单孔手术机器人安全操作导引方法
发布时间：2021-01-10 20:48
单孔腹腔镜手术作为一种新型微创手术形式,有着切口单一微小、出血更少的优势。单孔手术机器人是单孔腹腔镜手术和机器人技术的结合体,它进一步实现了手眼协调、远程操作和图像导航等功能。但相对于传统微创外科手术,外科医生需要通过单孔手术机器人间接完成手术,这对外科医生的安全性操作提出了更高的要求。本文将紧密围绕单孔手术机器人的安全性操作问题,主要从“训练中引导”和“训练后引导”两方面着手,提出了一种术中安全性操作引导方法和一种手术技巧自动评价方法。本文的主要工作内容如下:首先,为了利于数据采集和仿真验证,开发了一个基于单孔手术机器人从手构型的训练模拟器。从手器械和环境物体三维模型由SolidWorks及3DMAX建模。基于C++语言和OpenHaptics库,在Microsoft Visual平台上搭建了该训练模拟器,并开发了数据采集、实时仿真、力反馈及自动评价等功能模块。其中自动评价通过运动学分析完成。基于该单孔手术机器人训练模拟器,开发了一系列训练任务如轨迹跟踪、套环和穿针等。其次,在单孔手术机器人训练任务中加入了虚拟引导,建立了虚拟引导的几何模型和物理模型,能够在执行训练任务中引导外科医生...
【文章来源】：天津大学天津市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：70 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
SPIDER单孔手术机器人系统
第一章绪论2在径向进行延展，从而便于柔性器械的使用。这种设计便于形成一定的操作三角，符合外科医生的操作习惯。第二代系统则在柔性器械传输管上采用了“脊柱”设计。当SPIDER系统介入人体腹腔后，柔性器械传输管将有效地引导柔性工具在腹腔内进行操作[1]。SPIDER系统的缺点是：操作三角空间有限、器械由于采用柔性材料而造成工具末端操作力不足以及消毒杀菌困难。图1-1SPIDER单孔手术机器人系统Figure1-1SPIDERLESSroboticsystem(2)IREP单孔手术机器人系统IREP是由美国哥伦比亚大学Simaan领导的科研团队开发的一种单孔手术机器人系统，如图1-2所示。该系统将三维视觉模块和手术工具折叠到15mm的套筒中，并可通过标准的戳卡孔进入到腹腔内部，在腹腔内部展成工作形态。该系统的机械装置部分共有三个组成模块：2个外径6.4mm及6个自由度的蛇形从手器械，其中连续型蛇形关节具有4个自由度，腕部关节和末端开合钳各具有一个自由度；2个五杆机构，用于控制柔性器械的工作形态和相对位移，各具有2个自由度；一个可控立体视觉模块，用于捕捉术中操作的视觉信息，具有3个自由度[2]。IREP系统的缺点是：有限的工具灵活性、笨重的驱动模块。图1-2IREP单孔手术机器人系统Figure1-2IREPLESSroboticsystem
第一章绪论3(3)SPRINT单孔手术机器人系统SPRINT单孔手术机器人系统由意大利圣安娜高等学校PaoloDario带领的科研团队研发，如图1-3(a)所示。该系统包含两支6自由度的关节型器械。两支器械能够由一个外径30mm的戳卡点送入腹腔中，并在腹腔内部展开成类似于人类手臂的形式。SPRINT2.0则需要从外径34mm的戳卡点进入腹腔，器械的外径为18mm，具有6+1自由度，如图1-3(b)所示。SPRINT系统器械相比于SPIDER系统器械能够提供更大的工具末端最大操作力(5N)，能够满足多数外科手术的需求[3]。SPRINT系统的缺点是：复杂的装配、需要特殊的戳卡、器械体积大以及有限的工作空间。图1-3SPRINT单孔双臂手术机器人系统Figure1-3SPRINTLESSdouble-armroboticsystem(4)i-Snake单孔手术机器人系统i-Snake是由英国帝国理工大学杨广中团队研发的一种单孔手术机器人系统如图1-4。它主要应用于复杂的心脏冠状动脉搭桥手术，以及对消化道、直肠等存在视觉盲区的病灶进行诊断治疗。该系统的创新之处在于组合式关节单元设计。这种设计基于混合微电机和丝传动，能够在连接件内留足内部通道所需空间的同时，也能允许各个转动自由度的独立控制。该系统具有三个通道，包含一个内窥镜通道和两个器械通道。由于三维视觉模块具备充分的灵活性，因此外科医生可以借助该系统探索人眼不能直接观察到的复杂结构腔体。该系统已经进行了相关性能验证实验和动物实验，并证实了能够带来更小的创伤、更短的手术完成时间以及术后恢复时间[4]。i-Snake系统的缺点是：由于缺少器械构成的操作三角，在组织操作能力上体现出一定限制性。
本文编号：2969386
【文章来源】：天津大学天津市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：70 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
SPIDER单孔手术机器人系统
第一章绪论2在径向进行延展，从而便于柔性器械的使用。这种设计便于形成一定的操作三角，符合外科医生的操作习惯。第二代系统则在柔性器械传输管上采用了“脊柱”设计。当SPIDER系统介入人体腹腔后，柔性器械传输管将有效地引导柔性工具在腹腔内进行操作[1]。SPIDER系统的缺点是：操作三角空间有限、器械由于采用柔性材料而造成工具末端操作力不足以及消毒杀菌困难。图1-1SPIDER单孔手术机器人系统Figure1-1SPIDERLESSroboticsystem(2)IREP单孔手术机器人系统IREP是由美国哥伦比亚大学Simaan领导的科研团队开发的一种单孔手术机器人系统，如图1-2所示。该系统将三维视觉模块和手术工具折叠到15mm的套筒中，并可通过标准的戳卡孔进入到腹腔内部，在腹腔内部展成工作形态。该系统的机械装置部分共有三个组成模块：2个外径6.4mm及6个自由度的蛇形从手器械，其中连续型蛇形关节具有4个自由度，腕部关节和末端开合钳各具有一个自由度；2个五杆机构，用于控制柔性器械的工作形态和相对位移，各具有2个自由度；一个可控立体视觉模块，用于捕捉术中操作的视觉信息，具有3个自由度[2]。IREP系统的缺点是：有限的工具灵活性、笨重的驱动模块。图1-2IREP单孔手术机器人系统Figure1-2IREPLESSroboticsystem
第一章绪论3(3)SPRINT单孔手术机器人系统SPRINT单孔手术机器人系统由意大利圣安娜高等学校PaoloDario带领的科研团队研发，如图1-3(a)所示。该系统包含两支6自由度的关节型器械。两支器械能够由一个外径30mm的戳卡点送入腹腔中，并在腹腔内部展开成类似于人类手臂的形式。SPRINT2.0则需要从外径34mm的戳卡点进入腹腔，器械的外径为18mm，具有6+1自由度，如图1-3(b)所示。SPRINT系统器械相比于SPIDER系统器械能够提供更大的工具末端最大操作力(5N)，能够满足多数外科手术的需求[3]。SPRINT系统的缺点是：复杂的装配、需要特殊的戳卡、器械体积大以及有限的工作空间。图1-3SPRINT单孔双臂手术机器人系统Figure1-3SPRINTLESSdouble-armroboticsystem(4)i-Snake单孔手术机器人系统i-Snake是由英国帝国理工大学杨广中团队研发的一种单孔手术机器人系统如图1-4。它主要应用于复杂的心脏冠状动脉搭桥手术，以及对消化道、直肠等存在视觉盲区的病灶进行诊断治疗。该系统的创新之处在于组合式关节单元设计。这种设计基于混合微电机和丝传动，能够在连接件内留足内部通道所需空间的同时，也能允许各个转动自由度的独立控制。该系统具有三个通道，包含一个内窥镜通道和两个器械通道。由于三维视觉模块具备充分的灵活性，因此外科医生可以借助该系统探索人眼不能直接观察到的复杂结构腔体。该系统已经进行了相关性能验证实验和动物实验，并证实了能够带来更小的创伤、更短的手术完成时间以及术后恢复时间[4]。i-Snake系统的缺点是：由于缺少器械构成的操作三角，在组织操作能力上体现出一定限制性。
本文编号：2969386
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