所述第二形態(tài)。

12、優(yōu)選地，內(nèi)窺鏡狀態(tài)檢測系統(tǒng)還包括：接觸力估算單元，接觸力估算單元，用于根據(jù)所述插入部在接觸被檢體的內(nèi)部時(shí)所述彎曲部的彎曲角度變化以及柔性部的偏擺變化，估算出所述插入部施加于被檢體的接觸力的大小和方向。

13、優(yōu)選地，所述接觸力估算單元還包括：偏擺變化計(jì)算部，用于根據(jù)所述柔性部與被檢體接觸后的被動偏擺段與無偏擺段之間形成的實(shí)時(shí)偏擺角度與初始夾角之間的相對差值獲取偏擺角度變化值。

14、本技術(shù)的另一方面提供了一種內(nèi)窺鏡狀態(tài)檢測方法，應(yīng)用于前述內(nèi)窺鏡狀態(tài)檢測系統(tǒng)中，該方法包括：檢測所述插入部內(nèi)的牽引絲的位移變化信息，并根據(jù)所述位移變化信息估算所述彎曲部的第一形態(tài)；檢測所述柔性部在當(dāng)前形態(tài)的形態(tài)數(shù)據(jù)，并根據(jù)所述形態(tài)數(shù)據(jù)估算所述柔性部的第二形態(tài)；將所述第一形態(tài)和所述第二形態(tài)進(jìn)行形態(tài)整合并對齊，以得到所述插入部的形狀數(shù)據(jù)，所述形狀數(shù)據(jù)用以標(biāo)識插入到管腔中的所述插入部的整體形狀；根據(jù)所述整合單元合成的所述形狀數(shù)據(jù)，生成顯示畫面。

15、優(yōu)選地，根據(jù)所述彎曲部的彎曲角度變化以及所述柔性部的偏擺角度變化，估算所述接觸力的大小和方向；其中，所述偏擺角度變化為根據(jù)所述柔性部與被檢體接觸后的被動偏擺段與無偏擺段之間形成的實(shí)時(shí)偏擺角度與初始夾角之間的相對差值。

16、本技術(shù)提供的彎曲部和柔性部通過分部重建獲取插入部整體形態(tài)的同時(shí)，通過操作部內(nèi)的傳感器測量牽引絲的位移變化信息以及安放柔性部段內(nèi)的形態(tài)傳感器分別獲取彎曲部的第一形態(tài)和柔性部的第二形態(tài)，并將第一形態(tài)和第二形態(tài)進(jìn)行整合得到整個(gè)插入部的整體形態(tài)，無須在彎曲部內(nèi)安放額外形態(tài)獲取相關(guān)傳感器，在不增加內(nèi)窺鏡頭端部直徑、不影響彎曲性能和器械通道直徑的同時(shí)可獲得插入部的整體形態(tài)，而且以形態(tài)整合的方式將彎曲部和柔性部的姿態(tài)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和融合，有助于提升形態(tài)重建的精度，使得顯示出的插入部形狀更為接近實(shí)際情況。進(jìn)一步地，醫(yī)生在進(jìn)行內(nèi)窺鏡診療時(shí)，獲取內(nèi)窺鏡插入部在受檢體內(nèi)的整體形狀，能夠很好地避免或者處理內(nèi)窺鏡插入部在受檢體的管腔內(nèi)時(shí)的結(jié)襻等狀況或者在早期階段就識別并解決結(jié)襻問題；進(jìn)一步地，也可以根據(jù)彎曲部和/或柔性部的受力信息以獲得更可靠的感知，更好的把握內(nèi)窺鏡頭端的頭端部與組織的接觸力信息，進(jìn)一步精確估算接觸力的變化趨勢，可以調(diào)整插入部的運(yùn)動路徑以減少對被檢體的損傷，夠準(zhǔn)確地評價(jià)受檢體的受檢部位狀態(tài)，減輕受檢體者負(fù)擔(dān)，快速地進(jìn)行插入和退出，通過減少對醫(yī)生經(jīng)驗(yàn)的依賴，降低了手術(shù)風(fēng)險(xiǎn)。即使對于經(jīng)驗(yàn)較少的醫(yī)生，這些系統(tǒng)也能提供必要的指導(dǎo)和反饋，確保手術(shù)的安全進(jìn)行，進(jìn)而降低了病人在手術(shù)過程中的不適。