介入導(dǎo)管主從操作裝置的力覺再現(xiàn)研究.pdf

1、目前在治療心血管疾病的微創(chuàng)介入手術(shù)中，常結(jié)合手術(shù)輔助機器人系統(tǒng)來完成操作，以提高手術(shù)精度并降低醫(yī)生的工作強度。然而，目前多數(shù)手術(shù)輔助系統(tǒng)不具備介入導(dǎo)管的力覺信息反饋功能，即沒有實現(xiàn)醫(yī)生在手術(shù)外間通過主從操作技術(shù)來真正體驗到手術(shù)的臨場感。因此，設(shè)計具有力覺再現(xiàn)功能的導(dǎo)管操作系統(tǒng)成為該領(lǐng)域的主要研究方向。
　　本課題針對主從操作機器人系統(tǒng)進(jìn)行了研究，提出了主從操作裝置的力覺再現(xiàn)方案，并建立了由運動控制、主動控制及實際操作三個模塊組成的

2、力覺再現(xiàn)系統(tǒng)。運動控制模塊是利用編碼器的脈沖信號實現(xiàn)從手操作機構(gòu)的導(dǎo)管介入運動。主動控制模塊是在模擬導(dǎo)管受力的基礎(chǔ)上，建立導(dǎo)管模擬力與主手阻尼力的匹配及控制方法；實際操作模塊是在建立的主手阻尼力與系統(tǒng)控制電流之間的函數(shù)關(guān)系的基礎(chǔ)上，通過力傳感器實時檢測導(dǎo)管前端受力，以實現(xiàn)主手阻尼力的實時調(diào)整并為后續(xù)實驗積累數(shù)據(jù)。
　　構(gòu)建精確的胸主動脈三維模型是實現(xiàn)分析導(dǎo)管受力情況的前提，本研究在類比多種醫(yī)學(xué)圖像處理算法后，采用了基于均值漂移和層

3、次聚類的圖像分割算法（MSHC），實現(xiàn)了對胸主動脈彩色切片圖像的分割處理并完成了血管模型重建；利用ANSYS CFX有限元分析軟件對模型進(jìn)行了瞬態(tài)血流模擬，獲得了所要研究的不同位置處血流速度，并得出導(dǎo)管在血管中無壁碰情況下的受力與其介入長度之間的函數(shù)方程；另外對不同壁碰角度進(jìn)行了分析，分析結(jié)果為后續(xù)主手操作機構(gòu)的設(shè)計提供了參數(shù)依據(jù)。
　　主手操作機構(gòu)為醫(yī)生提供阻尼力，可實現(xiàn)機構(gòu)中磁流變液阻尼力隨外加磁場變化而發(fā)生變化。基于此，建立