面向机器人辅助神经外科手术的视觉标定方法

针对无框架图像引导的机器人辅助神经外科手术中的空间标定问题,提出了一种非接触式的标定方法,该方法利用双目立体视觉技术,实现临床手术中的病人头部标记点(Mark点)的标定任务。大量实验和数据分析验证了该视觉标定方法的精度,保证了该方法应用于神经外科临床手术的可靠性。该方法与传统的接触式标定相比,具有安全性高、易于操作、可实时更新数据等优点。     

脑外科机器人结构分析与参数优化设计

为实现脑外科机器人在脑外科手术中辅助医生进行精确导航定位,进行了机器人结构灵活性及手术空间要求的研究.首先,研制了一种五自由度脑外科机器人结构,利用D-H方法计算了机器人运动学的正反解方程.其次,运用MATLAB软件对机器人的工作空间、灵活性及手术空间进行了可视化仿真,仿真的结果表明该机器人结构可以用来辅助医生选择最佳手术路径,并以上述分析为依据提出了一种机器人结构参数优化设计的方法.最后通过手术模拟试验验证了所设计的机器人灵活性满足脑外科手术要求.     

基于LPC1768的微创脊椎手术辅助机器人控制器通信的研究

鉴于医生在对脊椎微创手术定位扎针过程中为防止X射线辐照会对医护人员的身体造成伤害而穿上沉重的铅衣耗时费力地多次往返于手术室和设备室之间等问题。我们基于LPC1768微控制器设计了一套医疗机器人系统用于辅助脊柱微创外科手术操作。本文大致介绍系统整体方案的设计思路,重点讲述了这款5自由度脊柱微创手术辅助机器人控制系统通信的设计与实现,采用USB2.0通用串行总线实现上位机和下位机之间的信息交互。最后对该系统进行实验,结果验证了控制系统具有良好的可靠性和稳定性。     

光学定位机器人微创手术系统视觉伺服控制

为满足机器人辅助微创手术系统手术中轨迹跟踪和绝对定位的高精度要求,为其研制了一个基于光学定位的视觉伺服系统.该系统采用光学跟踪定位手段,实时测量机器人末端位姿并反馈,在光学测量空间实现全局闭环的位姿校正控制,使影响机器人轨迹跟踪和定位精度的主要误差因素得到有效校正,从而保证了机器人跟踪和定位的高精确度.分析了系统的组成和工作原理,提出一种笛卡儿空间位姿校正和关节空间速度控制综合的轨迹跟踪控制方法,仿真结果验证了该方法的有效性.     

机器人辅助远程手术的研究

介绍了一套自行开发的机器人辅助远程手术平台系统。在阐述平台系统的总体结构基础上，对于医疗图像的压缩和传输、机器人命令传输协议的设计、远程图像的实时传输和播放这三个关键技术进行了探讨。手术平台系统已成功地进行了临床应用。     

基于全方位移动机器人的下肢康复训练研究

下肢康复机器人在临床康复领域的应用弥补了传统康复方法在客观性、有效性、实时性与趣味性等方面的不足。文章以人体下肢康复训练疗法及康复理论为依据,从临床康复的安全性、有效性、实用性及舒适性角度,解析出对下肢康复机器人机构、控制、传感器等方面的设计要求,并针对康复评价参数问题,提出了一种采用全方位移动下肢康复训练机器人获得动平衡参数及步态参数的方法。在分析人体下肢生理结构与临床康复对下肢康复机器人训练系统的特殊设计要求基础上,设计了能够提高人体下肢运动能力、实现多种训练方式、适用于不同患者、不同患侧康复训练模式的下肢康复机器人系统,对下肢障碍患者的康复以及临床医学研究起到辅助作用。     

C臂X光图像几何失真校正与误差分析

在分析C臂X光图像几何失真原因及表现形式的基础上,综合现有校正方法,实现了一种基于校正模板的图像校正方法.设计并试验了C臂图像几何失真误差分布的评价方案.根据试验结果,分析了图像失真变化规律,给出了不同C臂位姿下计算的校正矩阵的临床适用范围.最后,将本方法应用于机器人辅助骨科临床手术,验证了方法的正确性和有效性.     

双平面骨科机器人结构设计和分析

针对骨科手术的特点,提出了一种基于并联机构的骨科机器人结构(2-PPTC).该结构将机器人的主动运动副设置在两个相互平行的平面内,构成了手术空间的边界,实现了机器人的运动空间和手术空间无交集,提高了骨科机器人的安全性.并采用螺旋理论,对骨科机器人的位置和运动特性进行了分析,最后将双平面骨科机器人应用于小腿骨折髓内钉临床手术实例,验证了这种结构模型在骨科临床手术中应用的可行性,为并联机器人在骨科中的应用提供了一种新的设计和分析方法.     

机器人辅助无框架定位脑外科手术系统

研制了机器人辅助无框架定位脑外科手术系统,该系统可以在CT和MRI图像上实施病灶以及头颅的半自动分割,并将分割结果重构为三维模型,此模型可以进一步应用于虚拟手术规划及手术实施。它提供的三维组织模型清晰准确,手术路径精确稳定,从而提高了手术的效率和质量,降低了手术的费用。该系统在多例临床手术中获得了良好的效果。     

增强现实技术在远程现实中的应用研究

设计了基于移动机器人的远程现实系统,辅助机器人遥操作.为提高人机交互能力,把增强现实技术应用到远程现实当中,根据增强现实中三维注册的原理,推导了双曲面全景成像中基于视觉的注册算法,实现了三维虚拟机器人在全景图像中的注册定位.为了提供更加直观的人机交互界面,采用一种快速算法把圆形全景图进行近似的柱面展开,并将"增强远程现实"应用于展开的图像界面中.实验结果表明,增强远程现实改善了场景的视觉感官效果、增加了辅助信息,提高了人机交互能力.     

一种具有力检测机制的新型血管介入手术机器人

为了在机器人辅助远程介入手术中实现向医生提供高精度的力反馈,设计了一种具有力检测机制的新型血管介入手术机器人,其是一个主从控制系统,包括一个操作方便的主端装置和一个递送导丝/导管的从端装置。首先,设计了血管介入手术机器人的力检测机制,以实现轴向近端力的精准测量和径向夹紧力的感知。然后,基于血管介入手术机器人的动力学分析,设计了具有在线整定参数功能的模糊PID (proportional integral derivative,比例积分微分)控制器,以提高从端装置的递送精度和抗干扰能力,同时选择阶跃信号对所设计的模糊PID控制器进行仿真验证。最后,搭建血管介入手术机器人物理样机,并开展主从运动跟踪实验和轴向近端力、径向夹紧力检测评估实验。实验结果表明,该血管介入手术机器人具有[-0.31, 0.25] mm的运动跟踪误差,可检测平均误差为0.12 N的轴向近端力以及可感知0.47～4 N的径向夹紧力。研究结果验证了所设计血管介入手术机器人的鲁棒性以及其力检测机制的可行性,可为同类产品的设计和改进提供参考依据。     

基于功能冗余的骨科机器人安全策略

从手术方案角度分析了骨科机器人系统对手术安全的影响,提出了基于功能冗余的骨科机器人安全策略.结合双平面骨科机器人系统,具体分析了机器人系统在胫骨骨折髓内钉锁定手术中的安全隐患,对影响手术安全的牵引、定位等功能设置了多项冗余的安全保护措施,并对基于功能冗余的骨科机器人安全策略在手术方案、注册标准、临床手术环境、机器人硬件平台、机器人软件系统、安全体系设计等方面的安全措施和方法进行了详细阐述,为骨科机器人系统在原型设计、临床应用等阶段的安全分析提供了一种参考方法和策略.     

体感交互式上肢镜像康复训练机器人系统

针对脑卒中患者因大脑神经损伤而造成的上肢运动功能缺失,结合镜像疗法的机器人辅助训练可通过促使双侧肢协同运动来有效地促进大脑神经元重塑,从而实现运动功能恢复.为此,将镜像康复理论、虚拟现实技术和机器人技术有效结合,提出一种体感交互式上肢镜像康复训练机器人系统.使用动作捕捉设备采集患者健肢的位姿信息,通过设计人机镜像运动映...     

介入医学工程现状和发展趋势

介入治疗具有微创性、可重复性、定位准确、疗效高、见效快、并发症少、多种技术联合应用简便易行等优点。介入放射学已经成为与内科学、外科学并驾齐驱的第3治疗学科,主要包括腹部介入放射学、心脏介入放射学、神经介入放射学、妇产介入放射学等分支。综合评述了国内外微创介入治疗器械与材料的现状。详细介绍了心血管、脑血管、外周血管介入医学工程材料及器械的技术开发现状、临床应用及国产化现况,并在客观分析和综合评价后对该领域的未来发展趋势作了展望。     

步态康复训练机器人人机交互信息感知系统

针对步态康复训练机器人与患者实时交互的需求，研发了获取人机接触力信息的感知系统。利用拉格朗日法建立包含人体主动力的下肢外骨骼机器人动力学模型，并分析患者下肢运动动作意图，为步态康复训练交互控制提供判断依据。在步态康复训练机器人样机系统上进行了静态、动态测量实验及被动/主动康复训练测量实验，结果表明该感知系统能够满足人机接触力的检测精度要求，能在康复训练中获取人体运动意图，这为步态康复训练机器人的智能交互控制策略研究奠定了基础。     

肝细胞癌介入治疗后经增强CT和增强MRI影像诊断的对比分析

目的:探究肝细胞癌(HCC)介入治疗后行增强CT或MRI影像诊断的诊断价值。方法:将2018年2月-2019年2月收治的经导管肝动脉化学栓塞(TACE)治疗的77例患者纳入研究,77例HCC患者共88例病灶,对介入治疗后的临床资料进行回顾性分析,以探究增强CT与增强MRI扫描诊断对疾病预后的评估效果。结果:77例患者(88个病灶)在接受TACE治疗12个月后随访资料显示,36例(41个病灶)有复发、转移的情况,占比46.75%。增强CT扫描的ROC面积为(0.775±0.070),增强MRI扫描的ROC面积为(0.986±0.064),对比差异有统计学意义(P<0.05)。增强CT的准确度、敏感度低于增强MRI(P<0.05)。结论:相较于增强CT扫描,增强MRI扫描的准确率与敏感度明显更高,因此建议将增强MRI扫描作为HCC患者介入治疗后随诊的首选方案。     

下肢外骨骼助力机器人动力学建模及实验研究

下肢外骨骼助力机器人存在人?机关节是否匹配、主动关节设计是否满足人体关节运动的驱动力要求等问题。为解决上述问题,基于所设计的电液伺服驱动下肢外骨骼助力机器人,将其简化为七连杆结构,并结合步态平衡理论,采用牛顿?欧拉法构建了其摆动相与支撑相瞬时动力学模型。然后,将不同步态相位下人体运动时的角度数据、速度数据及机器人结构参数代入牛顿?欧拉动力学迭代方程,求得机器人各关节的理论驱动力矩。最后,开展ADAMS（automatic dynamic analysis of mechanical systems,机械系统动力学自动分析）仿真实验和人机协同助行实验,通过对机器人各关节的驱动力矩峰值进行比较,验证了所构建动力学迭代方程的正确性和有效性。结果表明,通过采用牛顿?欧拉法来求解下肢外骨骼助力机器人关节的驱动力矩,可为其结构优化与控制策略制定提供重要的理论支撑。     

儿童股骨头缺血坏死7例介入治疗体会

目的：观察儿童股骨头缺血坏死介入治疗的效果。方法：通过对7例股骨头缺血坏死患儿的动脉导管灌注治疗结果分析。结果：7名患儿,一例治愈,4例明显有效,治愈率14.3％,有效率71．4％。结论：儿童股骨头缺血坏死尽早行介入法动脉灌注治疗,效果肯定。