一种基于光纤的介入手术导丝末端力测量方法

本发明涉及光纤传感及精准医疗，具体为一种基于光纤的介入手术导丝末端力测量方法。背景技术：1、心血管类疾病是一种多因素引起的慢性非传染性疾病，发病率和死亡率均居于各种疾病之首，不仅对人类健康构成严峻的挑战，还给个人、家庭乃至社会带来庞大的经济负担。常见的心血管类疾病有高血压、冠心病、脑卒中和心律失常等，其中冠心病在过去20年里是导致死亡的重要原因之一。2、冠心病是由于血管中动脉粥样硬化所导致，使得血管狭窄，血流不畅，严重时甚至可能导致死亡，目前冠心病治疗方法有药物治疗和手术治疗。药物治疗指服用医生指定药物以减轻动脉粥样硬化，使血管壁扩张，改善心肌供血，但是药物并不能根治冠心病。手术治疗指通过开放手术或者微创手术在目标血管位置放置药物或者支架，达到扩张血管的作用。目前有80％的患者选择微创介入手术，相比于传统开放手术，介入手术时间短，出血量小，术后恢复时间短，对身体负担小。3、冠脉介入治疗手术可用于治疗冠状动脉粥样硬化性心脏病、心绞痛、急性心肌梗死等疾病。该手术操作难度大，需要依赖医生的经验，并通过分析ct图像以及一些基础的成像技术来进行指导，目前无法感知导丝末端的三维力大小，且手术导丝推送过程中可能会刺激到血管壁，进而导致一些并发症。因此，亟须解决介入手术导丝末端力测量，以提高介入手术的成功率，保障手术安全性。技术实现思路1、针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于光纤的介入手术导丝末端力测量方法，该方法基于光纤传感技术，将多芯光纤布置到导丝中，建立力传感模型，并利用核极限学习机算法进行求解，能够精准测量介入手术导丝末端三维力大小。2、为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种基于光纤的介入手术导丝末端力测量方法，包括以下步骤：3、通过光纤布拉格光栅传感器测量导丝末端的波长漂移量；4、根据波长漂移量，使用基于应变和温度的线性模型计算导丝末端的应力；5、根据应力，使用基于弯矩和轴向力的力学模型计算导丝末端的三维受力值。6、优选的，所述基于应变和温度的线性模型的形式为：7、δλ＝kεδε+ktδt8、其中，δλ是波长漂移量，δε是应变，δt是温度变化，kε和kt是应变和温度对波长漂移量的影响系数。9、优选的，所述基于弯矩和轴向力的力学模型的形式为：10、11、其中，σ为其所受应力，ix、iy分别为截面对x、y轴的惯性矩，a为探针的横截面积，mx、my分别为所受应力在x、y方向上所造成的弯矩。12、优选的，所述方法还包括使用kelm网络对模型参数进行优化。13、优选的，所述kelm网络的训练包括以下步骤：14、使用ati力传感器测量的力值和解调仪记录的波长信息作为训练数据；15、优化网络以最小化训练数据的均方根误差；16、保存得到的最佳网络参数。17、本发明还提供一种基于光纤的介入手术导丝末端力测量装置，包括：18、光纤布拉格光栅传感器，配置在导丝末端，用于测量导丝末端的波长漂移量；19、计算单元，接收来自光纤布拉格光栅传感器的波长漂移量数据，使用基于应变和温度的线性模型计算导丝末端的应力，然后使用基于弯矩和轴向力的力学模型计算导丝末端的三维受力值。20、本发明还提供一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时，实现如上述的方法。21、本发明还提供一种存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上述的方法。22、本发明提供了一种基于光纤的介入手术导丝末端力测量方法。具备以下23、有益效果：24、1、本发明的实施例可以为介入手术提供一种精确测量导丝末端三维力的方法，有助于提高手术的安全性和成功率。通过fbg传感器的高精度测量与先进的数据处理技术相结合，可以实现对手术导丝末端力的精确感知与控制，减少手术过程中对血管的损伤，降低并发症的风险。这一技术的应用有望大幅提高介入手术的精准度和安全性，对于临床医疗有着重要的意义。25、2、本发明使用核极限学习机算法，该算法随机生成隐藏层的权值和偏置，算法收敛速度快，不易陷入局部最优解，且具有较好的泛化能力，能够提高力测量精度。技术特征：1.一种基于光纤的介入手术导丝末端力测量方法，其特征在于，包括以下步骤：2.根据权利要求1所述的一种基于光纤的介入手术导丝末端力测量方法，其特征在于，所述基于应变和温度的线性模型的形式为：3.根据权利要求1所述的一种基于光纤的介入手术导丝末端力测量方法，其特征在于，所述基于弯矩和轴向力的力学模型的形式为：4.根据权利要求1所述的一种基于光纤的介入手术导丝末端力测量方法，其特征在于，所述方法还包括使用kelm网络对模型参数进行优化。5.根据权利要求4所述的一种基于光纤的介入手术导丝末端力测量方法，其特征在于，所述kelm网络的训练包括以下步骤：6.一种基于光纤的介入手术导丝末端力测量装置，实施如权利要求1-5任一项所述的测量方法，其特征在于，包括：7.一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时，实现如权利要求1-5任一项所述的方法。8.一种存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1-5任一项所述的方法。技术总结本申请涉及光纤传感及精准医疗领域，公开了一种基于光纤的介入手术导丝末端力测量方法，包括以下步骤：S1、通过光纤布拉格光栅传感器测量导丝末端的波长漂移量；S2、根据波长漂移量，使用基于应变和温度的线性模型计算导丝末端的应力；S3、根据应力，使用基于弯矩和轴向力的力学模型计算导丝末端的三维受力值。本发明的实施例可以为介入手术提供一种精确测量导丝末端三维力的方法，有助于提高手术的安全性和成功率。通过FBG传感器的高精度测量与先进的数据处理技术相结合，可以实现对手术导丝末端力的精确感知与控制，减少手术过程中对血管的损伤，降低并发症的风险。技术研发人员：王康,何彦霖,祝连庆,杨溢,魏聚群,黄宇辰,邓思珩,张帆受保护的技术使用者：北京信息科技大学技术研发日：技术公布日：2024/8/16