機(jī)器人外科手術(shù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與人機(jī)交互的研究.pdf

1、隨著醫(yī)學(xué)理論的不斷進(jìn)步與發(fā)展，外科手術(shù)也正朝著更加精細(xì)更加復(fù)雜的方向發(fā)展。近幾十年來(lái)高速發(fā)展的計(jì)算機(jī)、機(jī)器人、電子信息以及網(wǎng)絡(luò)通信等技術(shù)已經(jīng)越來(lái)越多地應(yīng)用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域?！皺C(jī)器人輔助手術(shù)”（RAS, Robot Assisted Surgery）系統(tǒng)在現(xiàn)代臨床醫(yī)療中已經(jīng)被越來(lái)越多地采用。 每年成千上萬(wàn)患有關(guān)節(jié)疾病的病人接受了全膝關(guān)節(jié)置換手術(shù)（TKR, Total Knee Replacement）, 期望在一定程度上恢復(fù)行行動(dòng)，減

2、少痛苦。目前，手術(shù)中假體位置主要由臨床經(jīng)驗(yàn)和專用模板保證，人為因素是誤差主要來(lái)源。針對(duì)傳統(tǒng)夾具膝關(guān)節(jié)手術(shù)的諸多缺陷，計(jì)算機(jī)或機(jī)器人輔助全膝關(guān)節(jié)置換手術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。相比人工膝關(guān)節(jié)置換手術(shù)，采用計(jì)算機(jī)與機(jī)器人進(jìn)行輔助手術(shù)，以及使用專家系統(tǒng)進(jìn)行受力、運(yùn)動(dòng)的評(píng)估，獲取最優(yōu)的放置位置可以使機(jī)器人輔助膝關(guān)節(jié)手術(shù)具有更好的操作精度，提高假體置換手術(shù)質(zhì)量與成功率。 傳統(tǒng)機(jī)器人輔助全膝關(guān)節(jié)手術(shù)系統(tǒng)存在的初始定位難，以及病人必須接受兩次手術(shù)等諸多缺

3、點(diǎn)一直是人們的研究熱點(diǎn)之一。本文基于機(jī)器人集成手術(shù)系統(tǒng)的理念，針對(duì)傳統(tǒng)全膝關(guān)節(jié)置換手術(shù)的缺點(diǎn)，提出了基于無(wú)CT 建模機(jī)器人輔助全膝關(guān)節(jié)手術(shù)系統(tǒng)(RASSTKR, RobotAssisted Surgical System for Total Knee Replacement)的概念。 本文對(duì)RASSTKR 系統(tǒng)構(gòu)建、定位、跟蹤、標(biāo)定等關(guān)鍵技術(shù)在理論性與應(yīng)用性上進(jìn)行了全面的研究工作，主要研究?jī)?nèi)容與研究成果如下： 為了更

4、好的理解RASSTKR 的理論與應(yīng)用背景，首先介紹了與RASSTKR 系統(tǒng)相關(guān)的一些基礎(chǔ)知識(shí)，包括對(duì)下肢對(duì)線、膝關(guān)節(jié)的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)、膝關(guān)節(jié)假體的種類以及膝關(guān)節(jié)置換手術(shù)的一些基本的要求。同時(shí)對(duì)基于夾具系統(tǒng)的全膝關(guān)節(jié)置換術(shù)的手術(shù)過(guò)程諸如股骨手術(shù)、脛骨手術(shù)與髕骨手術(shù)進(jìn)行了簡(jiǎn)要的介紹。為后續(xù)RASSTKR 的建立提供了充分的實(shí)踐背景，對(duì)RASSTKR 起到了重要的指導(dǎo)意義。 第二章著重介紹我們自主研發(fā)的一套機(jī)器人輔助膝關(guān)節(jié)手術(shù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思

5、想和關(guān)鍵技術(shù)。主要包括整體的軟硬件組成、各個(gè)部分的工作原理和組成結(jié)構(gòu)圖。 機(jī)器人外科手術(shù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是系統(tǒng)控制軟件，所以，本文著重介紹了系統(tǒng)中幾個(gè)重要的軟件的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。包括機(jī)器人伺服程序、主控制程序、三維重建程序、標(biāo)定程序等。對(duì)于每一個(gè)程序都詳細(xì)介紹了其組成結(jié)構(gòu)圖以及每個(gè)類的接口和關(guān)鍵技術(shù)。 誤差和實(shí)時(shí)性是機(jī)器人外科手術(shù)系統(tǒng)最為關(guān)鍵的系統(tǒng)指標(biāo)，而這正是第五章的主要內(nèi)容。本文將分析系統(tǒng)中可能產(chǎn)生誤差的各個(gè)環(huán)節(jié)并通過(guò)實(shí)驗(yàn)