發(fā)布時(shí)間：2018-03-09 04:15

  本文選題：輸尿管軟鏡　切入點(diǎn)：醫(yī)工結(jié)合　出處：《中國人民解放軍醫(yī)學(xué)院》2017年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：研究背景近年來,輸尿管軟鏡技術(shù)的出現(xiàn)與發(fā)展,為泌尿外科上尿路疾病的診治提供一種新的微創(chuàng)診療手段,在臨床上得到了越來越多的開展與應(yīng)用。然而,傳統(tǒng)輸尿管軟鏡尚存在操作難度大、穩(wěn)定性差、學(xué)習(xí)曲線長、鏡體易損壞、手術(shù)姿勢不符合人體工程學(xué)原理等缺點(diǎn),極大地限制了其進(jìn)一步推廣和應(yīng)用。研究目的本課題著眼于“醫(yī)工結(jié)合”研究方向,將機(jī)器人技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、3D打印等工科學(xué)科與醫(yī)學(xué)相結(jié)合,研發(fā)并設(shè)計(jì)輸尿管軟鏡手術(shù)輔助機(jī)器人系統(tǒng),解決目前輸尿管軟鏡手術(shù)過程中存在的操作難度大、穩(wěn)定性差、手術(shù)姿勢不符合人體工程學(xué)原理等問題,以實(shí)現(xiàn)縮短學(xué)習(xí)曲線、提高手術(shù)質(zhì)量的目的。研究方法(1)分析輸尿管軟鏡手術(shù)過程中、輸尿管軟鏡的各種運(yùn)動(dòng)方式,并且測量本研究中模式軟鏡(Storz Flex-X2 )的相關(guān)硬件參數(shù)。(2 )設(shè)計(jì)輸尿管軟鏡手術(shù)輔助機(jī)器人系統(tǒng)、實(shí)現(xiàn)對軟鏡各種維度運(yùn)動(dòng)的控制,設(shè)計(jì)光纖傳送系統(tǒng)輔助激光光纖的遞送和回撤,并最終完成工業(yè)樣機(jī)的制備,對其基本功能進(jìn)行初步測試。(3)收集腎臟結(jié)石患者的CT掃描資料,對患者腎臟集合系統(tǒng)、結(jié)石進(jìn)行三維重建,并利用3D打印技術(shù)制作模擬患者真實(shí)腎臟集合系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的腎臟結(jié)石模型,為下一步機(jī)器人系統(tǒng)的評價(jià)和其他輔助應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。(4)基于3D打印腎臟結(jié)石模型,進(jìn)行輸尿管軟鏡手術(shù)輔助機(jī)器人系統(tǒng)的操控性能及輔助效果的試驗(yàn)評價(jià)。四名有輸尿管軟鏡手術(shù)經(jīng)驗(yàn)的泌尿外科醫(yī)生、以及四名無軟鏡操作經(jīng)驗(yàn)的醫(yī)生各自進(jìn)行4例腎臟的軟鏡檢查,采用機(jī)器人輔助的方式進(jìn)行,記錄每名操作者完成每個(gè)腎臟檢查所用時(shí)間、檢查到的腎盞總數(shù)、并填寫操作舒適度量表;此外,對激光光纖傳送系統(tǒng)功能進(jìn)行驗(yàn)證,觀察操作者能否通過系統(tǒng)傳送光纖至目標(biāo)結(jié)石部位。(5)初步探索3D打印技術(shù)在腎盂腎下盞漏斗角(IPA) 30°的腎臟下盞結(jié)石軟鏡治療過程中的輔助作用;此外,基于磁定位原理,構(gòu)建輸尿管軟鏡手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng),并初步探索該導(dǎo)航系統(tǒng)在輸尿管軟鏡手術(shù)中的輔助作用。結(jié)果(1)輸尿管軟鏡在手術(shù)過程中共存在三種維度的運(yùn)動(dòng),分別為沿鏡體軸線的前后直線運(yùn)動(dòng)、繞鏡體軸線的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)、軟鏡撥片控制的軟鏡末端的彎曲。我們測量并記錄了本研究中模式軟鏡Storz Flex-X2的硬件參數(shù),以此作為之后機(jī)器人系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。(2 )成功設(shè)計(jì)了“主從”操作模式的輸尿管軟鏡手術(shù)輔助機(jī)器人系統(tǒng),并制備了工程樣機(jī)。通過輸尿管軟鏡支架的機(jī)械傳動(dòng)設(shè)計(jì),術(shù)者通過操作桿的控制、遠(yuǎn)程控制完成軟鏡的進(jìn)退、旋轉(zhuǎn)、彎曲三個(gè)維度的運(yùn)動(dòng);集成了激光光纖傳送系統(tǒng),術(shù)者通過控制器獨(dú)自完成光纖的遞送和回撤,避免了配合失誤、節(jié)約人力成本;此外,機(jī)器人系統(tǒng)還兼具撥片限位保護(hù)、術(shù)中快速撤離、無菌套隔離等功能,保證了手術(shù)的順利開展。(3 )通過Mimics軟件,利用腎臟結(jié)石患者CT平掃序列和分泌期序列分別完成對結(jié)石、集合系統(tǒng)的三維重建,并轉(zhuǎn)換為STL格式文件;再利用光固化技術(shù)成功打印出腎臟結(jié)石模型,經(jīng)過輸尿管軟鏡的檢查與驗(yàn)證,內(nèi)部的腎盂、腎盞結(jié)構(gòu)、結(jié)石位置等信息與患者真實(shí)情況相符,并且整個(gè)模型制作過程耗時(shí)短、成本低,具有很好的應(yīng)用前景。(4)腎臟結(jié)石模型試驗(yàn)結(jié)果顯示,對于有軟鏡經(jīng)驗(yàn)的醫(yī)生,在經(jīng)過1個(gè)小時(shí)的機(jī)器人操作培訓(xùn)后,操控機(jī)器人系統(tǒng)能夠完成對所有腎小盞的檢查(34/34 ),且檢查時(shí)間與既往傳統(tǒng)軟鏡操作無明顯差距,表明本機(jī)器人系統(tǒng)具有良好的操控性能;而對于無軟鏡操作經(jīng)驗(yàn)的醫(yī)生,使用機(jī)器人系統(tǒng)能夠檢查到絕大部分的腎小盞(32/34 ),且平均檢查時(shí)間與有軟鏡經(jīng)驗(yàn)醫(yī)生無明顯差距(3.05 min vs 3.37 min, P 0.05),這也從另一方面表明本機(jī)器人輔助系統(tǒng)能夠降低傳統(tǒng)軟鏡手術(shù)的操作難度、有效縮短軟鏡手術(shù)的學(xué)習(xí)曲線。此外,舒適度評價(jià)量表結(jié)果表明本機(jī)器人系統(tǒng)可顯著改善手術(shù)過程中的術(shù)者舒適度。最后,光纖傳送系統(tǒng)可成功實(shí)現(xiàn)對光纖遞送與回撤的自動(dòng)控制。(5 )成功制作了 IPA 30°的腎下盞結(jié)石模型,術(shù)前進(jìn)行操作可行性驗(yàn)證顯示可以通過被動(dòng)轉(zhuǎn)向技巧實(shí)現(xiàn)軟鏡順利進(jìn)入腎臟下盞;并且在術(shù)前利用腎臟結(jié)石模型進(jìn)行患者特異性操控技巧的練習(xí),使術(shù)者更加熟悉該患者腎臟集合系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及結(jié)石位置,掌握操作技巧、增強(qiáng)手術(shù)信心。此外,成功建立了輸尿管軟鏡手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng),能夠?qū)崟r(shí)顯示輸尿管軟鏡末端在腎臟集合系統(tǒng)重建圖像內(nèi)的具體位置,從而幫助術(shù)者在術(shù)中更直觀的掌握軟鏡的空間位置信息,縮短輸尿管軟鏡手術(shù)學(xué)習(xí)曲線、提高手術(shù)安全性。結(jié)論本研究設(shè)計(jì)研發(fā)的輸尿管軟鏡手術(shù)機(jī)器人輔助系統(tǒng)成功實(shí)現(xiàn)對軟鏡的靈活操控,能夠降低傳統(tǒng)軟鏡手術(shù)的操作難度、縮短學(xué)習(xí)曲線、增強(qiáng)操作穩(wěn)定性、提高術(shù)者操作舒適度,從而提高輸尿管軟鏡手術(shù)的效率與效果。此外,我們將3D打印技術(shù)和磁導(dǎo)航技術(shù)成功用于輸尿管軟鏡術(shù)前與術(shù)中,分別輔助IPA 30°腎臟下盞的治療以及軟鏡操作的空間定位,以醫(yī)工結(jié)合的手段解決目前輸尿管軟鏡手術(shù)過程中存在的部分困難與挑戰(zhàn)。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：中國人民解放軍醫(yī)學(xué)院
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TP242;R699.4

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：1586943