核磁共振成像（MRI）因其優(yōu)良的成像質(zhì)量為乳腺介入手術提供了新的圖像導航手段。但是,MRI的高磁場和十分有限的工作空間,制約了MRI環(huán)境下乳腺介入機器人的應用。另一方面,手術過程中針尖斜面與軟組織的相互作用產(chǎn)生針的彎曲變形,導致針尖偏離預定方向,因此,穿刺針的針尖偏轉(zhuǎn)和機器人路徑規(guī)劃也是當前亟待解決的問題。本文提出一種MRI兼容的乳腺介入機器人,利用最小勢能原理建立針穿刺軟組織過程中的針偏轉(zhuǎn)模型�；诖似D(zhuǎn)模型,進一步研究機器人穿刺路徑規(guī)劃問題。針對核磁共振環(huán)境的高磁場、有限空間與俯臥位手術的特點,對MRI環(huán)境下乳腺介入機器人進行兼容性研究及結(jié)構(gòu)優(yōu)化。通過MRI圖像掃描,對不同材料進行兼容性實驗,利用Matlab軟件對圖像進行布爾減運算分析,為材料兼容問題提供解決方案。利用TRIZ理論中的矛盾矩陣對機器人機構(gòu)進行創(chuàng)新求解,結(jié)合“功能分析”、“發(fā)明原理”、“物-場模型”等方法,提出一種改進型直角坐標機器人,得到MRI環(huán)境下乳腺介入機器人的最優(yōu)化機構(gòu),并提出一種基于軟軸的遠程驅(qū)動方式。對針-組織相互作用力進行分析。采用離散化方法,將每單元長度的針體近似為摩擦力恒定的剛性直軸,通過積分,建立... 

【文章來源】：哈爾濱理工大學黑龍江省

【文章頁數(shù)】：117 頁

【學位級別】：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)境下乳腺介入機器人國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.2.1 乳腺介入機器人構(gòu)型的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.2.2 MRI兼容性問題的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
    1.3 針-組織相互作用機理國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.3.1 針偏轉(zhuǎn)模型國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.3.2 針-組織相互作用力模型國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
    1.4 穿刺路徑規(guī)劃國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
    1.5 存在的主要問題
    1.6 課題來源及研究內(nèi)容
        1.6.1 課題來源
        1.6.2 課題主要研究內(nèi)容
第2章 MRI環(huán)境下乳腺介入機器人構(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)動方式兼容性要求
        2.2.4 乳腺介入手術空間要求
        2.2.5 乳腺組織穩(wěn)定性要求
    2.3 MRI環(huán)境下乳腺介入機器人系統(tǒng)方案分析
        2.3.1 受限空間下乳腺介入機器人構(gòu)型分析
        2.3.2 乳腺組織固定方式分析
        2.3.3 核磁兼容的機器人驅(qū)動方式分析
    2.4 MRI環(huán)境下乳腺介入機器人結(jié)構(gòu)設計
        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模型
        3.2.2 剛剛刺入組織時針的力學模型
        3.2.3 針在組織內(nèi)運行時的力學模型
    3.3 針-組織相互作用的虛擬非線性彈簧模型
        3.3.1 進針過程的離散化模型
        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)模型的機器人穿刺路徑規(guī)劃
    4.1 引言
    4.2 乳腺介入機器人運動規(guī)劃
    4.3 乳腺介入機器人運動學分析
        4.3.1 機器人運動學正問題
        4.3.2 機器人運動學逆問題
    4.4 基于針偏轉(zhuǎn)模型的機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)劃實驗研究
    5.1 引言
    5.2 穿刺針性能參數(shù)及實驗裝置
    5.3 仿生軟組織的選擇與制備
    5.4 針偏轉(zhuǎn)模型實驗驗證
        5.4.1 穿刺力與摩擦力采集
        5.4.2 針尖軌跡仿真與實驗結(jié)果對比分析
        5.4.3 非線性彈簧模型與線性彈簧模型對比分析
    5.5 路徑規(guī)劃模型實驗驗證
    5.6 本章小結(jié)
結(jié)論
參考文獻
攻讀博士學位期間發(fā)表的學術論文
專利
致謝


【參考文獻】：
期刊論文
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[4]2000～2010年我國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.  中國腫瘤. 2013(04)
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碩士論文
[1]核磁圖像導向手術機器人結(jié)構(gòu)設計與動力學分析[D]. 郭杰.天津大學 2012
[2]核磁共振兼容的手術穿刺定位機器人研制[D]. 孟紀超.上海交通大學 2012
[3]基于勢能場的針刺軟組織軌跡規(guī)劃及實驗研究[D]. 劉曉艷.天津大學 2010
[4]MRI環(huán)境下的介入機器人設計及運動仿真[D]. 耿利威.哈爾濱理工大學 2010
[5]經(jīng)皮穿刺手術軟組織穿刺力建模與機器人應用軟件設計[D]. 胡旺寧.哈爾濱工業(yè)大學 2009
[6]經(jīng)皮穿刺手術輔助機器人系統(tǒng)研究[D]. 修雯雯.哈爾濱工業(yè)大學 2007



本文編號：3032195