本文關鍵詞：顱頜面腫瘤穿刺手術機器人進針策略與實驗研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：顱頜面部腫瘤位置深在,涉及重要的神經(jīng)血管組織及解剖結構,手術不易切除且容易復發(fā),對手術操作精度和穩(wěn)定性要求較高;而傳統(tǒng)顱頜面外科手術中治療顱頜面腫瘤的穿刺活檢手術及放射性粒子植入手術操作非常復雜且危險性比較高。因此,把機器人技術引入顱頜面腫瘤穿刺診療手術中,建立集術前手術設計、光學導航、力反饋控制系統(tǒng)、醫(yī)學圖像處理、手術機器人為一體的顱頜面腫瘤穿刺手術機器人系統(tǒng),實現(xiàn)顱頜面腫瘤活檢及放射性粒子植入等臨床手術,減少人為因素,達到減輕醫(yī)生負擔、提高定位精度和手術質量的目的。本文的主要研究內容如下:第一,分析顱頜面腫瘤手術操作方法,根據(jù)手術需求搭建了顱頜面腫瘤穿刺手術機器人系統(tǒng),研制了機器人放射性粒子植入末端機構及通用接口,并提出了顱頜面腫瘤穿刺手術機器人手術操作流程。第二,建立了機器人運動學模型,進行正、逆運動學解算;采用基于外部標記點的空間配準方法建立了機器人系統(tǒng)的四個子坐標系之間轉換關系。第三,對機器人定位精度進行分析,采用修正的D-H模型對機器人運動學參數(shù)進行標定;同時,對影響機器人空間配準精度的因素進行分析,建立了誤差傳遞模型,給出了提高機器人系統(tǒng)穿刺精度的方法。第四,對機器人穿刺過程中穿刺針與軟組織間力的相互作用進行了分析,對不同進針速度下的進針力進行了研究;此外,建立了針體彎曲變形估計方程并通過實驗驗證其正確性。最后,提出了基于進針力及針體彎曲變形的機器人進針策略。最后,搭建了機器人系統(tǒng)實驗平臺,在此基礎上完成了機器人標定實驗、定位精度驗證實驗、空間配準精度實驗及系統(tǒng)穿刺精度實驗,最后完成機器人系統(tǒng)腫瘤穿刺活檢及放射性粒子植入模型實驗,對實驗結果進行分析。
【關鍵詞】：顱頜面腫瘤 手術機器人 參數(shù)標定 進針策略 系統(tǒng)實驗
【學位授予單位】：北京理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TP242
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第一章 緒論11-23
• 1.1 研究背景與意義11-12
• 1.2 醫(yī)療機器人國內外研究現(xiàn)狀12-19
• 1.2.1 微創(chuàng)外科手術機器人研究現(xiàn)狀13-14
• 1.2.2 經(jīng)皮穿刺類手術機器人研究現(xiàn)狀14-16
• 1.2.3 顱頜面外科手術機器人研究現(xiàn)狀16-19
• 1.3 機器人進針策略研究現(xiàn)狀19-21
• 1.4 主要研究內容21-23
• 第二章 顱頜面腫瘤穿刺手術機器人系統(tǒng)23-31
• 2.1 顱頜面腫瘤穿刺手術分析23-24
• 2.1.1 顱頜面腫瘤穿刺活檢手術分析23
• 2.1.2 放射性粒子植入手術分析23-24
• 2.2 機器人系統(tǒng)構成24-29
• 2.2.1 醫(yī)學導航系統(tǒng)24-25
• 2.2.2 機器人本體及末端機構25-28
• 2.2.3 基于力反饋的控制系統(tǒng)28-29
• 2.3 機器人穿刺手術流程29-30
• 本章小結30-31
• 第三章 機器人運動學與系統(tǒng)精度分析31-47
• 3.1 機器人運動學分析31-34
• 3.1.1 機器人運動學坐標系建立31-32
• 3.1.2 運動學正解32
• 3.1.3 運動學逆解32-34
• 3.1.4 運動學驗證34
• 3.2 系統(tǒng)坐標變換34-40
• 3.2.1 空間坐標系的建立34-35
• 3.2.2 空間坐標系的轉換35-36
• 3.2.3 機器人系統(tǒng)坐標系組成36
• 3.2.4 空間定位及配準36-38
• 3.2.5 基于標記點的空間配準實現(xiàn)38-40
• 3.3 機器人系統(tǒng)精度分析40-46
• 3.3.1 機器人定位精度分析41-44
• 3.3.2 空間配準精度分析44-45
• 3.3.3 提高機器人穿刺精度的方法45-46
• 本章小結46-47
• 第四章 穿刺手術機器人進針策略研究47-57
• 4.1 針體受力分析47-48
• 4.2 進針力采集與分析48-52
• 4.2.1 數(shù)據(jù)采集48-49
• 4.2.2 數(shù)據(jù)處理49-52
• 4.3 針體彎曲變形估計52-55
• 4.3.1 彎曲變形估計方程建立52-53
• 4.3.2 參數(shù)計算53-54
• 4.3.3 針體彎曲方程驗證54-55
• 4.4 基于進針力及針體彎曲變形的進針策略研究55-56
• 4.4.1 穿刺針進入頜面皮膚表面瞬間的進針策略55
• 4.4.2 穿刺針進入頜面軟組織內的進針策略55-56
• 本章小結56-57
• 第五章 系統(tǒng)實驗研究57-75
• 5.1 控制系統(tǒng)軟件設計57-59
• 5.2 機器人運動學參數(shù)標定實驗59-61
• 5.2.1 機器人標定方法59-60
• 5.2.2 標定實驗數(shù)據(jù)處理60-61
• 5.3 機器人定位精度實驗61-65
• 5.3.1 機器人絕對定位精度實驗61-63
• 5.3.2 機器人重復定位精度實驗63-65
• 5.4 空間配準精度驗證實驗65-67
• 5.5 模型實驗67-73
• 5.5.1 腫瘤穿刺活檢模型實驗67-71
• 5.5.2 粒子植入模型實驗71-73
• 5.6 尸頭實驗73-74
• 本章小結74-75
• 結論75-77
• 參考文獻77-83
• 攻讀學位期間發(fā)表論文與研究成果清單83-85
• 致謝85

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本文編號：344665