颅颌面肿瘤穿刺手术机器人进针策略与实验研究

发布时间：2017-05-04 08:02

  本文关键词：颅颌面肿瘤穿刺手术机器人进针策略与实验研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：颅颌面部肿瘤位置深在,涉及重要的神经血管组织及解剖结构,手术不易切除且容易复发,对手术操作精度和稳定性要求较高;而传统颅颌面外科手术中治疗颅颌面肿瘤的穿刺活检手术及放射性粒子植入手术操作非常复杂且危险性比较高。因此,把机器人技术引入颅颌面肿瘤穿刺诊疗手术中,建立集术前手术设计、光学导航、力反馈控制系统、医学图像处理、手术机器人为一体的颅颌面肿瘤穿刺手术机器人系统,实现颅颌面肿瘤活检及放射性粒子植入等临床手术,减少人为因素,达到减轻医生负担、提高定位精度和手术质量的目的。本文的主要研究内容如下:第一,分析颅颌面肿瘤手术操作方法,根据手术需求搭建了颅颌面肿瘤穿刺手术机器人系统,研制了机器人放射性粒子植入末端机构及通用接口,并提出了颅颌面肿瘤穿刺手术机器人手术操作流程。第二,建立了机器人运动学模型,进行正、逆运动学解算;采用基于外部标记点的空间配准方法建立了机器人系统的四个子坐标系之间转换关系。第三,对机器人定位精度进行分析,采用修正的D-H模型对机器人运动学参数进行标定;同时,对影响机器人空间配准精度的因素进行分析,建立了误差传递模型,给出了提高机器人系统穿刺精度的方法。第四,对机器人穿刺过程中穿刺针与软组织间力的相互作用进行了分析,对不同进针速度下的进针力进行了研究;此外,建立了针体弯曲变形估计方程并通过实验验证其正确性。最后,提出了基于进针力及针体弯曲变形的机器人进针策略。最后,搭建了机器人系统实验平台,在此基础上完成了机器人标定实验、定位精度验证实验、空间配准精度实验及系统穿刺精度实验,最后完成机器人系统肿瘤穿刺活检及放射性粒子植入模型实验,对实验结果进行分析。
【关键词】：颅颌面肿瘤 手术机器人 参数标定 进针策略 系统实验
【学位授予单位】：北京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP242
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第一章 绪论11-23
• 1.1 研究背景与意义11-12
• 1.2 医疗机器人国内外研究现状12-19
• 1.2.1 微创外科手术机器人研究现状13-14
• 1.2.2 经皮穿刺类手术机器人研究现状14-16
• 1.2.3 颅颌面外科手术机器人研究现状16-19
• 1.3 机器人进针策略研究现状19-21
• 1.4 主要研究内容21-23
• 第二章 颅颌面肿瘤穿刺手术机器人系统23-31
• 2.1 颅颌面肿瘤穿刺手术分析23-24
• 2.1.1 颅颌面肿瘤穿刺活检手术分析23
• 2.1.2 放射性粒子植入手术分析23-24
• 2.2 机器人系统构成24-29
• 2.2.1 医学导航系统24-25
• 2.2.2 机器人本体及末端机构25-28
• 2.2.3 基于力反馈的控制系统28-29
• 2.3 机器人穿刺手术流程29-30
• 本章小结30-31
• 第三章 机器人运动学与系统精度分析31-47
• 3.1 机器人运动学分析31-34
• 3.1.1 机器人运动学坐标系建立31-32
• 3.1.2 运动学正解32
• 3.1.3 运动学逆解32-34
• 3.1.4 运动学验证34
• 3.2 系统坐标变换34-40
• 3.2.1 空间坐标系的建立34-35
• 3.2.2 空间坐标系的转换35-36
• 3.2.3 机器人系统坐标系组成36
• 3.2.4 空间定位及配准36-38
• 3.2.5 基于标记点的空间配准实现38-40
• 3.3 机器人系统精度分析40-46
• 3.3.1 机器人定位精度分析41-44
• 3.3.2 空间配准精度分析44-45
• 3.3.3 提高机器人穿刺精度的方法45-46
• 本章小结46-47
• 第四章 穿刺手术机器人进针策略研究47-57
• 4.1 针体受力分析47-48
• 4.2 进针力采集与分析48-52
• 4.2.1 数据采集48-49
• 4.2.2 数据处理49-52
• 4.3 针体弯曲变形估计52-55
• 4.3.1 弯曲变形估计方程建立52-53
• 4.3.2 参数计算53-54
• 4.3.3 针体弯曲方程验证54-55
• 4.4 基于进针力及针体弯曲变形的进针策略研究55-56
• 4.4.1 穿刺针进入颌面皮肤表面瞬间的进针策略55
• 4.4.2 穿刺针进入颌面软组织内的进针策略55-56
• 本章小结56-57
• 第五章 系统实验研究57-75
• 5.1 控制系统软件设计57-59
• 5.2 机器人运动学参数标定实验59-61
• 5.2.1 机器人标定方法59-60
• 5.2.2 标定实验数据处理60-61
• 5.3 机器人定位精度实验61-65
• 5.3.1 机器人绝对定位精度实验61-63
• 5.3.2 机器人重复定位精度实验63-65
• 5.4 空间配准精度验证实验65-67
• 5.5 模型实验67-73
• 5.5.1 肿瘤穿刺活检模型实验67-71
• 5.5.2 粒子植入模型实验71-73
• 5.6 尸头实验73-74
• 本章小结74-75
• 结论75-77
• 参考文献77-83
• 攻读学位期间发表论文与研究成果清单83-85
• 致谢85

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 罗丹;;进口医生“达·芬奇”[J];新知客;2009年05期

2 郭跃华,周汉新;手术机器人的发展与现状[J];中华外科杂志;2005年01期

3 周永春;王树新;丁杰男;李群智;;显微外科手术机器人手指系统的研究与开发[J];机器人;2006年01期

4 梁修滢;李群智;丁杰男;王树新;;喉部手术机器人手指系统设计[J];机械设计与制造;2007年02期

5 洪在地;，

本文编号：344665