發(fā)布時(shí)間：2020-06-18 18:26

【摘要】：相比于傳統(tǒng)開(kāi)腹式手術(shù),微創(chuàng)手術(shù)具有切口小、出血少、恢復(fù)快等明顯優(yōu)勢(shì)。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展,機(jī)器人技術(shù)與微創(chuàng)手術(shù)相結(jié)合而發(fā)展起來(lái)的機(jī)器人輔助微創(chuàng)手術(shù),將醫(yī)生從手術(shù)臺(tái)上解放出來(lái),甚至可以實(shí)施遠(yuǎn)程手術(shù)治療。機(jī)器人手術(shù)系統(tǒng)一般包括主-從控制系統(tǒng)、成像系統(tǒng)和機(jī)械臂系統(tǒng)。末端執(zhí)行器械是機(jī)械臂系統(tǒng)中的核心部分之一,通常,醫(yī)生習(xí)慣于把末端執(zhí)行器械簡(jiǎn)稱(chēng)為手術(shù)器械。作為手術(shù)的執(zhí)行機(jī)構(gòu),其用來(lái)完成對(duì)臟器組織的切割、夾持、縫合、提拉和游離等手術(shù)操作,手術(shù)器械的性能直接影響著手術(shù)的質(zhì)量,是機(jī)器人手術(shù)系統(tǒng)中最重要的部分之一。本文根據(jù)機(jī)器人輔助微創(chuàng)手術(shù)的特點(diǎn),開(kāi)發(fā)出了多種手術(shù)器械。首先,針對(duì)已經(jīng)進(jìn)入臨床應(yīng)用的多孔模式下的機(jī)器人輔助微創(chuàng)手術(shù),分析了手術(shù)器械腕關(guān)節(jié)的耦合現(xiàn)象,設(shè)計(jì)了一種新型機(jī)械式解耦機(jī)構(gòu),并將其應(yīng)用于所研制的具有腕關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)的四自由度無(wú)耦合快換式手術(shù)器械中。通過(guò)一系列實(shí)驗(yàn),驗(yàn)證了所設(shè)計(jì)的手術(shù)器械的功能性和優(yōu)良的解耦效果。其次,在剛性手術(shù)器械的基礎(chǔ)上,采用多關(guān)節(jié)串聯(lián)的方法設(shè)計(jì)了一種蛇形手術(shù)器械。該手術(shù)器械具有一段較長(zhǎng)的柔性部分,可依靠自身的彎曲、旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)手術(shù)器械在患者體內(nèi)的位姿調(diào)整,省去了機(jī)械臂上的遠(yuǎn)心機(jī)構(gòu)和若干調(diào)整關(guān)節(jié),大大節(jié)省了手術(shù)臺(tái)的空間,也從根本上避免了多個(gè)機(jī)械臂之間發(fā)生碰撞干涉的安全隱患。利用離散型求解的方法,求取了蛇形手術(shù)器械的正逆運(yùn)動(dòng)學(xué)方程,并驗(yàn)證了該方程的準(zhǔn)確性。通過(guò)一系列實(shí)驗(yàn),驗(yàn)證了所設(shè)計(jì)的手術(shù)器械的各項(xiàng)性能。在剛性手術(shù)器械和蛇形手術(shù)器械的基礎(chǔ)上,創(chuàng)新性的將柔性多關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)與關(guān)節(jié)展開(kāi)式結(jié)構(gòu)相結(jié)合,設(shè)計(jì)出應(yīng)用于單孔微創(chuàng)手術(shù)的手術(shù)器械。手術(shù)器械管的直徑只有28mm,可在患者體內(nèi)展開(kāi)變形出兩個(gè)柔性手術(shù)器械和一個(gè)內(nèi)窺鏡,并借助手術(shù)器械展開(kāi)關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)和直線運(yùn)動(dòng),以及手術(shù)器械靈活的柔性關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng),實(shí)現(xiàn)較大工作空間的手術(shù)操作。此外,所設(shè)計(jì)的單孔微創(chuàng)手術(shù)器械可以應(yīng)用于部分NOTES手術(shù)。最后,針對(duì)多孔模式下機(jī)器人術(shù)前設(shè)置所需時(shí)間較長(zhǎng)的問(wèn)題,提出了一種術(shù)前機(jī)器人臂形設(shè)置及切口選取的優(yōu)化算法,并以膽囊切除術(shù)為例進(jìn)行了最優(yōu)手術(shù)切口設(shè)置分析。使用項(xiàng)目組自主研發(fā)的機(jī)器人作為手術(shù)器械的搭載平臺(tái),將本文設(shè)計(jì)的剛性手術(shù)剪和柔性手術(shù)鉗安裝在手術(shù)車(chē)上,進(jìn)行了手術(shù)器械功能驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)。選擇雞心臟和豬肝臟進(jìn)行離體動(dòng)物器官的手術(shù)實(shí)驗(yàn),使用機(jī)械臂系統(tǒng)順利完成了手術(shù)實(shí)驗(yàn),驗(yàn)證了手術(shù)器械的有效性和可靠性。通過(guò)醫(yī)用手術(shù)器械仿真練習(xí)工具,對(duì)所開(kāi)發(fā)的單孔微創(chuàng)手術(shù)器械進(jìn)行了小球套取、蛇形穿孔和縫合操作的實(shí)驗(yàn),證明了該單孔微創(chuàng)手術(shù)器械的可行性。
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：TP242
【圖文】：

美國(guó) ISS 公司推出了 NeuroMate 機(jī)器人系統(tǒng)[5]，應(yīng)用于神經(jīng)外。1991 年，美國(guó) ISS 公司推出了 RoboDoc 手術(shù)機(jī)器人[6]，這是世界上第科手術(shù)機(jī)器人。同年，醫(yī)生使用 RoboDoc 機(jī)器人完成了第一例全髖關(guān)節(jié)術(shù)試驗(yàn)。醫(yī)療機(jī)器人作為一個(gè)熱門(mén)研究領(lǐng)域，吸引了全世界眾多的研究者術(shù)的更新?lián)Q代也越來(lái)越快。經(jīng)過(guò)上世紀(jì) 80 年代到 90 年代初期的嘗試和創(chuàng) 90 年代中期開(kāi)始，陸續(xù)出現(xiàn)了一些商業(yè)化的手術(shù)機(jī)器人產(chǎn)品，這些先進(jìn)機(jī)器人也從實(shí)驗(yàn)室走進(jìn)了手術(shù)室。 1994 年，美國(guó) Computer Motion 公司推出了 Aesop 機(jī)器人手術(shù)系統(tǒng)[7]， 所示。Aesop 手術(shù)系統(tǒng)仿照人類(lèi)手臂的結(jié)構(gòu)，配有 7 自由度的機(jī)械臂，術(shù)中輔助醫(yī)生完成夾持、提拉或者握持內(nèi)窺鏡等操作，并加入了語(yǔ)音識(shí)別模用聲音控制機(jī)械臂。Aesop 機(jī)器人獲得了美國(guó)食品藥品監(jiān)督管理局（FDA營(yíng)認(rèn)證，成為第一款可以進(jìn)行臨床推廣的微創(chuàng)手術(shù)機(jī)器人。

吉林大學(xué)博士學(xué)位論文鏡臂和兩個(gè)持械臂，如圖 1.2 所示。系統(tǒng)采用主從式操作方式，并加入了能，可以將醫(yī)生手部微弱的顫動(dòng)過(guò)濾掉。2001 年 9 月 7 日，一位女性患法國(guó)斯特拉斯堡的一家醫(yī)院里，醫(yī)療小組則在美國(guó)紐約，醫(yī)生通過(guò) Zeus 成了膽囊切除術(shù)，實(shí)現(xiàn)了世界首例遠(yuǎn)程手術(shù)操作[10]。

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 李?lèi)?ài)民;李進(jìn)華;李建民;張濤;楊瑞林;邢元;劉全達(dá);王樹(shù)新;;國(guó)產(chǎn)機(jī)器人妙手S系統(tǒng)遠(yuǎn)程手術(shù)實(shí)驗(yàn)研究[J];腹部外科;2016年06期

2 宋國(guó)立;韓建達(dá);趙憶文;;骨科手術(shù)機(jī)器人及其導(dǎo)航技術(shù)[J];科學(xué)通報(bào);2013年S2期

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4 王樹(shù)新;王曉菲;張建勛;姜雪明;李建民;;輔助腹腔微創(chuàng)手術(shù)的新型機(jī)器人“妙手A”[J];機(jī)器人技術(shù)與應(yīng)用;2011年04期

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8 岳龍旺;許天春;

本文編號(hào)：2719657