放射性粒子植入治療具有創(chuàng)傷小,放射劑量定量、定向可控,對周圍組織器官損傷小,術后并發(fā)癥發(fā)生率低,具有更低的副作用風險等特點,已經成為臨床腫瘤放療的發(fā)展方向。目前臨床上前列腺粒子植入治療是醫(yī)生通過手動粒子植入裝置將放射性粒子植入到病灶區(qū)域,達到定點放療的效果,但同時存在勞動強度高,粒子植入精度低,效率低等問題。采用粒子植入機器人輔助醫(yī)生完成粒子植入手術可以有效的解決這些問題,但依然存在圖像導航信息單一、不直觀,人機交互過程不自然,操作復雜,這些問題制約了粒子植入機器人手術治療效果,本文將研究前列腺粒子植入機器人人機交互控制,從而實現(xiàn)良好的人機交互操作下精準、高效地完成粒子植入手術。臨床上粒子植入手術采用術中超聲圖像引導,超聲圖像具實時性,但是對軟組織分辨率低,只有二維圖像信息,因此對術前MRI序列圖像進行三維重建,首先對MRI序列圖像進行預處理,減少噪聲對圖像成像質量的影響,增強圖像特征。分別采用閾值分割、區(qū)域生長以及邊緣分割進行圖像分割及實現(xiàn),分割出前列腺及周圍組織器官,根據(jù)圖像分割結果進行面繪制得到重建的前列腺以及周圍的組織器官三維可視化模型,為粒子植入規(guī)劃和混合現(xiàn)實的實現(xiàn)提供基礎。... 

【文章來源】：哈爾濱理工大學黑龍江省

【文章頁數(shù)】：116 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

機器人輔助前Fig.1-3Robot-assistedbrach

哈爾濱理工大學工學碩士學位論文-5-器人能夠執(zhí)行定位、針的穿刺和旋轉等運動，將放射性粒子植入到目標靶點位置。操縱器的運動機構基于兩層設計，通常稱為宏-微系統(tǒng)，如圖1-4所示。宏平臺負責大體運動，并用于將針尖定位在皮膚入口點，微平臺執(zhí)行更精細的運動并執(zhí)行針的定向和插入。該方法在解耦運動方面具有益處，因此增加了系統(tǒng)安全性，通過實驗表明該系統(tǒng)的平均定向誤差為1.45mm。圖1-45自由度新型皮下介入機器人Fig.1-45degreeoffreedomnewsubcutaneousinterventionrobot2007年，美國ThomasJeffersonUniversity的YanYu[13,14]等人設計了一個16自由度前列腺近距離治療機器人系統(tǒng),包含9自由度的移動平臺（其中包括3自由手推車和6自由度定位機構），實現(xiàn)手術機器人的定位，和7自由度的手術模塊（其中包括3自由度定位機構，2自由度超聲探頭驅動器，2自由度針驅動器），如圖1-5所示。其中移動平臺模塊采用笛卡爾坐標系，操作系統(tǒng)可以在半自動和全自動模式下進行操作。為達到病人的安全，各種硬件和軟件檢查納入系統(tǒng)設計和開發(fā)。實驗測試針的放置精度和重復性，滿足臨床需要。2010年，該團隊的Podder[15]等人設計了一種可以實現(xiàn)多針同時植入的前列腺粒子植入機器人系統(tǒng)，如圖1-6所示，該系統(tǒng)由5部分組成分別包括了旋轉針適配器、xy移動手術托架、驅動機構、粒子植入器和經直腸超聲驅動器。該機器人具有6個自由度，可以同時插入和旋轉16根針，根據(jù)劑量規(guī)劃自動植入粒子，與單針植入相比，該系統(tǒng)能夠減少目標靶點的移動和植入操作時間。2009年，NikolaiHungr[16]等人研發(fā)出一種新的3D超聲引導的機器人前列腺近距離放射系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有在手術中跟蹤前列腺運動的能力，以允許劑量規(guī)劃和針軌跡適應這些運動。如圖1-7所示，機器人由兩部分組成

哈爾濱理工大學工學碩士學位論文-6-圖1-5前列腺粒子植入機器人系統(tǒng)圖1-6Podder等研發(fā)的多通道機器人系統(tǒng)Fig.1-5ProstateseedimplantationrobotsystemFig.1-6MultichannelrobotsystemdevelopedbyPodderetal圖1-77自由度超聲引導的機器人圖1-8MRI兼容的機器人操縱器Fig.1-77degreeoffreedomultrasoundguidedrobotFig.1-8MRI-compatiblerobotmanipulator2015年，Ki-YoungKim[17]等人提出一種MRI兼容的機器人操縱器，能夠在MRI掃描儀中執(zhí)行前列腺活檢和近距離放射治療。所提出的機器人操作器主要由4自由度的定位機器人和3自由度的針驅動器組成，定位機器人包括兩個梯形連桿機構，將針定向送到患者的前列腺出，針驅動器可以操作常規(guī)活檢槍并向活檢槍提供所需的自由度，針驅動器可以從定位機器人上拆卸，如圖1-8所示。（2）國內研究現(xiàn)狀2008年，哈爾濱理工大學張永德等人研究了一種前列腺活檢機器人系統(tǒng)[18]，該系統(tǒng)是將穿刺活檢機構安裝在Motoman機器人末端，進行穿刺活檢實驗。2012

【參考文獻】：
期刊論文
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博士論文
[1]前列腺放射性粒子植入機器人關鍵技術研究[D]. 梁藝.哈爾濱理工大學 2017

碩士論文
[1]面向腹腔微創(chuàng)手術的增強現(xiàn)實技術研究[D]. 王學占.哈爾濱工業(yè)大學 2015
[2]1P2R前列腺活檢機器人結構設計及仿真[D]. 王曉飛.哈爾濱理工大學 2014
[3]前列腺癌微創(chuàng)手術機器人結構設計與控制系統(tǒng)研究[D]. 張震.天津大學 2014
[4]五自由度前列腺穿刺活檢機器人的控制系統(tǒng)設計[D]. 李佳鈺.哈爾濱理工大學 2013
[5]虛擬手術系統(tǒng)中縫合等關鍵模塊的實現(xiàn)[D]. 夏福清.上海交通大學 2010



本文編號：3548314