面向椎板磨削手术的机器人路径规划与安全控制研究

发布时间：2024-01-27 10:48

　　椎板磨削是椎板减压术中的关键操作之一。此操作要求外科医生在导航系统的帮助下手持磨削工具在棘突一侧或两侧椎板上打磨出深V槽以完成“单开窗”或“双开窗”从而给椎管内受压迫的脊髓神经释放压力。然而长时间的操作会导致医生手腕疲惫甚至颤抖,进而带来损伤周围血管或神经的风险。许多连接大脑和各个器官的重要血管和神经遍布于椎管之中及椎体周围,如果它们受到损伤,将会给病患带来长期的疼痛,瘫痪等不可逆的后果,严重的甚至导致死亡。近年来,机器人技术在医疗领域的应用越来越广泛。一些手术中高繁复性以及高辐射下的操作已经可以由机器人辅助来完成,以降低手术中出错的几率,减小对外科医生技能的要求,降低手术中辐射对医护人员健康造成的影响。针对机器人辅助椎板磨削操作,本文提出了一套机器人辅助磨削系统的交互与安全控制方案。手术开始前,由于椎板磨削在三维空间中进行操作,通过CT断层二维影像很难规划出理想的磨削路径。因此,本文提出基于受术区域脊柱骨三维重建的术前规划方案,由医生在三维模型中选取磨削区域。根据磨削区域椎板的表面轮廓生成磨削路径。为精细化、自动化磨削提供数据支持。手术过程中,通过2D/3D配准将术前高分辨率CT数据...

【文章页数】：68 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题的研究背景与意义
        1.1.1 椎管狭窄症医学背景
        1.1.2 本课题研究意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 骨科手术机器人发展概述
        1.2.2 机器人辅助矫形外科路径规划技术研究现状
        1.2.3 机器人辅助矫形外科安全控制策略研究现状
    1.3 本文研究的主要内容
第2章 基于三维重建的磨削路径规划方法
    2.1 引言
    2.2 受术区域脊柱骨三维重建
    2.3 椎板磨削路径规划器
        2.3.1 路径点生成
        2.3.2 路径点过滤
    2.4 术前规划数据与术中机器人工作空间配准方法
        2.4.1 注册配准方法
        2.4.2 术前规划数据的2D/3D配准
    2.5 本章小结
第3章 磨削接触力的自适应模糊控制
    3.1 引言
    3.2 磨削过程受力分析
    3.3 基于多层自适应模糊控制器的磨削接触力控制
    3.4 基于多层模糊控制器的椎板磨削进给力控制实验
        3.4.1 实验平台介绍
        3.4.2 实验设置
        3.4.3 实验结果分析
    3.5 本章小结
第4章 基于骨层识别的安全控制策略
    4.1 引言
    4.2 磨削信号预处理
        4.2.1 数据归一化处理
        4.2.2 信号降噪处理
    4.3 骨质特征提取与选择
        4.3.1 原信号的特征空间分布
        4.3.2 基于能量消耗密度的骨质特征提取
        4.3.3 基于Bhattacharyya距离的特征评价
        4.3.4 基于线性判别分析的二次特征提取
    4.4 基于支持向量机的骨质识别
        4.4.1 参数寻优与结果对比
        4.4.2 通用型骨质识别器
    4.5 本章小结
结论
参考文献
致谢



本文编号：3886822