【摘要】：經(jīng)皮穿刺介入手術(shù)是傳統(tǒng)開放性手術(shù)的重大變革,具有創(chuàng)傷小、手術(shù)并發(fā)癥少和術(shù)后恢復(fù)快的特點(diǎn)。目前,經(jīng)皮穿刺介入手術(shù)是在醫(yī)學(xué)影像引導(dǎo)下進(jìn)行的盲穿操作,手術(shù)效果過多的依賴醫(yī)生的經(jīng)驗(yàn)和技能,同時(shí)存在著穿刺病灶靶點(diǎn)和入針點(diǎn)定位不準(zhǔn)、穿刺路徑規(guī)劃困難的問題,手術(shù)過程中需要對患者做多次醫(yī)學(xué)圖像掃描和調(diào)整穿刺的角度,存在醫(yī)生勞動(dòng)強(qiáng)度大、患者痛苦、輻照過多等問題。本文依托于江蘇省科技廳重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目“基于CT/MRI融合影像的穿刺機(jī)器人輔助骨轉(zhuǎn)移癌痛微創(chuàng)治療研究”,針對目前穿刺手術(shù)存在的問題,圍繞基于醫(yī)學(xué)圖像的輔助精準(zhǔn)穿刺機(jī)器人的關(guān)鍵技術(shù)展開,包括輔助穿刺機(jī)器人系統(tǒng)的構(gòu)建、CT醫(yī)學(xué)圖像的處理、導(dǎo)航定位系統(tǒng)、穿刺路徑規(guī)劃、機(jī)器人智能控制算法及實(shí)驗(yàn)研究等內(nèi)容。本文的研究工作主要集中在以下幾個(gè)方面:第一,針對經(jīng)皮穿刺介入手術(shù)的臨床需求,研制了一套輔助精準(zhǔn)穿刺機(jī)器人系統(tǒng)樣機(jī),并制定了基于醫(yī)學(xué)圖像的輔助精刺機(jī)器人系統(tǒng)的工作流程。經(jīng)過一系列實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,樣機(jī)平臺能夠滿足穿刺中精準(zhǔn)定位、穩(wěn)定可靠、操作簡單、節(jié)約時(shí)間的要求。第二,研究了醫(yī)學(xué)圖像的處理和可視化,設(shè)計(jì)完成了輔助精準(zhǔn)穿刺機(jī)器人系統(tǒng)的操作軟件,該軟件界面友好、操作簡便,且能夠?qū)崟r(shí)顯示醫(yī)學(xué)圖像的任意層面成像和三維成像,便于醫(yī)生觀察分析醫(yī)學(xué)圖像和對穿刺機(jī)器人的控制。第三,研究了基于雙目視覺的三維空間定位及配準(zhǔn)方案,提出了醫(yī)學(xué)圖像坐標(biāo)系到機(jī)器人工作空間坐標(biāo)系的映射標(biāo)定算法,解決了 CT圖像到穿刺機(jī)器人手術(shù)空間配準(zhǔn)的關(guān)鍵問題,精準(zhǔn)識別患者皮膚標(biāo)記點(diǎn)的空間坐標(biāo),將患者CT圖像空間中的穿刺路徑信息映射到輔助穿刺機(jī)器人手術(shù)空間中,從而實(shí)現(xiàn)了輔助精準(zhǔn)定位的功能。第四,分析了六自由度串聯(lián)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)和工作空間的特性,驗(yàn)證其構(gòu)建輔助穿刺機(jī)器人引導(dǎo)精準(zhǔn)穿刺操作的合理性。結(jié)合醫(yī)學(xué)穿刺手術(shù)路徑規(guī)劃方案,改進(jìn)粒子群優(yōu)化BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的機(jī)器人智能控制算法,研究輔助精準(zhǔn)穿刺機(jī)器人系統(tǒng)的空間軌跡規(guī)劃,確保輔助穿刺機(jī)器人能以最佳姿態(tài)將末端引導(dǎo)器放置到皮膚入針點(diǎn),輔助醫(yī)生經(jīng)設(shè)定的入針點(diǎn)和穿刺路徑精準(zhǔn)穿刺到手術(shù)靶點(diǎn)。最后,通過3D打印骨骼模型實(shí)驗(yàn)、活體動(dòng)物實(shí)驗(yàn)和牛脊柱實(shí)驗(yàn),驗(yàn)證輔助精準(zhǔn)穿刺機(jī)器人精準(zhǔn)定位方案的可行性。通過大量的實(shí)驗(yàn)研究,模擬臨床穿刺手術(shù)實(shí)際操作過程,進(jìn)一步驗(yàn)證輔助精準(zhǔn)穿刺機(jī)器人的定位精度、安全性和穩(wěn)定性;牛脊柱的穿刺實(shí)驗(yàn),為將來人體脊柱穿刺手術(shù)積累了數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn)。通過大量的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證和數(shù)據(jù)總結(jié),為將來該輔助精準(zhǔn)穿刺機(jī)器人系統(tǒng)的臨床應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TP391.41;TP242
【圖文】：

國內(nèi)對微創(chuàng)手術(shù)機(jī)器人的研宄起步較晚，但是經(jīng)過多年的發(fā)展，也取得了較逡逑好的成績。國內(nèi)，由北京天智航醫(yī)療科技股份有限公司等單位聯(lián)合推出了計(jì)算機(jī)逡逑輔助脊柱外科微創(chuàng)手術(shù)機(jī)器人——“天璣”骨科手術(shù)機(jī)器人（如圖１．３所示），該逡逑機(jī)器人可用于股骨空心釘內(nèi)固定、盆骨骶髂骨關(guān)節(jié)螺釘內(nèi)固定等手術(shù)，該手術(shù)機(jī)逡逑器人系統(tǒng)己獲得中國藥監(jiān)局批準(zhǔn)臨床使用。逡逑廣■逡逑ａ幕逡逑圖１．３邋“天璣”骨科手術(shù)機(jī)器人逡逑

國內(nèi)對微創(chuàng)手術(shù)機(jī)器人的研宄起步較晚，但是經(jīng)過多年的發(fā)展，也取得了較逡逑好的成績。國內(nèi)，由北京天智航醫(yī)療科技股份有限公司等單位聯(lián)合推出了計(jì)算機(jī)逡逑輔助脊柱外科微創(chuàng)手術(shù)機(jī)器人——“天璣”骨科手術(shù)機(jī)器人（如圖１．３所示），該逡逑機(jī)器人可用于股骨空心釘內(nèi)固定、盆骨骶髂骨關(guān)節(jié)螺釘內(nèi)固定等手術(shù)，該手術(shù)機(jī)逡逑器人系統(tǒng)己獲得中國藥監(jiān)局批準(zhǔn)臨床使用。逡逑廣■逡逑ａ幕逡逑圖１．３邋“天璣”骨科手術(shù)機(jī)器人逡逑

邐第１章緒論邐逡逑（２）腔鏡類手術(shù)機(jī)器人逡逑腹腔鏡類手術(shù)是與傳統(tǒng)開放式手術(shù)截然不同的新型臨床手術(shù)，通過在人體切逡逑開幾個(gè)大于１厘米左右的切口，通過這些切口經(jīng)過套管將外科手術(shù)工具和攝像頭逡逑插入人體內(nèi)部，通過觀察攝像頭成像，執(zhí)行手術(shù)操作（如圖１．４所示）。腹腔鏡手逡逑術(shù)給臨床手術(shù)治療中顯示出很強(qiáng)的優(yōu)勢。逡逑

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本文編號：2779188