基于混合现实的前列腺粒子植入机器人人机交互控制

发布时间：2021-12-23 10:31

　　放射性粒子植入治疗具有创伤小,放射剂量定量、定向可控,对周围组织器官损伤小,术后并发症发生率低,具有更低的副作用风险等特点,已经成为临床肿瘤放疗的发展方向。目前临床上前列腺粒子植入治疗是医生通过手动粒子植入装置将放射性粒子植入到病灶区域,达到定点放疗的效果,但同时存在劳动强度高,粒子植入精度低,效率低等问题。采用粒子植入机器人辅助医生完成粒子植入手术可以有效的解决这些问题,但依然存在图像导航信息单一、不直观,人机交互过程不自然,操作复杂,这些问题制约了粒子植入机器人手术治疗效果,本文将研究前列腺粒子植入机器人人机交互控制,从而实现良好的人机交互操作下精准、高效地完成粒子植入手术。临床上粒子植入手术采用术中超声图像引导,超声图像具实时性,但是对软组织分辨率低,只有二维图像信息,因此对术前MRI序列图像进行三维重建,首先对MRI序列图像进行预处理,减少噪声对图像成像质量的影响,增强图像特征。分别采用阈值分割、区域生长以及边缘分割进行图像分割及实现,分割出前列腺及周围组织器官,根据图像分割结果进行面绘制得到重建的前列腺以及周围的组织器官三维可视化模型,为粒子植入规划和混合现实的实现提供基础。... 

【文章来源】：哈尔滨理工大学黑龙江省

【文章页数】：116 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

机器人辅助前Fig.1-3Robot-assistedbrach

哈尔滨理工大学工学硕士学位论文-5-器人能够执行定位、针的穿刺和旋转等运动，将放射性粒子植入到目标靶点位置。操纵器的运动机构基于两层设计，通常称为宏-微系统，如图1-4所示。宏平台负责大体运动，并用于将针尖定位在皮肤入口点，微平台执行更精细的运动并执行针的定向和插入。该方法在解耦运动方面具有益处，因此增加了系统安全性，通过实验表明该系统的平均定向误差为1.45mm。图1-45自由度新型皮下介入机器人Fig.1-45degreeoffreedomnewsubcutaneousinterventionrobot2007年，美国ThomasJeffersonUniversity的YanYu[13,14]等人设计了一个16自由度前列腺近距离治疗机器人系统,包含9自由度的移动平台（其中包括3自由手推车和6自由度定位机构），实现手术机器人的定位，和7自由度的手术模块（其中包括3自由度定位机构，2自由度超声探头驱动器，2自由度针驱动器），如图1-5所示。其中移动平台模块采用笛卡尔坐标系，操作系统可以在半自动和全自动模式下进行操作。为达到病人的安全，各种硬件和软件检查纳入系统设计和开发。实验测试针的放置精度和重复性，满足临床需要。2010年，该团队的Podder[15]等人设计了一种可以实现多针同时植入的前列腺粒子植入机器人系统，如图1-6所示，该系统由5部分组成分别包括了旋转针适配器、xy移动手术托架、驱动机构、粒子植入器和经直肠超声驱动器。该机器人具有6个自由度，可以同时插入和旋转16根针，根据剂量规划自动植入粒子，与单针植入相比，该系统能够减少目标靶点的移动和植入操作时间。2009年，NikolaiHungr[16]等人研发出一种新的3D超声引导的机器人前列腺近距离放射系统。该系统具有在手术中跟踪前列腺运动的能力，以允许剂量规划和针轨迹适应这些运动。如图1-7所示，机器人由两部分组成

哈尔滨理工大学工学硕士学位论文-6-图1-5前列腺粒子植入机器人系统图1-6Podder等研发的多通道机器人系统Fig.1-5ProstateseedimplantationrobotsystemFig.1-6MultichannelrobotsystemdevelopedbyPodderetal图1-77自由度超声引导的机器人图1-8MRI兼容的机器人操纵器Fig.1-77degreeoffreedomultrasoundguidedrobotFig.1-8MRI-compatiblerobotmanipulator2015年，Ki-YoungKim[17]等人提出一种MRI兼容的机器人操纵器，能够在MRI扫描仪中执行前列腺活检和近距离放射治疗。所提出的机器人操作器主要由4自由度的定位机器人和3自由度的针驱动器组成，定位机器人包括两个梯形连杆机构，将针定向送到患者的前列腺出，针驱动器可以操作常规活检枪并向活检枪提供所需的自由度，针驱动器可以从定位机器人上拆卸，如图1-8所示。（2）国内研究现状2008年，哈尔滨理工大学张永德等人研究了一种前列腺活检机器人系统[18]，该系统是将穿刺活检机构安装在Motoman机器人末端，进行穿刺活检实验。2012

【参考文献】：
期刊论文
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博士论文
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硕士论文
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本文编号：3548314