穿刺手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)設(shè)計(jì)與控制方法研究.pdf

1、微創(chuàng)手術(shù)憑借其出血少，術(shù)后感染率低，并發(fā)癥少，疤痕小等優(yōu)點(diǎn)在過(guò)去的30年里得到了迅速發(fā)展。作為微創(chuàng)手術(shù)中常見(jiàn)而重要的一環(huán)，穿刺過(guò)程通常會(huì)直接影響到手術(shù)質(zhì)量。由機(jī)器人來(lái)完成穿刺手術(shù)可以提升操作精度，減輕人手震顫以及消除醫(yī)生輻射風(fēng)險(xiǎn)，具有很大的研究?jī)r(jià)值。本文主要對(duì)針對(duì)穿刺手術(shù)使用的機(jī)器人系統(tǒng)作一系列開(kāi)發(fā)研究。其主要內(nèi)容包括主要包括以下幾部分。
　　(1)搭建穿刺機(jī)器人硬件平臺(tái)
　　在對(duì)比串聯(lián)機(jī)械臂在實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)端中心運(yùn)動(dòng)的基礎(chǔ)上，提出

2、了具有遠(yuǎn)端運(yùn)動(dòng)中心機(jī)構(gòu)的穿刺機(jī)器人設(shè)計(jì)。該穿刺機(jī)器人采用了模塊化的設(shè)計(jì)，由用以定位的笛卡爾坐標(biāo)系式移動(dòng)平臺(tái)，用以姿態(tài)調(diào)整的遠(yuǎn)端轉(zhuǎn)臂和用以穿刺的穿刺進(jìn)針單元三個(gè)獨(dú)立部分構(gòu)成。
　　(2)穿刺機(jī)械人運(yùn)動(dòng)規(guī)劃與控制
　　通過(guò)運(yùn)動(dòng)學(xué)模型與運(yùn)動(dòng)空間的分析，討論了機(jī)器遠(yuǎn)端中心機(jī)構(gòu)在穿刺場(chǎng)景下的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。并基于弧形轉(zhuǎn)臂本身立體定位的設(shè)計(jì)，通過(guò)為轉(zhuǎn)臂增加兩枚點(diǎn)字激光器的方法，提出了一種新穎的進(jìn)針點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)方法。該方法可在僅有單一攝像頭的情況下，

3、通過(guò)約束機(jī)器進(jìn)行定向運(yùn)動(dòng)，達(dá)到進(jìn)針點(diǎn)的快速對(duì)準(zhǔn)，因而解除了在進(jìn)針點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)過(guò)程中對(duì)商用定位器的依賴。
　　(3)穿刺過(guò)程監(jiān)測(cè)與穿刺實(shí)驗(yàn)
　　本機(jī)器設(shè)計(jì)為手術(shù)中與手術(shù)床正位與側(cè)位的兩臺(tái)X光影像下配合使用。為更好地輔助穿刺前的路徑對(duì)準(zhǔn)，本文提出了基于圖像的穿刺針跟蹤方法。該方法選用直線段來(lái)描述刺針。結(jié)合采用傳統(tǒng)的概率霍夫變換與一定的先驗(yàn)知識(shí)，實(shí)現(xiàn)了穿刺針在進(jìn)針過(guò)程當(dāng)中的動(dòng)態(tài)跟蹤，并在兩側(cè)影像的離線視頻中進(jìn)行了方法的驗(yàn)證。另外，本文還