核磁共振成像（MRI）因其優(yōu)良的成像質(zhì)量為乳腺介入手術(shù)提供了新的圖像導(dǎo)航手段。但是,MRI的高磁場(chǎng)和十分有限的工作空間,制約了MRI環(huán)境下乳腺介入機(jī)器人的應(yīng)用。另一方面,手術(shù)過(guò)程中針尖斜面與軟組織的相互作用產(chǎn)生針的彎曲變形,導(dǎo)致針尖偏離預(yù)定方向,因此,穿刺針的針尖偏轉(zhuǎn)和機(jī)器人路徑規(guī)劃也是當(dāng)前亟待解決的問(wèn)題。本文提出一種MRI兼容的乳腺介入機(jī)器人,利用最小勢(shì)能原理建立針穿刺軟組織過(guò)程中的針偏轉(zhuǎn)模型。基于此偏轉(zhuǎn)模型,進(jìn)一步研究機(jī)器人穿刺路徑規(guī)劃問(wèn)題。針對(duì)核磁共振環(huán)境的高磁場(chǎng)、有限空間與俯臥位手術(shù)的特點(diǎn),對(duì)MRI環(huán)境下乳腺介入機(jī)器人進(jìn)行兼容性研究及結(jié)構(gòu)優(yōu)化。通過(guò)MRI圖像掃描,對(duì)不同材料進(jìn)行兼容性實(shí)驗(yàn),利用Matlab軟件對(duì)圖像進(jìn)行布爾減運(yùn)算分析,為材料兼容問(wèn)題提供解決方案。利用TRIZ理論中的矛盾矩陣對(duì)機(jī)器人機(jī)構(gòu)進(jìn)行創(chuàng)新求解,結(jié)合“功能分析”、“發(fā)明原理”、“物-場(chǎng)模型”等方法,提出一種改進(jìn)型直角坐標(biāo)機(jī)器人,得到MRI環(huán)境下乳腺介入機(jī)器人的最優(yōu)化機(jī)構(gòu),并提出一種基于軟軸的遠(yuǎn)程驅(qū)動(dòng)方式。對(duì)針-組織相互作用力進(jìn)行分析。采用離散化方法,將每單元長(zhǎng)度的針體近似為摩擦力恒定的剛性直軸,通過(guò)積分,建立... 

【文章來(lái)源】：哈爾濱理工大學(xué)黑龍江省

【文章頁(yè)數(shù)】：117 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第1章 緒論
    1.1 課題研究的背景、目的和意義
        1.1.1 課題研究的背景
        1.1.2 課題研究的目的及意義
    1.2 MRI環(huán)境下乳腺介入機(jī)器人國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.2.1 乳腺介入機(jī)器人構(gòu)型的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.2.2 MRI兼容性問(wèn)題的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀
    1.3 針-組織相互作用機(jī)理國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.3.1 針偏轉(zhuǎn)模型國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.3.2 針-組織相互作用力模型國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀
    1.4 穿刺路徑規(guī)劃國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀
    1.5 存在的主要問(wèn)題
    1.6 課題來(lái)源及研究?jī)?nèi)容
        1.6.1 課題來(lái)源
        1.6.2 課題主要研究?jī)?nèi)容
第2章 MRI環(huán)境下乳腺介入機(jī)器人構(gòu)型分析及結(jié)構(gòu)優(yōu)化
    2.1 引言
    2.2 MRI環(huán)境下乳腺介入機(jī)器人系統(tǒng)要求
        2.2.1 核磁兼容性要求
        2.2.2 結(jié)構(gòu)兼容性要求
        2.2.3 驅(qū)動(dòng)方式兼容性要求
        2.2.4 乳腺介入手術(shù)空間要求
        2.2.5 乳腺組織穩(wěn)定性要求
    2.3 MRI環(huán)境下乳腺介入機(jī)器人系統(tǒng)方案分析
        2.3.1 受限空間下乳腺介入機(jī)器人構(gòu)型分析
        2.3.2 乳腺組織固定方式分析
        2.3.3 核磁兼容的機(jī)器人驅(qū)動(dòng)方式分析
    2.4 MRI環(huán)境下乳腺介入機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
        2.4.1 定位模塊
        2.4.2 穿刺模塊
        2.4.3 乳腺夾持模塊
        2.4.4 機(jī)器人工作空間分析
        2.4.5 材料兼容性分析
    2.5 本章小結(jié)
第3章 針-組織相互作用模型
    3.1 引言
    3.2 針-組織相互作用力建模
        3.2.1 未刺入組織前針的力學(xué)模型
        3.2.2 剛剛刺入組織時(shí)針的力學(xué)模型
        3.2.3 針在組織內(nèi)運(yùn)行時(shí)的力學(xué)模型
    3.3 針-組織相互作用的虛擬非線性彈簧模型
        3.3.1 進(jìn)針過(guò)程的離散化模型
        3.3.2 基于虛擬非線性彈簧的針偏轉(zhuǎn)模型
        3.3.3 針偏轉(zhuǎn)模型參數(shù)分析
    3.4 本章小結(jié)
第4章 基于針偏轉(zhuǎn)模型的機(jī)器人穿刺路徑規(guī)劃
    4.1 引言
    4.2 乳腺介入機(jī)器人運(yùn)動(dòng)規(guī)劃
    4.3 乳腺介入機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)分析
        4.3.1 機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)正問(wèn)題
        4.3.2 機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)逆問(wèn)題
    4.4 基于針偏轉(zhuǎn)模型的機(jī)器人穿刺路徑分析與建模
        4.4.1 穿刺路徑分析
        4.4.2 穿刺路徑建模
        4.4.3 穿刺路徑優(yōu)化算法
        4.4.4 路徑優(yōu)化仿真結(jié)果與分析
    4.5 本章小結(jié)
第5章 針穿刺及路徑規(guī)劃實(shí)驗(yàn)研究
    5.1 引言
    5.2 穿刺針性能參數(shù)及實(shí)驗(yàn)裝置
    5.3 仿生軟組織的選擇與制備
    5.4 針偏轉(zhuǎn)模型實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證
        5.4.1 穿刺力與摩擦力采集
        5.4.2 針尖軌跡仿真與實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比分析
        5.4.3 非線性彈簧模型與線性彈簧模型對(duì)比分析
    5.5 路徑規(guī)劃模型實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證
    5.6 本章小結(jié)
結(jié)論
參考文獻(xiàn)
攻讀博士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文
專利
致謝


【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]針穿刺軟組織實(shí)驗(yàn)與穿刺力力學(xué)建模[J]. 郭菁莘,高德東,李麗榮.  青海大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版). 2014(03)
[2]乳腺癌手術(shù)的乳房修復(fù)與重建[J]. 張保寧.  癌癥進(jìn)展. 2013(05)
[3]乳腺癌的MRI應(yīng)用進(jìn)展[J]. 尹茵,甘潔.  中國(guó)中西醫(yī)結(jié)合影像學(xué)雜志. 2013(02)
[4]2000～2010年我國(guó)前列腺癌和乳腺癌流行狀況的系統(tǒng)性綜述[J]. 唐志柳,白潔,顧麗娜,李嵐,薛迪.  中國(guó)腫瘤. 2013(04)
[5]乳腺癌的綜合治療現(xiàn)狀[J]. 劉力,劉國(guó)文,譚米多.  中國(guó)腫瘤外科雜志. 2013(01)
[6]植入式醫(yī)學(xué)傳感器體內(nèi)通信的建模與分析[J]. 高躍明,潘少恒,麥炳源,韋孟宇,杜民.  儀器儀表學(xué)報(bào). 2012(12)
[7]乳腺癌的流行現(xiàn)狀分析[J]. 方瓊英,吳瓊,張秀玲,馬小麗.  中國(guó)社會(huì)醫(yī)學(xué)雜志. 2012(05)
[8]核磁共振環(huán)境下六自由度穿刺定位機(jī)器人的研制[J]. 孟紀(jì)超,謝叻,神祥龍.  上海交通大學(xué)學(xué)報(bào). 2012(09)
[9]基于核磁圖像導(dǎo)航的前列腺針刺手術(shù)機(jī)器人[J]. 郭杰,姜杉,馮文浩,劉筠.  機(jī)器人. 2012(04)
[10]核磁共振環(huán)境下機(jī)器人驅(qū)動(dòng)及控制傳感技術(shù)研究[J]. 姜杉,鄭鵬,劉筠,張震,馮文浩,郭杰.  應(yīng)用基礎(chǔ)與工程科學(xué)學(xué)報(bào). 2012(03)

碩士論文
[1]核磁圖像導(dǎo)向手術(shù)機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與動(dòng)力學(xué)分析[D]. 郭杰.天津大學(xué) 2012
[2]核磁共振兼容的手術(shù)穿刺定位機(jī)器人研制[D]. 孟紀(jì)超.上海交通大學(xué) 2012
[3]基于勢(shì)能場(chǎng)的針刺軟組織軌跡規(guī)劃及實(shí)驗(yàn)研究[D]. 劉曉艷.天津大學(xué) 2010
[4]MRI環(huán)境下的介入機(jī)器人設(shè)計(jì)及運(yùn)動(dòng)仿真[D]. 耿利威.哈爾濱理工大學(xué) 2010
[5]經(jīng)皮穿刺手術(shù)軟組織穿刺力建模與機(jī)器人應(yīng)用軟件設(shè)計(jì)[D]. 胡旺寧.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2009
[6]經(jīng)皮穿刺手術(shù)輔助機(jī)器人系統(tǒng)研究[D]. 修雯雯.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2007



本文編號(hào)：3032195