堵塞穿透控制装置及血管机器人系统

摘要

本发明提供了堵塞穿透控制装置及血管机器人系统，该装置设置于血管机器人，血管机器人包括导管和导丝，导丝部分穿设于导管内部；导管前端为导管柔性前端；该装置包括：中心点确定模块用于响应启动指令，确定导管柔性前端对应的血管截面中心点；极限位置确定模块用于根据血管截面中心点，确定导管和导丝在血管截面的极限运动位置；穿透模式切换模块用于在血管截面中心点处，控制导管和导丝在极限运动位置内以目标穿透模式进行堵塞位置穿透，根据确认的穿透结果控制目标穿透模式在多种预设穿透模式中进行切换。本发明提供的装置可以自动在血管截面中心点处，极限运动位置内利用多种穿透模式对堵塞位置进行穿透，有效降低穿透血管堵塞位置的难度。

说明书

技术领域

本发明涉及手术机器人技术领域，且更具体地，涉及堵塞穿透控制装置及血管机器人系统。

背景技术

心血管疾病是严重危害人民健康和生命的疾病，具有高患病率、高致残率和高死亡率的特点。为了有效的治疗心血管疾病，医生往往会使用显影剂确定心血管疾病的情况。图1的左图示出了心血管狭窄处的示意图，如图1左图中的a，此时心血管虽然存在狭窄处但未完全堵塞，医生可以通过显影剂清晰地看到狭窄处的情况；图1的中图示出了心血管完全堵塞位置的示意图，如图1中图中的b；图1的右图示出了被堵塞的血管疏通后的示意图，如图1右图中的b；对比可以看出，若血管被完全堵塞，造影剂无法通过，医生无法看到患处情况，此时只能通过医生凭借经验试探穿透堵塞位置，穿透堵塞处的难度较大，效果较差。

发明内容

本发明提供了堵塞穿透控制装置及血管机器人系统，以解决现有的当血管被完全堵塞时只能通过医生凭借经验试探穿透堵塞处，穿透堵塞处的难度较大，效果较差的技术问题。

第一方面，提供了一种堵塞穿透控制装置，设置于血管机器人，所述血管机器人包括导管和导丝，所述导丝部分穿设于所述导管内部；所述导管前端设置的柔性段为导管柔性前端，所述导管柔性前端可向任意方向弯曲；所述装置包括：

中心点确定模块，用于响应自动穿透模式的启动指令，确定所述血管机器人的导管柔性前端对应的血管截面中心点；

极限位置确定模块，用于根据所述血管截面中心点，确定所述血管机器人的导管和导丝在血管截面的极限运动位置；

穿透模式切换模块，用于在所述血管截面中心点处，控制所述导丝在所述极限运动位置内以目标穿透模式进行堵塞位置穿透，确认穿透结果，并根据所述穿透结果控制所述目标穿透模式在多种预设穿透模式中进行切换。

可选的，所述中心点确定模块，包括：

方向选取单元，用于响应自动穿透模式的启动指令，在所述导管柔性前端所在的血管截面选取第一方向；

交点确定单元，用于确定所述第一方向所在的第一直线与血管壁的第一交点和第二交点；根据所述第一交点和所述第二交点确定第一原点；

中心点确定单元，用于在所述导管柔性前端所在的血管截面内所述第一原点处选取垂直于所述第一直线的第二方向；确定所述第二方向所在的第二直线与血管壁的第三交点和第四交点；根据所述第三交点和所述第四交点确定血管截面中心点。

可选的，所述交点确定单元，包括：

第一确定子单元，用于控制所述导管柔性前端向第一方向运动，当控制所述导管移动的电机电流和安装在导管与电机的接触耦合处的第一六维力传感器对应的力矩符合血管壁碰撞条件时，或当控制所述导丝移动的电机电流和安装在导丝与电机的接触耦合处的第二六维力传感器对应的力矩符合血管壁碰撞条件时，确定第一交点；控制所述导管柔性前端向与所述第一方向相反的第三方向运动，当控制所述导管移动的电机电流和所述第一六维力传感器对应的力矩符合所述血管壁碰撞条件时，或控制所述导丝移动的电机电流和所述第二六维力传感器对应的力矩符合所述血管壁碰撞条件时，确定第二交点；其中，所述导丝前端可伸出所述导管柔性前端；

第二确定子单元，用于确定所述第一交点和所述第二交点间的第一距离；选取所述第一距离的中点为第一原点。

可选的，所述中心点确定单元，包括：

第三确定子单元，用于在所述导管柔性前端所在的血管截面内所述第一原点处选取垂直于所述第一直线的第二方向，控制所述导管柔性前端在所述第一原点向第二方向运动，当控制所述导管移动的电机电流和安装在导管与电机的接触耦合处的第一六维力传感器对应的力矩符合血管壁碰撞条件时，或当控制所述导丝移动的电机电流和安装在导丝与电机的接触耦合处的第二六维力传感器对应的力矩符合血管壁碰撞条件时，确定第三交点；控制所述导管柔性前端向与所述第二方向相反的第四方向运动，当控制所述导管移动的电机电流和所述第一六维力传感器对应的力矩符合所述血管壁碰撞条件时，或当控制所述导丝移动的电机电流和所述第二六维力传感器对应的力矩符合所述血管壁碰撞条件时，确定第四交点；其中，所述导丝前端可伸出所述导管柔性前端；

第四确定子单元，用于确定所述第三交点和所述第四交点间的第二距离；选取所述第二距离的中点为血管截面中心点。

可选的，所述导管柔性前端设置多根钢丝，所述钢丝用于控制所述导管柔性前端的运动方向。

可选的，所述极限位置确定模块，包括：

第一控制单元，用于控制所述导管柔性前端移动至所述血管截面中心点；

第二控制单元，用于控制所述导管柔性前端以预设螺线进行运动，当控制所述导管移动的电机电流和安装在导管与电机的接触耦合处的第一六维力传感器对应的力矩符合血管壁碰撞条件时，将所述导管柔性前端与血管壁的交点确定为极限运动位置；或当控制所述导丝移动的电机电流和安装在导丝与电机的接触耦合处的第二六维力传感器对应的力矩符合血管壁碰撞条件时，将所述导丝前端与血管壁的交点确定为极限运动位置。

可选的，所述导管柔性前端设置4根钢丝；所述第二控制单元，用于根据阿基米德公式分别拉动4根钢丝以控制所述导管柔性前端以预设螺线进行运动，当控制所述导管移动的电机电流和安装在导管与电机的接触耦合处的第一六维力传感器对应的力矩符合血管壁碰撞条件时，将所述导管柔性前端与血管壁的交点确定为极限运动位置；或当控制所述导丝移动的电机电流和安装在导丝与电机的接触耦合处的第二六维力传感器对应的力矩符合血管壁碰撞条件时，将所述导丝前端与血管壁的交点确定为极限运动位置。

可选的，所述导管柔性前端的弯曲方向由4个牵引所述4根钢丝的电机控制；所述导管的前进和后退由1个电机控制；所述导丝的转动由1个电机控制；所述导丝的前进和后退由1个电机控制。

可选的，在所述导管与控制所述导管移动的电机的接触耦合处安装第一六维力传感器，所述第一六维力传感器用于测量并反馈所述导管柔性前端的空间六维力；若控制所述导管移动的电机电流大于设定电流阈值且所述第一六维力传感器对应的力矩大于设定力矩阈值时，则所述导管柔性前端符合血管壁碰撞条件；

在所述导丝与控制所述导丝移动的电机的接触耦合处安装第二六维力传感器；所述第二六维力传感器用于测量并反馈所述导丝前端的空间六维力；若控制所述导丝移动的电机电流大于设定电流阈值且所述第二六维力传感器对应的力矩大于设定力矩阈值时，则所述导丝前端符合血管壁碰撞条件。

可选的，所述多种预设穿透模式包括第一穿透模式、第二穿透模式和第三穿透模式；所述穿透模式切换模块，包括：

第一穿透单元，用于在所述血管截面中心点处，控制所述导丝以第一穿透模式进行穿透，确定第一穿透结果；

第一切换单元，用于若所述第一穿透结果不符合预设穿透成功条件，则将第一穿透模式切换为第二穿透模式，确定第二穿透结果；

信息反馈单元，用于若所述第二穿透结果不符合所述预设穿透成功条件，则停止穿透进程，生成异常反馈信息；

第二穿透单元，用于若所述第一穿透结果或所述第二穿透结果符合所述预设穿透成功条件，则切换为第三穿透模式；控制所述导丝在极限运动位置内进行穿透，确定第三穿透结果；

第二切换单元，用于若所述第三穿透结果不符合所述预设穿透成功条件，则将所述第三穿透模式切换为第二穿透模式，确定第二穿透结果。

可选的，所述第一穿透模式通过导丝传动机构控制所述导丝转动；所述第二穿透模式通过所述导丝传动机构控制所述导丝转动，并前后震动；所述第三穿透模式通过所述导丝传动机构控制所述导丝的转动，并通过所述导管柔性前端带动所述导丝沿正反螺线方向运动。

可选的，所述第一切换单元，用于若所述第一穿透结果不符合预设穿透成功条件，则将所述第一穿透模式切换为第二穿透模式，在第二穿透模式的震动频率达到预设频率阈值前，确定第二穿透结果；

所述第二切换单元，用于若所述第三穿透结果不符合预设穿透成功条件，则将所述第三穿透模式切换为第二穿透模式，在第二穿透模式的震动频率达到所述预设频率阈值前，确定第二穿透结果。

可选的，所述信息反馈单元，还用于确定操作者介入动作对应的第四穿透结果；若所述第四穿透结果符合所述预设穿透成功条件，则切换为第三穿透模式，确定第三穿透结果；若所述第四穿透结果不符合所述预设穿透成功条件，则停止穿透进程。

可选的，所述第二穿透单元，用于若所述第一穿透结果或所述第二穿透结果符合所述预设穿透成功条件，则切换为第三穿透模式；控制所述导丝在极限运动位置的预设值内进行穿透，确定第三穿透结果，其中所述预设值小于1。

可选的，所述装置还包括：

穿透停止模块，用于响应于自动穿透模式的停止指令，停止穿透进程。

可选的，所述穿透模式切换模块，还用于在连续两次穿透结果不符合预设穿透成功条件时，停止穿透进程，生成异常反馈信息。

可选的，所述穿透模式切换模块，还用于接收模式切换指令，根据接收到的所述模式切换指令控制所述目标穿透模式在多种预设穿透模式中进行切换；

可选的，所述穿透模式切换模块，还用于接收模式切换指令，将目标穿透模式切换为所述模式切换指令携带的指示穿透模式，所述指示穿透模式为所述多种预设穿透模式中的一种。

第二方面，提供了一种血管机器人系统，包括，导管、导丝和如上所述的堵塞穿透控制装置；

所述导丝部分穿设于所述导管内部；

所述导管前端设置的柔性段为导管柔性前端，所述导管柔性前端可向任意方向弯曲；

所述堵塞穿透控制装置用于响应自动穿透模式的启动指令，控制所述导管和所述导丝自动进行堵塞位置穿透。

与现有技术相比，本发明提供的堵塞穿透控制装置及血管机器人系统，至少包括以下有益效果：

本发明提供的堵塞穿透控制装置设置于血管机器人，该血管机器人包括导管和导丝，导丝部分穿设于导管内部，导管前端设置有柔性段，则导管前端为柔性前端，导管柔性前端可向任意方向弯曲，该装置包括中心点确定模块，极限位置确定模块和穿透模式切换模块，其中中心点确定模块，用于响应自动穿透模式的启动指令，确定血管机器人的导管柔性前端对应的血管截面中心点；极限位置确定模块，用于根据血管截面中心点，确定血管机器人的导管和导丝在血管截面的极限运动位置；穿透模式切换模块，用于在血管截面中心点处，控制导丝在极限运动位置内以目标穿透模式进行堵塞位置穿透，确认穿透结果，并根据穿透结果控制目标穿透模式在多种预设穿透模式中进行切换。该装置在接收到自动穿透模式的启动指令后，可以自动在血管截面中心点处，极限运动位置内利用多种穿透模式对堵塞位置进行穿透，无需人工因素的介入，有效降低穿透血管堵塞位置的难度，且穿透效果较好。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对本发明的描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1的左图是心血管狭窄处的示意图，图1的中图是心血管堵塞位置的示意图，图1的右图是堵塞位置被疏通后的示意图；

图2是本发明一示例性实施例提供的堵塞穿透控制装置的结构示意图一；

图3是本发明一示例性实施例提供的堵塞穿透控制装置的中心点确定模块的结构示意图；

图4是本发明一示例性实施例提供的用堵塞穿透控制装置的极限位置确定模块的结构示意图；

图5是本发明一示例性实施例提供的堵塞穿透控制装置中导管最前端的正视图；

图6是阿基米德螺线在极坐标系下的示意图；

图7是本发明一示例性实施例提供的堵塞穿透控制装置的穿透模式切换模块的结构示意图；

图8是本发明一示例性实施例提供的堵塞穿透控制装置的结构示意图二。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

需要说明的是，当部件被称为“固定于”或“设置于”另一个部件，它可以直接或者间接位于该另一个部件上。当一个部件被称为“连接于”另一个部件，它可以是直接或者间接连接至该另一个部件上。术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置为基于附图所示的方位或位置，仅是为了便于描述，不能理解为对本技术方案的限制。术语“第一”、“第二”仅用于便于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明技术特征的数量。“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

图2是本发明一示例性实施例提供的堵塞穿透控制装置结构图，该装置设置于血管机器人，所述血管机器人包括导管和导丝，所述导丝部分穿设于所述导管内部；所述导管前端设置的柔性段为导管柔性前端，所述导管柔性前端可向任意方向弯曲；所述装置具体包括如下模块：

中心点确定模块10，用于响应自动穿透模式的启动指令，确定所述血管机器人的导管柔性前端对应的血管截面中心点。

在一实施例中，当控制血管机器人的导管柔性前端到达堵塞位置后，在血管机器人的用户界面下发自动穿透模式的启动指令，中心点确定模块10响应自动穿透模式的启动指令，确定血管机器人的导管柔性前端所在的血管位置，进一步确定该血管位置对应的血管截面中心点。

极限位置确定模块11，用于根据所述血管截面中心点，确定所述血管机器人的导管和导丝在血管截面的极限运动位置。

在一实施例中，因为在穿透堵塞位置的进程中，需要尽量减少碰撞血管壁的次数，因此在利用中心点确定模块10确定出血管截面中心点后，利用极限位置确定模块11根据该血管截面中心点，确定出血管机器人的导管和导丝在血管截面的极限运动位置，该极限运动位置内为导管和导丝的允许运动范围。在进行堵塞穿透动作前，先确定出极限运动位置，确定后续堵塞穿透动作的运动范围，为后续的堵塞穿透动作提供安全保障。

穿透模式切换模块12，用于在所述血管截面中心点处，控制所述导丝在所述极限运动位置内以目标穿透模式进行堵塞位置穿透，确认穿透结果，并根据所述穿透结果控制所述目标穿透模式在多种预设穿透模式中进行切换。

在本申请实施例中，导管可作为引导导丝到达阻塞位置的部件，在通过目标穿透模式进行堵塞穿透时，若导丝尚未穿出导管，即导丝尚未从导管柔性前端穿出至堵塞位置，则可以控制导丝穿出导管，并控制导丝运动至堵塞位置，以目标穿透模式进行堵塞位置穿透。在通过目标穿透模式进行堵塞穿透时，若导丝尚已穿出导管，则控制导丝以目标穿透模式进行堵塞位置穿透。

可选的，在控制导丝运动至堵塞位置过程中，可以直接控制导丝前进至堵塞位置；也可以控制导丝以目标穿透模式的穿透过程对应的运动方式前进至堵塞位置，如当目标穿透模式为螺旋扩展穿透模式时，可以控制导丝螺旋前进至堵塞位置，并以螺旋前进运动的方式进行穿透。

在一实施例中，在利用穿透模式切换模块12进行堵塞穿透动作时，以血管截面中心点处为堵塞穿透动作的出发点，并在极限运动位置内进行堵塞穿透动作，使得堵塞穿透动作尽可能远离血管壁，保证堵塞穿透动作的安全进行。并设置多种预设穿透模式，通过多种预设穿透模式模拟医生的穿透手法，保证穿透动作的有效性。目标穿透模式为多种预设穿透模式中被选取出进行堵塞穿透动作的一种穿透模式，通过多种预设穿透模式间的切换，实现目标穿透模式的不断更新，每一次更新后，确定出新的穿透结果，并根据新的穿透结果进一步进行多种预设穿透模式的切换，从而使得堵塞穿透进程自动的进行。

在上述实施例中，堵塞穿透控制装置包括中心点确定模块10，极限位置确定模块11和穿透模式切换模块12。该装置在接收到自动穿透模式的启动指令后，可以自动在血管截面中心点处，极限运动位置内利用多种穿透模式对堵塞位置进行穿透，无需人工因素的介入，有效降低穿透血管堵塞位置的难度且穿透效果较好。

在本发明一示例性实施例中，在所述导管与控制所述导管移动的电机的接触耦合处安装第一六维力传感器，所述第一六维力传感器用于测量并反馈所述导管柔性前端的空间六维力；在导丝与控制所述导丝移动的电机的接触耦合处安装第二六维力传感器；所述第二六维力传感器用于测量并反馈所述导丝前端的空间六维力。利用电机控制导管的移动，并通过第一六维力传感器实时确定导管柔性前端的空间六维力，该空间六维力可以准确的反馈出导管柔性前端的受力情况，结合电机电流和第一六维力传感器的数据进行融合判断，可以对导管柔性前端的情况进行确认，实现触觉反馈功能，并通过触觉反馈功能判断出导管柔性前端是否碰撞到血管壁，若控制所述导管移动的电机电流大于设定电流阈值且所述第一六维力传感器对应的力矩大于设定力矩阈值时，则所述导管柔性前端符合血管壁碰撞条件。利用电机控制导丝的移动，并通过第二六维力传感器实时确定导丝前端的空间六维力，该空间六维力可以准确的反馈出导丝前端的受力情况，结合电机电流和第二六维力传感器的数据进行融合判断，可以对导丝前端的情况进行确认，实现触觉反馈功能，并通过触觉反馈功能判断出导丝前端是否碰撞到血管壁，若控制所述导丝移动的电机电流大于设定电流阈值且所述第二六维力传感器对应的力矩大于设定力矩阈值时，则所述导丝前端符合血管壁碰撞条件。从而通过电机电流和六维力传感器实现的触觉反馈功能可以有效减小穿透堵塞位置过程中对血管壁的损伤。

如图3所示，在本发明一示例性实施例中，所述中心点确定模块10，包括：

方向选取单元101，用于响应自动穿透模式的启动指令，在所述导管柔性前端所在的血管截面选取第一方向。

在一实施例中，接收到自动穿透模式的启动指令后，在导管柔性前端所在的血管截面选取第一方向。具体的，血管截面可以为导管柔性前端的竖直截面。第一方向可以为导管柔性前端处的任选方向，或按照预先设置方向选取第一方向，如导管柔性前端的左向为第一方向。

交点确定单元102，用于确定所述第一方向所在的第一直线与血管壁的第一交点和第二交点；根据所述第一交点和所述第二交点确定第一原点。

在一实施例中，为了确定出血管截面中心点，先确定出第一方向所在的第一直线与血管壁的第一交点和第二交点。

在一种可能的实现方式中，所述交点确定单元102，包括：

第一确定子单元1021，用于控制所述导管柔性前端向第一方向运动，当控制所述导管移动的电机电流和安装在导管与电机的接触耦合处的第一六维力传感器对应的力矩符合血管壁碰撞条件时，或当控制所述导丝移动的电机电流和安装在导丝与电机的接触耦合处的第二六维力传感器对应的力矩符合血管壁碰撞条件时，确定第一交点；控制所述导管柔性前端向与所述第一方向相反的第三方向运动，当控制所述导管移动的电机电流和所述第一六维力传感器对应的力矩符合所述血管壁碰撞条件时，或当控制所述导丝移动的电机电流和所述第二六维力传感器对应的力矩符合所述血管壁碰撞条件时，确定第二交点；其中，所述导丝前端可伸出所述导管柔性前端。也就是说，在控制导管柔性前端向第一方向运动时，导管会带动导丝向第一方向运动，因此可以当导管柔性前端或导丝前端碰撞到血管壁时，确定第一交点。若导管柔性前端碰撞到血管壁，则第一交点为导管柔性前端与血管壁的碰撞位置；若导丝前端碰撞到血管壁，则第一交点为导丝前端与血管壁的碰撞位置。同样的，在控制导管柔性前端向第三方向运动时，当导管柔性前端或导丝前端碰撞到血管壁时，确定第二交点。

第二确定子单元1022，用于确定所述第一交点和所述第二交点间的第一距离；选取所述第一距离的中点为第一原点。第一交点和第二交点的连线为过导管柔性前端的线段，因此可以获取到第一交点和第二交点间的第一距离，将第一距离的中点确定为第一原点。

中心点确定单元103，用于在所述导管柔性前端所在的血管截面内所述第一原点处选取垂直于所述第一直线的第二方向；确定所述第二方向所在的第二直线与血管壁的第三交点和第四交点；根据所述第三交点和所述第四交点确定血管截面中心点。

在确定出第一原点后，为了确定出导管柔性前端所在的血管截面的中心点，在导管柔性前端所在的血管截面内第一原点处选取第二方向，其中第二方向垂直于第一直线。

在一种可能的实现方式中，所述中心点确定单元103，包括：

第三确定子单元1031，用于在所述导管柔性前端所在的血管截面内所述第一原点处选取垂直于所述第一直线的第二方向，控制所述导管柔性前端在所述第一原点向第二方向运动，当控制所述导管移动的电机电流和安装在导管与电机的接触耦合处的第一六维力传感器对应的力矩符合血管壁碰撞条件时，或当控制所述导丝移动的电机电流和安装在导丝与电机的接触耦合处的第二六维力传感器对应的力矩符合血管壁碰撞条件时，确定第三交点；控制所述导管柔性前端向与所述第二方向相反的第四方向运动，当控制所述导管移动的电机电流和所述第一六维力传感器对应的力矩符合所述血管壁碰撞条件时，或当控制所述导丝移动的电机电流和所述第二六维力传感器对应的力矩符合所述血管壁碰撞条件时，确定第四交点。其中，所述导丝前端可伸出所述导管柔性前端；也就是说，在控制导管柔性前端向第二方向运动时，导管会带动导丝向第二方向运动，因此可以当导管柔性前端或导丝前端碰撞到血管壁时，确定第三交点。若是导管柔性前端碰撞到血管壁，则第三交点为导管柔性前端与血管壁的碰撞位置；若是导丝前端碰撞到血管壁，则第三交点为导丝前端与血管壁的碰撞位置。同样的，在控制导管柔性前端向第四方向运动时，当导管柔性前端或导丝前端碰撞到血管壁时，确定第四交点。

第四确定子单元1032，用于确定所述第三交点和所述第四交点间的第二距离；选取所述第二距离的中点为血管截面中心点。第三交点和第四交点的连线为过第一原点的线段，获取第三交点和第四交点间的第二距离，将第一距离的中点确定为血管截面中心点。

举例来说，中心点确定模块在确定血管截面中心点时，选取导管柔性前端对应的竖直截面为血管截面，利用电机拉动钢丝控制导管柔性前端在血管截面内向第一预设方向（第一方向，如左向）运动，直至导管柔性前端或导丝前端碰撞到血管壁，确定第一交点；然后利用电机拉动钢丝控制导管柔性前端向第一预设方向的相反方向（第三方向，如右向）运动，直至导管柔性前端或导丝前端碰撞到血管壁，确定第二交点；选取由第一交点和第二交点的第一距离的中心为第一原点；利用电机控制导管柔性前端运动至第一原点，然后在血管截面内在第一原点处向第二预设方向（第二方向，如上方）运动，直至导管柔性前端或导丝前端碰撞到血管壁，确定第三交点；进一步利用电机拉动钢丝控制导管柔性前端向第二预设方向的相反方向（第四方向，如下方）运动，直至导管柔性前端或导丝前端碰撞到血管壁，确定第四交点，选取由第三交点和第四交点的第二距离的中心为血管截面中心点。

具体的，血管壁碰撞条件为电机电流大于设定电流阈值且六维力传感器对应的力矩大于设定力矩阈值。因此当控制导管移动的电机电流突然增大大于设定电流阈值，且第一六维力传感器对应的力矩大于设定力矩阈值，则导管柔性前端碰撞到血管壁。导丝从导管的导管柔性前端伸出，并利用电机控制导丝移动，当控制导丝移动的电机电流突然增大大于设定电流阈值，且第二六维力传感器对应的力矩大于设定力矩阈值，则导丝前端碰撞到血管壁。

在上述实施例中，通过第一方向所在的第一直线与血管壁的两个交点，以及第二方向所在的第二直线与血管壁的两个交点，确定出的血管截面中心点，该中心点的准确性较高。

如图4所示，在本发明一示例性实施例中，所述极限位置确定模块11，包括：

第一控制单元111，用于控制所述导管柔性前端移动至所述血管截面中心点。

第二控制单元112，用于控制所述导管柔性前端以预设螺线进行运动，当控制所述导管移动的电机电流和安装在导管与电机的接触耦合处的第一六维力传感器对应的力矩符合血管壁碰撞条件时，将所述导管柔性前端与血管壁的交点确定为极限运动位置；或当控制所述导丝移动的电机电流和安装在导丝与电机的接触耦合处的第二六维力传感器对应的力矩符合血管壁碰撞条件时，将所述导丝前端与血管壁的交点确定为极限运动位置。

在一种可能的实现方式中，所述导管柔性前端设置4根钢丝，如图5中A、B、C、D；所述第二控制单元112，用于根据阿基米德公式分别拉动4根钢丝以控制所述导管柔性前端以预设螺线进行运动，当控制所述导管移动的电机电流和安装在导管与电机的接触耦合处的第一六维力传感器对应的力矩符合血管壁碰撞条件时，将所述导管柔性前端与血管壁的交点确定为极限运动位置；或当控制所述导丝移动的电机电流和安装在导丝与电机的接触耦合处的第二六维力传感器对应的力矩符合血管壁碰撞条件时，将所述导丝前端与血管壁的交点确定为极限运动位置。具体的，预设螺线即为阿基米德螺线，阿基米德螺线在极坐标系下的图像如图6所示，阿基米德螺线的极坐标方程为：

在一种可能的实现方式中，所述导管柔性前端的弯曲方向由4个牵引所述4根钢丝的电机控制；所述导管的前进和后退由1个电机控制；所述导丝的转动由1个电机控制；所述导丝的前进和后退由1个电机控制。通过不同的电机进行分别控制，可以实现对导管和导丝更为精细化的控制，为控制导管和导丝进行自动穿透堵塞位置提供保障。

在上述实施例中，在将导管柔性前端移动至血管截面中心点后，通过控制导管柔性前端以预设螺线进行运动，确定出导管柔性前端或导丝前端与血管壁的交点，即极限运动位置，因为血管不会突然有较大变化，因此该极限运动位置为后续堵塞穿透动作的可运动范围提供参考，保证后续堵塞穿透动作的安全性。

如图7所示，在本发明一示例性实施例中，所述多种预设穿透模式包括第一穿透模式、第二穿透模式和第三穿透模式；所述穿透模式切换模块12，包括：

第一穿透单元121，用于在所述血管截面中心点处，控制所述导丝以第一穿透模式进行穿透，确定第一穿透结果。

在一实施例中，所述第一穿透模式为一般穿透模式。具体的，第一穿透模式通过导丝传动机构控制所述导丝转动，并向前缓慢的输送导丝，依靠导丝的转动来穿透堵塞位置。其中导丝传动机构将导丝夹在两块金属板之间，通过电机控制两块金属板相对运动，从而实现导丝的转动。在控制导丝以第一穿透模式持续了预设时长后，确定第一穿透结果。

第一切换单元122，用于若所述第一穿透结果不符合预设穿透成功条件，则将第一穿透模式切换为第二穿透模式，确定第二穿透结果。

在一实施例中，控制器通过检测控制导丝的电机的编码器可以获取导丝向前运动距离，如果导丝未能向前运动则表现为编码器数值未变化，因此将预设穿透成功条件设置为编码器数值的变化值大于数值阈值。因此在第一穿透模式持续预设时长后如30s，读取控制导丝的电机的编码器的变化值，确定第一穿透结果，若第一穿透结果对应的编码器变化值小于数值阈值，则第一穿透结果不符合预设穿透成功条件，此时利用第一穿透模式无法成功穿透堵塞，因此将第一穿透模式切换为第二穿透模式。

第二穿透模式为震动模式。具体的，第二穿透模式通过所述导丝传动机构控制所述导丝转动，并前后震动。第二穿透模式在第一穿透模式的基础上加入了前后震动，因此增加了对堵塞的冲击力。在第二穿透模式持续预设时长后如30s，读取第二电机的编码器的变化值，确定第二穿透结果。在一种可能的实现方式中，在使用震动模式时，周期采集控制导丝的电机电流，通过电机电流实时判断电机当前输出的力矩，同时周期与导丝电机处的第二六维力传感器进行通讯，获取导丝受到的阻力。在控制导丝转动推进过程中，通过电机电流和六维力传感器建立输出力矩的闭环，使得导丝会一直保持一个固定的向前力矩，即若通过转动堵塞处松动，则导丝就会在力矩的驱动下产生前进动作，否则导丝将无法前进。因此可以通过检测控制导丝前进的电机的编码器获取导丝向前运动距离，如果导丝未能向前运动则表现为编码器数值未变化，此时则不符合预设穿透成功条件。

因第二穿透模式为震动模式，因此为了保证堵塞穿透动作的安全进行，预先设置震动频率阈值，因此所述第一切换单元，用于若所述第一穿透结果不符合预设穿透成功条件，则将所述第一穿透模式切换为第二穿透模式，在第二穿透模式的震动频率达到预设频率阈值前，确定第二穿透结果。其中，第二穿透模式中震动的频率和力度逐步增加，为了降低穿透堵塞动作给血管壁带来的影响，需要在第二穿透模式的震动频率达到预设频率阈值前，确定第二穿透结果。具体的，令第二穿透模式中的震动频率和力度随着第二穿透模式的持续时长按比例增加，通过监控第二穿透模式的持续时长达到预设时长阈值时，确定第二穿透结果。或者，在第二穿透模式中的震动频率达到95%的预设频率阈值时，确定第二穿透结果。需要说明的是，对于具体在第二穿透模式的震动频率达到预设频率阈值前，确定第二穿透结果的方式，本实施例不作具体限定。

信息反馈单元123，用于若所述第二穿透结果不符合所述预设穿透成功条件，则停止穿透进程，生成异常反馈信息。

在一实施例中，若第二穿透结果对应的编码器变化值小于数值阈值，则第二穿透结果不符合预设穿透成功条件，也就是说即使利用第二穿透模式也无法成功穿透堵塞，此时停止穿透进程，生成异常反馈信息，将该异常反馈信息返回给医生，使得医生及时了解穿透进程，并及时采取措施。

在一种可能的实现方式中，所述信息反馈单元123，还用于确定操作者介入动作对应的第四穿透结果；若所述第四穿透结果符合所述预设穿透成功条件，则切换为第三穿透模式，确定第三穿透结果；若所述第四穿透结果不符合所述预设穿透成功条件，则停止穿透进程。当信息反馈单元将异常反馈信息及时反馈给医生后，医生作为操作者实施介入动作，如通过遥杆控制导丝，对导丝穿透位置进行修正，在操作者介入动作后达到预设时长时，确定操作者介入动作对应的第四穿透结果。如果第四穿透结果符合预设穿透成功条件，即在医生介入后，成功进行了堵塞穿透动作，则为了完成后续的堵塞穿透动作，切换为第三穿透模式，并进一步确定第三穿透结果。若第四穿透结果不符合预设穿透成功条件，即医生介入后仍无法进行有效的堵塞穿透动作，此时停止穿透进程。

当获取到操作的介入动作后，确定介入动作的类型，若介入动作为方向调整动作，则开启第一穿透模式或第二穿透模式，在预设时长后，确定第四穿透结果。若介入动作为穿透堵塞动作，即检测到存在前进的动力，则在预设时长后，确定由操作者的介入动作对应的第四穿透结果。

第二穿透单元124，用于若所述第一穿透结果或所述第二穿透结果符合所述预设穿透成功条件，则切换为第三穿透模式；控制所述导丝在极限运动位置内进行穿透，确定第三穿透结果。

在一实施例中，若第一穿透单元121确定的第一穿透结果符合预设穿透成功条件，也就是说根据控制导丝的电机对应的编码器变化值大于数值阈值，则触发第二穿透单元124将第一穿透模式切换为第三穿透模式；若第一切换单元122确定的第二穿透结果符合预设穿透成功条件，则触发第二穿透单元124将第二穿透模式切换为第三穿透模式。在切换为第三穿透模式后，控制导管和导丝在极限运动位置内进行穿透，确定第三穿透结果。其中第三穿透模式为螺旋扩展穿透模式，具体的，第三穿透模式通过所述导丝传动机构控制所述导丝的转动，并通过所述导管柔性前端带动所述导丝沿正反螺线方向运动。当符合预设穿透成功条件时，表明导丝成功穿透到堵塞部位内部，切换第三穿透模式，将堵塞区扩宽，便于后期球囊的通过。

在一种可能的实现方式中，所述第二穿透单元，用于若所述第一穿透结果或所述第二穿透结果符合所述预设穿透成功条件，则切换为第三穿透模式；控制所述导丝在极限运动位置的预设值内进行穿透，确定第三穿透结果，其中所述预设值小于1。具体的，控制导管带动导丝进行正反螺线运动时，运动的范围在极限运动位置的三分之一内，尽可能避免导丝与血管壁发生碰撞。

第二切换单元125，用于若所述第三穿透结果不符合所述预设穿透成功条件，则将所述第三穿透模式切换为第二穿透模式，确定第二穿透结果。

在一实施例中，即使进入到第三穿透模式的内部，也可能再次出现无法进行有效堵塞穿透动作的情况，因此在切换为第三穿透模式后，若第三穿透模式持续预设时长后，符合预设穿透成功条件，则利用第三穿透模式继续穿透堵塞位置。若第三穿透模式持续预设时长后，不符合预设穿透成功条件，此时将第三穿透模式切换为第二穿透模式，利用第二穿透模式的震动再次进行穿透，并在第二穿透模式持续预设时长后，确定第二穿透结果，若第二穿透结果符合预设穿透成功条件，则触发第二穿透单元124，若第二穿透结果不符合预设穿透成功条件，则触发信息反馈单元123，从而可以保证堵塞穿透动作自动持续地进行。

在一种可能的实现方式中，当第二切换单元125切换到第二穿透模式时，逐步增加第二穿透模式的震动频率，因此所述第二切换单元，用于若所述第三穿透结果不符合预设穿透成功条件，则将所述第三穿透模式切换为第二穿透模式，在第二穿透模式的震动频率达到所述预设频率阈值前，确定第二穿透结果。

在上述实施例中，通过第一穿透模式、第二穿透模式和第三穿透模式对医生手法进行模拟，其中第二穿透模式可以实现模拟手法的增强。并根据不同的穿透结果，确定触发不同的单元，使得穿透动作自动有效的进行，通过穿透进程达到穿透堵塞位置的目的，提高堵塞穿透的智能性，具有较好的穿透效果。

如图8所示，在本发明一示例性实施例中，所述装置还包括：

穿透停止模块13，用于响应于自动穿透模式的停止指令，停止穿透进程。当医生确定疏通了堵塞处时可以下发自动穿透模式的停止指令，此时则会停止穿透进程。当然在医生综合考虑后也可能在未疏通堵塞处的情况下下发自动穿透模式的停止指令。

在本发明一示例性实施例中，所述穿透模式切换模块12，还用于在连续两次穿透结果不符合预设穿透成功条件时，停止穿透进程，生成异常反馈信息。对穿透结果进行监控，若连续两次穿透结果不符合预设穿透成功条件，即在进行预设穿透模式的切换后，仍无法穿透成功，则停止穿透进程，生成异常反馈信息，等待医生的进一步指示。

在本发明一示例性实施例中，所述穿透模式切换模块12，还用于接收模式切换指令，根据接收到的所述模式切换指令控制所述目标穿透模式在多种预设穿透模式中进行切换。在穿透进行中，医生根据可视化的信息，可能会下发模式切换指令，例如医生如果通过造影剂看到导丝以第一穿透模式无法前进，则也可以通过手动选择模式切换，从而下发模式切换指令，将第一穿透模式切换为第二穿透模式。

在一种可能的情况下，若存在多种预设穿透模式的切换顺序，则在接收到模式切换指令后，根据切换顺序控制目标穿透模式在多种预设穿透模式中进行切换；若不存在多种预设穿透模式的切换顺序，则在接收到模式切换指令后，在多种预设穿透模式中选取一种与当前的目标穿透模式不同的预设穿透模式作为下一个目标穿透模式。

在另一种可能的情况下，模式切换指令携带有指示穿透模式，即所述穿透模式切换模块，还用于接收模式切换指令，将目标穿透模式切换为所述模式切换指令携带的指示穿透模式，所述指示穿透模式为所述多种预设穿透模式中的一种。也就是说，医生不仅根据下发了模式切换指令，还指定了指示穿透模式，则将指示穿透模式切换为目标穿透模式。例如当前的目标穿透模式为第一穿透模式，当医生手动选择将第一穿透模式切换为第二穿透模式时，此时第二穿透模式则为指示穿透模式。

在上述实施例中，允许操作者通过下发模式切换指令的方式控制多种预设穿透模式的切换，操作者可以根据可视化信息选取出适当的目标穿透模式，有利于加快穿透进程。

本发明一示例性实施例提供的血管机器人系统，该系统包括导管、导丝和如上所述的堵塞穿透控制装置，所述导丝部分穿设于所述导管内部；所述导管前端设置的柔性段为导管柔性前端，所述导管柔性前端可向任意方向弯曲；所述堵塞穿透控制装置用于响应自动穿透模式的启动指令，控制所述导管和所述导丝自动进行堵塞位置穿透。

在上述实施例中，血管机器人系统包括导管、导丝和堵塞穿透控制装置，导丝部分穿设于导管内部，导管前端设置的柔性段为导管柔性前端，导管柔性前端可向任意方向弯曲，堵塞穿透控制装置用于响应自动穿透模式的启动指令，控制所述导管和导丝自动进行堵塞位置穿透。具体的堵塞穿透控制装置，包括中心点确定模块，极限位置确定模块和穿透模式切换模块，中心点确定模块，用于响应自动穿透模式的启动指令，确定血管机器人的导管柔性前端对应的血管截面中心点；极限位置确定模块，用于根据所述血管截面中心点，确定所述血管机器人的导管和导丝在血管截面的极限运动位置；穿透模式切换模块，用于在所述血管截面中心点处，控制导丝在极限运动位置内以目标穿透模式进行堵塞位置穿透，确认穿透结果，并根据穿透结果控制目标穿透模式在多种预设穿透模式中进行切换。从而使得该血管机器人系统在接收到自动穿透模式的启动指令后，可以自动在血管截面中心点处，极限运动位置内利用多种穿透模式对堵塞进行穿透，无需人工因素的介入，有效降低穿透血管堵塞处的难度，且穿透效果较好。

以上结合具体实施例描述了本发明的基本原理，但是，需要指出的是，在本发明中提及的优点、优势、效果等仅是示例而非限制，不能认为这些优点、优势、效果等是本发明的各个实施例必须具备的。另外，上述发明的具体细节仅是为了示例的作用和便于理解的作用，而非限制，上述细节并不限制本发明为必须采用上述具体的细节来实现。

本发明中涉及的器件、装置、设备、系统的方框图仅作为例示性的例子并且不意图要求或暗示必须按照方框图示出的方式进行连接、布置、配置。如本领域技术人员将认识到的，可以按任意方式连接、布置、配置这些器件、装置、设备、系统。诸如“包括”、“包含”、“具有”等等的词语是开放性词汇，指“包括但不限于”，且可与其互换使用。这里所使用的词汇“或”和“和”指词汇“和/或”，且可与其互换使用，除非上下文明确指示不是如此。这里所使用的词汇“诸如”指词组“诸如但不限于”，且可与其互换使用。

还需要指出的是，在本发明的装置、设备和方法中，各部件或各步骤是可以分解和/或重新组合的。这些分解和/或重新组合应视为本发明的等效方案。

提供所发明的方面的以上描述以使本领域的任何技术人员能够做出或者使用本发明。对这些方面的各种修改对于本领域技术人员而言是非常显而易见的，并且在此定义的一般原理可以应用于其他方面而不脱离本发明的范围。因此，本发明不意图被限制到在此示出的方面，而是按照与在此发明的原理和新颖的特征一致的最宽范围。

为了例示和描述的目的已经给出了以上描述。此外，此描述不意图将本发明的实施例限制到在此发明的形式。尽管以上已经讨论了多个示例方面和实施例，但是本领域技术人员将认识到其某些变型、修改、改变、添加和子组合。