【摘要】：近年來(lái),甲狀腺、乳腺等淺表器官癌癥發(fā)生率越來(lái)越高,癌癥的準(zhǔn)確診斷是研究者關(guān)注的熱點(diǎn)。在當(dāng)前甲狀腺、乳腺等淺表器官的穿刺活檢手術(shù)中,大多憑借醫(yī)生的經(jīng)驗(yàn)在體外圖像引導(dǎo)下手動(dòng)穿刺取細(xì)胞活檢,穿刺精度不高,容易出現(xiàn)穿刺手術(shù)失敗的情況。本文針對(duì)當(dāng)前甲狀腺、乳腺等淺表器官的穿刺活檢系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn),采用自動(dòng)穿刺活檢系統(tǒng)代替手動(dòng)穿刺活檢,即機(jī)器人輔助經(jīng)皮穿刺取細(xì)胞進(jìn)行活檢。相比手動(dòng)穿刺,自動(dòng)穿刺活檢系統(tǒng)具有穿刺路徑規(guī)劃準(zhǔn)確、自動(dòng)進(jìn)針和穿刺精度更高等優(yōu)點(diǎn),同時(shí)降低人為因素的影響。在未來(lái)穿刺手術(shù)中,自動(dòng)穿刺活檢系統(tǒng)將越來(lái)越有價(jià)值。該自動(dòng)穿刺活檢系統(tǒng)分為多普勒超聲成像、穿刺針偏轉(zhuǎn)和穿刺針進(jìn)針三個(gè)主要部分,論文研究的主要內(nèi)容是對(duì)自動(dòng)穿刺活檢系統(tǒng)中穿刺針偏轉(zhuǎn)部分的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。首先介紹了甲狀腺、乳腺等淺表器官的自動(dòng)穿刺活檢系統(tǒng)研究背景以及在國(guó)內(nèi)外的發(fā)展?fàn)顩r,接著闡述了自動(dòng)穿刺活檢系統(tǒng)的相關(guān)原理,給出了穿刺針偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu),然后對(duì)穿刺針偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)軟硬件平臺(tái)進(jìn)行分析和設(shè)計(jì),首先實(shí)現(xiàn)硬件電路中FPGA最小系統(tǒng)的設(shè)計(jì)(包含時(shí)鐘模塊、復(fù)位模塊、電源模塊和下載電路等模塊的設(shè)計(jì)),接著對(duì)FPGA外圍功能電路進(jìn)行設(shè)計(jì)(包括與上位機(jī)進(jìn)行通信的串口電路、電平轉(zhuǎn)換電路和AD采集電路等),同時(shí)采用增量式PID控制算法設(shè)計(jì)PID控制器,將FPGA外圍器件連成整體,對(duì)穿刺針的偏轉(zhuǎn)進(jìn)行閉環(huán)控制。在上位機(jī)平臺(tái)和下位機(jī)平臺(tái)搭建的軟件平臺(tái)中,下位機(jī)設(shè)計(jì)利用Quartus II 15.0軟件進(jìn)行開(kāi)發(fā),采用Verilog HDL語(yǔ)言硬件實(shí)現(xiàn)串口接收發(fā)送模塊、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊和采樣時(shí)鐘模塊;上位機(jī)設(shè)計(jì)利用LabVIEW虛擬儀器平臺(tái)進(jìn)行開(kāi)發(fā),實(shí)現(xiàn)向下位機(jī)傳送角度控制參數(shù)和接收下位機(jī)傳送的角度數(shù)據(jù),將角度數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示、監(jiān)測(cè)。最后對(duì)穿刺針偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)中PID控制器和步進(jìn)電機(jī)模塊進(jìn)行Modelsim仿真驗(yàn)證,以及對(duì)穿刺針角度偏轉(zhuǎn)的準(zhǔn)確性進(jìn)行測(cè)試,測(cè)試結(jié)果表明角度偏轉(zhuǎn)誤差均在1°的要求以?xún)?nèi)。設(shè)計(jì)該自動(dòng)穿刺活檢系統(tǒng)對(duì)推動(dòng)淺表器官穿刺活檢技術(shù)的發(fā)展具有重要的理論意義和臨床應(yīng)用價(jià)值。
【圖文】：

對(duì)國(guó)內(nèi)外自動(dòng)穿刺活檢技術(shù)的研宄成果進(jìn)行介紹和分析。逡逑１９９４年，美國(guó)Ｊｏｈｎｓｏｎ邋＆邋Ｊｏｈｎｓｏｎ研宄者推出一款麥默通微創(chuàng)系統(tǒng)（Ｔｈｅ逡逑Ｍａｍｍｏｔｏｍｅ邋Ｓｙｓｔｅｍ），用于對(duì)乳腺腫物的穿刺活檢［１Ｇ］，如圖１．１所示。２００４年，逡逑美國(guó)ＦＤＡ認(rèn)證新一代的麥默通旋切技術(shù)可用于乳腺病灶的切除，該乳腺穿刺活檢逡逑系統(tǒng)技術(shù)成熟，包含旋切刀與真空抽吸泵這兩個(gè)主要部分，將傳統(tǒng)的乳房包塊開(kāi)逡逑放手術(shù)推向微創(chuàng)化。采用三維立體定位進(jìn)行穿刺活檢，在超聲引導(dǎo)下將麥默通旋逡逑切刀沿腺體后方進(jìn)入病變部位，，到達(dá)病變部位后對(duì)病變部位旋切取細(xì)胞進(jìn)行活檢，逡逑或?qū)⒃\斷為良性的乳腺腫瘤進(jìn)行旋切切除，該系統(tǒng)為乳腺病灶的診斷帶來(lái)新的方逡逑法和技術(shù)。麥默通微創(chuàng)系統(tǒng)因精準(zhǔn)定位、一次切取標(biāo)本量大、病理診斷準(zhǔn)確和皮逡逑膚切口小等優(yōu)點(diǎn)而獲得廣泛應(yīng)用。逡逑媭逡逑圖１．１邋Ｍａｍｍｏｔｏｍｅ微創(chuàng)系統(tǒng)逡逑２０１４年，美國(guó)斯坦福大學(xué)研究人員Ｔ．Ｋ．Ａｄｅｂａｒ和Ａ．Ｍ．Ｏｋａｍｕｒａ研發(fā)出了一逡逑款三維超聲引導(dǎo)穿刺針轉(zhuǎn)向機(jī)器人［１１１，如圖１．２所示。利用卡爾曼濾波器對(duì)三維逡逑超聲圖像進(jìn)行分割

逑４！邋Ｉ邐＿＿逡逑圖１．２三維超聲引導(dǎo)穿刺針轉(zhuǎn)向機(jī)器人逡逑國(guó)內(nèi)對(duì)甲狀腺、乳腺等淺表器官的自動(dòng)穿刺活檢技術(shù)研宄報(bào)道較少，國(guó)內(nèi)研逡逑宄者大多關(guān)注于淺表器官不同穿刺活檢方法對(duì)腫瘤細(xì)胞陽(yáng)性檢出率的影響程度，逡逑以及穿刺手術(shù)后并發(fā)癥等相關(guān)方面的研宄。除此之外，隨著機(jī)器人智能化以及ＡＩ逡逑技術(shù)的不斷發(fā)展，國(guó)內(nèi)研宄者取得了不少成果。逡逑２０１７年，浙江大學(xué)孔德興團(tuán)隊(duì)研發(fā)出了一套甲狀腺腫瘤超聲輔助偵測(cè)系統(tǒng)：逡逑安克偵（ＡｍＣＡＤ－ＵＴ邋Ｄｅｃｔｉｏｎ）邋１｜３１，也是世界首個(gè)計(jì)算機(jī)輔助偵測(cè)系統(tǒng)，它能從逡逑超聲圖像中勾畫(huà)出甲狀腺結(jié)節(jié)邊界，并根據(jù)甲狀腺疾病的臨床指標(biāo)診斷甲狀腺腫逡逑瘤的良惡性
【學(xué)位授予單位】：湖南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：TH77

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2602401