穿刺手術機器人系統(tǒng)設計與控制方法研究.pdf

1、微創(chuàng)手術憑借其出血少，術后感染率低，并發(fā)癥少，疤痕小等優(yōu)點在過去的30年里得到了迅速發(fā)展。作為微創(chuàng)手術中常見而重要的一環(huán)，穿刺過程通常會直接影響到手術質量。由機器人來完成穿刺手術可以提升操作精度，減輕人手震顫以及消除醫(yī)生輻射風險，具有很大的研究價值。本文主要對針對穿刺手術使用的機器人系統(tǒng)作一系列開發(fā)研究。其主要內(nèi)容包括主要包括以下幾部分。
　　(1)搭建穿刺機器人硬件平臺
　　在對比串聯(lián)機械臂在實現(xiàn)遠端中心運動的基礎上，提出

2、了具有遠端運動中心機構的穿刺機器人設計。該穿刺機器人采用了模塊化的設計，由用以定位的笛卡爾坐標系式移動平臺，用以姿態(tài)調(diào)整的遠端轉臂和用以穿刺的穿刺進針單元三個獨立部分構成。
　　(2)穿刺機械人運動規(guī)劃與控制
　　通過運動學模型與運動空間的分析，討論了機器遠端中心機構在穿刺場景下的應用優(yōu)勢。并基于弧形轉臂本身立體定位的設計，通過為轉臂增加兩枚點字激光器的方法，提出了一種新穎的進針點對準方法。該方法可在僅有單一攝像頭的情況下，

3、通過約束機器進行定向運動，達到進針點的快速對準，因而解除了在進針點對準過程中對商用定位器的依賴。
　　(3)穿刺過程監(jiān)測與穿刺實驗
　　本機器設計為手術中與手術床正位與側位的兩臺X光影像下配合使用。為更好地輔助穿刺前的路徑對準，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描述刺針。結合采用傳統(tǒng)的概率霍夫變換與一定的先驗知識，實現(xiàn)了穿刺針在進針過程當中的動態(tài)跟蹤，并在兩側影像的離線視頻中進行了方法的驗證。另外，本文還