核磁共振兼容的手術(shù)穿刺定位機(jī)器人研制.pdf

1、穿刺手術(shù)是外科常見的一種微創(chuàng)手術(shù)，手術(shù)的定位需要在醫(yī)學(xué)影像下進(jìn)行，傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)影像導(dǎo)航下的手術(shù)定位一般更依賴于醫(yī)師的經(jīng)驗(yàn)，具有很多不足之處，將機(jī)器人與醫(yī)學(xué)圖像技術(shù)相結(jié)合，使得定位更加精確，手術(shù)的一次成功率也大大提高。
　　本文首先學(xué)習(xí)了穿刺手術(shù)及核磁共振醫(yī)學(xué)影像的相關(guān)知識(shí)，分析了在核磁共振下手術(shù)機(jī)器人的兼容性問題，包括空間兼容性、驅(qū)動(dòng)兼容性和材料兼容性，確定了通過驅(qū)動(dòng)機(jī)器人的定位與定向機(jī)構(gòu)，在醫(yī)學(xué)圖像下的導(dǎo)航下，實(shí)現(xiàn)穿刺手術(shù)的準(zhǔn)確定位

2、的最終目的。
　　在本研究過程中，在核磁共振兼容性的基礎(chǔ)上，將機(jī)器人設(shè)計(jì)方案定為以SCARA型構(gòu)型為主體，能夠自動(dòng)完成定位、定向、穿刺三種運(yùn)動(dòng)的定位機(jī)器人。按照這一方案，設(shè)計(jì)了穿刺定位機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)，包括兩個(gè)被動(dòng)自由度以及六個(gè)主動(dòng)自由度，可以實(shí)現(xiàn)在空間中對(duì)末端執(zhí)行器位置、位姿的控制，尤其是能夠自動(dòng)完成穿刺過程，使得手術(shù)過程更加準(zhǔn)確可靠。整個(gè)主體部分采用SCARA型機(jī)器人，位姿部分采用并聯(lián)機(jī)構(gòu)，方便快捷的實(shí)現(xiàn)位姿控制。對(duì)整個(gè)機(jī)器人

3、進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)分析，包括正運(yùn)動(dòng)學(xué)分析與運(yùn)動(dòng)學(xué)反解，最終得到了運(yùn)動(dòng)的解析解或數(shù)值解。
　　本文實(shí)現(xiàn)了機(jī)器人的控制系統(tǒng)，首先對(duì)控制系統(tǒng)的硬件進(jìn)行了選擇，完成了控制系統(tǒng)的整體架構(gòu)，確定了以PLC為核心，通過控制繼電器實(shí)現(xiàn)不同氣缸運(yùn)動(dòng)的控制方案，根據(jù)不同的控制完成了PLC的編程。同時(shí)搭建了氣動(dòng)回路，完成了氣動(dòng)級(jí)進(jìn)電機(jī)的控制，實(shí)現(xiàn)了整個(gè)機(jī)器人機(jī)械部分的運(yùn)動(dòng)。
　　本文還對(duì)C型臂引導(dǎo)腎穿刺定位系統(tǒng)進(jìn)行了改造，通過臨床實(shí)驗(yàn)的驗(yàn)證確定了系統(tǒng)的可