本文選題：手術(shù)機(jī)器人　切入點(diǎn)：導(dǎo)航　出處：《中國人民解放軍醫(yī)學(xué)院》2016年博士論文

【摘要】：近年來,CT引導(dǎo)下微創(chuàng)治療技術(shù)迅速發(fā)展,在腫瘤治療、脊柱及骨關(guān)節(jié)疾病治療等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用,其療效好、創(chuàng)傷小、恢復(fù)快、費(fèi)用低,顯示出巨大的優(yōu)勢。在該技術(shù)應(yīng)用過程中,最為關(guān)鍵步驟就是各種治療器械的精準(zhǔn)穿刺和適形布針。目前醫(yī)生操作多為盲穿,高度依賴術(shù)者自身的經(jīng)驗(yàn)和技巧,并且三維適形布針更是需要術(shù)者具有較高的空間想象能力,因此微創(chuàng)手術(shù)的精準(zhǔn)性和有效性受到一定影響,易出現(xiàn)腫瘤消融不完全、并發(fā)癥發(fā)生率增高等情況。目前臨床上出現(xiàn)多種CT導(dǎo)航定位系統(tǒng),旨在協(xié)助醫(yī)生進(jìn)行穿刺,具有一定的精準(zhǔn)性,但也存在一定不足。因此本研究以臨床需求為基礎(chǔ),結(jié)合CT引導(dǎo)微創(chuàng)治療技術(shù)特點(diǎn),將導(dǎo)航技術(shù)、機(jī)器人技術(shù)與臨床治療相結(jié)合,擬設(shè)計(jì)并研發(fā)一套CT微創(chuàng)介入實(shí)時(shí)機(jī)器人導(dǎo)航系統(tǒng)。CT微創(chuàng)介入實(shí)時(shí)機(jī)器人導(dǎo)航系統(tǒng)涉及定位技術(shù)、機(jī)器人技術(shù)、影像成像及重建技術(shù)及臨床治療技術(shù)等醫(yī)工領(lǐng)域,必須根據(jù)臨床需求做到引導(dǎo)精準(zhǔn)、操作方便、使用安全等基本要求,其關(guān)鍵技術(shù)主要包括以下四個(gè)方面：(1)如何進(jìn)行CT導(dǎo)航機(jī)器人系統(tǒng)平臺(tái)構(gòu)架設(shè)計(jì)。該系統(tǒng)平臺(tái)涉及多種技術(shù)的選擇、融合、優(yōu)化,針對(duì)臨床操作需求進(jìn)行最佳的技術(shù)選擇至關(guān)重要,通過優(yōu)化集成能夠提高導(dǎo)航機(jī)器人系統(tǒng)的效率；(2)導(dǎo)航機(jī)器人硬件系統(tǒng)的研發(fā)。硬件系統(tǒng)主要包括導(dǎo)航定位平臺(tái)及穿刺機(jī)械臂系統(tǒng)兩大部分,導(dǎo)航平臺(tái)需具備較高精準(zhǔn)度,穿刺機(jī)械臂系統(tǒng)需具備較高的靈活性及穩(wěn)定性,此外兩者合理的手術(shù)室布局結(jié)構(gòu)搭配也非常關(guān)鍵；(3)導(dǎo)航操作軟件及界面的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn).主要分為導(dǎo)航子系統(tǒng)和控制子系統(tǒng),導(dǎo)航子系統(tǒng)能夠提供任意層面圖像顯示以供醫(yī)生觀察并實(shí)施引導(dǎo)穿刺,控制子系統(tǒng)能夠精確控制機(jī)械臂位移和姿態(tài),并具有較高的安全性；(4)生理運(yùn)動(dòng)的監(jiān)測和補(bǔ)償。主要針對(duì)人體呼吸運(yùn)動(dòng)及其他身體位移進(jìn)行精準(zhǔn)監(jiān)測并補(bǔ)償。本研究按照計(jì)劃完成了以下工作：(1)首先針對(duì)磁定位、光學(xué)定位及機(jī)械臂定位三種系統(tǒng)進(jìn)行臨床應(yīng)用對(duì)照實(shí)驗(yàn),探討各定位系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn),在此基礎(chǔ)上根據(jù)臨床需求進(jìn)行CT導(dǎo)航機(jī)器人系統(tǒng)大體框架設(shè)計(jì),確定了基于磁定位導(dǎo)航下機(jī)械臂穿刺系統(tǒng)的技術(shù)路線。(2)實(shí)現(xiàn)基于磁定位技術(shù)的穿刺手術(shù)機(jī)械臂及其控制系統(tǒng)主要模塊的研發(fā),包括電極控制模塊、通訊模塊、信號(hào)處理模塊等。根據(jù)臨床手術(shù)實(shí)際操作情況分析操作臂研發(fā)需求,設(shè)計(jì)并制作一個(gè)具有5自由度穿刺手術(shù)機(jī)械臂,經(jīng)過局部驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)、體模實(shí)驗(yàn)及動(dòng)物實(shí)驗(yàn),證明該系統(tǒng)具有較高的易用性和精準(zhǔn)度。(3)實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航機(jī)器人系統(tǒng)操作軟件的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。經(jīng)過體模及動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究,操作界面友好便于醫(yī)生掌握,能夠?qū)崟r(shí)提供任意層面成像,顯示機(jī)械臂末端的位置,并且針對(duì)入針點(diǎn)、靶點(diǎn)的顯示精確,并且能夠針對(duì)治療區(qū)域進(jìn)行標(biāo)識(shí)。(4)針對(duì)呼吸與人體運(yùn)動(dòng)檢測和圖像補(bǔ)償應(yīng)用進(jìn)行研究。本研究導(dǎo)航系統(tǒng)通過檢測體表基準(zhǔn)點(diǎn)和穿刺器械位置提供實(shí)時(shí)導(dǎo)航系統(tǒng),通過呼吸體模運(yùn)動(dòng)試驗(yàn)及人體呼吸測試記錄研究找到運(yùn)動(dòng)規(guī)律周期性,根據(jù)系統(tǒng)呼吸門控模塊及呼吸曲線進(jìn)行呼氣時(shí)相穿刺。本研究根據(jù)臨床應(yīng)用需求研發(fā)了一套基于磁定位技術(shù)的CT微創(chuàng)介入實(shí)時(shí)導(dǎo)航機(jī)器人系統(tǒng),經(jīng)過各項(xiàng)實(shí)驗(yàn)證明導(dǎo)航技術(shù)和機(jī)器人技術(shù)相互融合,能夠提高微創(chuàng)介入手術(shù)的精準(zhǔn)度和安全性,但該系統(tǒng)還需進(jìn)一步優(yōu)化改進(jìn),提升人機(jī)交互能力,使其更好的為臨床服務(wù)。
[Abstract]:CT mini - invasive intervention real - time robot navigation system is based on the clinical need .
( 2 ) The research and development of the navigation robot hardware system . The hardware system mainly includes two parts of the navigation positioning platform and the puncture mechanical arm system , the navigation platform needs high precision , the puncture mechanical arm system needs high flexibility and stability , and the reasonable operation room layout structure collocation is also very key ;
( 3 ) The design and implementation of navigation operating software and interface are mainly divided into the navigation subsystem and control subsystem . The navigation subsystem can provide any level of image display for doctors to observe and guide puncture , and the control subsystem can accurately control the displacement and attitude of the robot arm , and has high safety ;
( 4 ) In order to provide real - time navigation system based on magnetic positioning , optical positioning and mechanical arm positioning , the research and development of mechanical arm puncture system based on magnetic positioning technology is carried out .

【學(xué)位授予單位】：中國人民解放軍醫(yī)學(xué)院
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：R814.42

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3 王Y，

本文編號(hào)：1670115