现代微创介入手术中,利用斜尖柔性针与组织间的相互作用力,可以穿刺出圆弧轨迹,进而绕过神经、血管等障碍,实现人体深度精确穿刺。然而需要柔性针轨迹路径和针尖位姿的实时反馈,才能实现高精度穿刺。针对上述问题,本文将超声成像设备与柔性针穿刺手术相结合,提出了一种基于针体识别和针尖位姿预测的柔性针轨迹控制方法,对柔性针的针体识别、针尖位姿预测和基于实时反馈的柔性针轨迹控制深入研究。首先,基于超声图像对柔性针针体截面质心进行提取。根据超声成像设备的工作原理,分析了超声成像的影响因素;依据超声图像的特性,采用中值滤波和高斯滤波对超声图像降噪处理;通过MATLAB对针体超声图像进行图像处理,利用ROI感兴趣区域算法,提取针体像素质心,将像素坐标转化为实际坐标,确定了针体的截面质心坐标。其次,基于针体截面质心坐标点集,提出了一种“拟合+插值”的针体轨迹识别算法。首先建立空间坐标系,先对XOY面内针体截面质心点集进行拟合,得到二维轨迹函数,再根据轨迹函数与Z轴坐标,进行空间插值,得到三维空间针体轨迹;通过进针长度与柔性针的轨迹特性,预测出针尖位姿,与针体轨迹结合,进而确定了整个柔性针在人体组织中的轨迹和姿态。再次,基于柔性针的运动特性和超声反馈的针体位姿,提出了一种基于当前状态的动态路径实时规划算法。通过,分析RRT算法的基本特点,在其基础上嵌入可达引导和贪婪启发策略,根据超声成像设备反馈的柔性针超声图像轨迹和靶点实时位置,利用可达引导和贪婪启发的快速探索随机树(GHRG-RRTs)算法实时规划进针路径,确定最优穿刺路径,并控制穿刺轨迹,提高了路径搜索效率和穿刺靶点准确性。最后,进行了基于超声识别的柔性针轨迹控制实验,并进行误差分析,验证可行性。选取镍钛合金柔性针和制备仿生组织材料,结合超声成像设备搭建实验台,进行穿刺实验;将柔性针超声图像提取轨迹与实际轨迹进行对比,误差分析,验证了基于超声识别的柔性针轨迹控制可行性。本文主要基于超声图像识别研究柔性针的轨迹控制,提出了基于超声图像的针体识别和针尖预测方法,基于针体的实时状态反馈信息,采用GHRG-RRTs算法对柔性针穿刺轨迹规划和控制,并且实验验证超声识别针体的准确性,为基于超声图像的柔性针轨迹控制提供理论和实验基础。