颅颌面外科手术机器人空间配准及实验

针对颅颌面区域结构复杂、手术风险大、精度要求高的特点,研发了一套颅颌面外科手术机器人系统．为实现机器人系统高效、精确的空间配准,提出并建立了一套基于光学定位的颅颌面外科手术机器人空间配准方法,实现了机器人各子系统之间的坐标系转换．通过基于四元数的最近点迭代配准算法实现了点集之间的矩阵转换．在综合医学影像、机器人与各子系统空间配准的基础上,分别开展了配准精度和定位精度的验证实验,并完成了三叉神经射频热凝术的模型和尸体穿刺定位实验．配准精度验证实验的配准误差平均值均小于0.75mm,定位精度验证实验的误差平均值为0.56mm,模型实验的穿刺成功率为100%,尸体实验的穿刺成功率为95%．综合实验结果表明该空间配准方法的配准精度较高,具有一定的可行性,可以满足颅颌面外科手术机器人系统的需要．     

颅颌面种植外科计算机辅助规划系统的设计

为满足颅颌面种植外科手术术前诊断和规划的需要,开发了一种基于CT图像的颅颌面种植外科计算机辅助规划系统,提出了其系统框架结构,阐述了设计中使用的螺旋CT技术数字图像算法,并根据各种功能需求,逐一进行设计和实现.实验和临床应用证明,该系统可以很好地应用于颅颌面外科种植手术规划,大大提高颅面外科手术规划的准确度.     

新应用领域的机器人医疗外科机器人研究

现在越来越多的科技手段被应用到了医学领域,使医疗保健工作质量和效率得到了进一步提升.其中,最具代表性的就是机器人,它在外科手术中发挥着十分重要的作用.基于此,对应用在医疗外科领域中的机器人定义和发展历史进行了概述,简要分析了医疗外科机器人的分类和结构特点,还阐述了医疗外科机器人的应用优缺点,并对其未来发展进行了展望.     

面向微创手术的医疗外科机器人构型综合

在微创手术中，医疗外科机器人可以辅助医生精确定位和提供稳定的手术平台． 本文结合医疗外科机器人结构特点和手术适用范围，对适合微创手术的机器人结构进行了构 型综合分析．并以此为依据，设计出一种适用于神经外科立体定向手术的机器人，系统已经 应用于临床，取得了满意的效果．     

医疗外科机器人中面向任务对象的程序设计

本文介绍了一种用于实时控制系统的面向任务对象的程序设计方法。     

机器人辅助内窥镜操作系统的研究

介绍丁机器人辅助内窥镜操作系统的构成及国内外的研究现状,讨论了其进一步发展的趋势,并指出这二领域中值得进一步研究的一砦问题和可能的发展方向。     

机器人辅助内镜手术系统的设计与开发

机器人应用于外科手术中，通过医生和机器人系统的合理分工和有机配合，可以提高 手术质量、改善医生工作条件、实现远程手术等．本文以纤维内镜手术为研究对象，针对术 中X射线对医护人员身体健康造成伤害的现状，设计了机器人辅助内镜手术系统，使医生可 以远程控制手术室的操作器完成内镜和手术器械的操作，实现诊断和治疗的目的．文章详细 介绍了系统的研制背景、总体设计、内镜操作器子系统原型样机设计及实验，并结合系统开 发对医疗外科机器人的人机交互接口、安全性及临床应用等问题进行了讨论．     

微创血管介入手术机器人的主从交互控制方法与实现

微创血管介入手术是治疗冠心病的重要治疗手段, 手术中要求对导管、导丝等介入器械高精度递送.得益于机器人技术的高精度、可远程操作等特点, 血管介入手术机器人的研制受到了极大关注.在微创血管介入手术中, 按导管或导丝远端所处血管部位, 将介入器械递送过程分为三个阶段: 1) 主动脉阶段:导丝或导管远端位于主动脉, 需快速前送, 以减少X射线和造影剂的使用; 2) 冠脉入口阶段:导丝或导管远端进入冠脉, 此时需选择相应的病变冠脉分支; 3) 冠脉病变阶段:导丝或导管远端位于狭窄病变部位, 需要高精度操作才能使导丝或导管穿过狭窄病变.针对器械递送的不同阶段, 提出具有运动缩放的主从控制方法, 通过改变血管介入手术机器人主端和从端之间的运动缩放关系, 实现机器人从端对主端操作的放大、缩小或等比例复现.通过在微创血管介入手术机器人平台实验, 验证了机器人从端对主端操作缩放的可行性和有效性.通过操作时间和操作精度对比分析得到:在缩放因子为4时操作时间减少39.9%;在缩放因子为1/4时, 平移和旋转操作精度分别提高72.9%和77.1%.     

颅颌面畸形诊断专家系统CMDS的设计与实现

本文重点探讨颅颌段畸形诊断专家系统ＣＭＤＳ的设计实现问题，包括其系统特点，体系结构，知识获取，知识晴示，推理机等。     

微创手术导管机器人系统变论域模糊PID控制

在微创血管手术导管机器人系统控制机器人送导管问题的研究中,为克服手动送管的缺陷,要求导管机器人系统能够快速响应、抗干扰能力强以及对目标轨迹的实时跟踪.传统模糊PID控制由于其精度与响应速度之间的矛盾,限制了在微创手术中的应用.提出采用变论域模糊PID控制,引入伸缩因子,在不降低响应速度的前提下改善模糊PID控制精度,进一步改善系统位置跟踪精度以及在主从微创手术中的实用性.仿真结果表明,所提出的变论域模糊PID控制对系统具有快速准确的跟踪性能和较强的鲁棒性能,证实了变论域模糊PID控制在主从微刨手术中的优越性与实用性.     

新应用领域的机器人医疗外科机器人

本文介绍了国外近几年在多学科交叉领域中兴起，并越工受到关注的机器人的前沿研究课题－－医疗机器人和计算机辅助医疗外科技术的研究现状，发展趋势，着重分析讨论了有关这方面的热点和关键技术，其目的在于结合我国自己的实际情况，开发和研究我们的高技术医疗电器仪器和设备，开拓我国机器人技术新的应用领域。     

基于视觉导航的机器人辅助神经外科手术系统的设计与精度分析

本文中利用MicronTracker双目视觉导航仪,开发出一种新型的视觉导航系统.将此系统应用在被动机器人辅助神经外科手术系统中,实现了对手术针位置和忠者头部位置的实时跟踪.使得手术操作更加方便,这将人幅度提高手术效率,也为整个手术系统的推广普及提供了可能性.此外设计了一种新的手术注册方式,并用实验得到了验证,精度可靠安全.     

一套主从操作的双臂手术机器人系统

本文展示了一套经自然腔道手术(NOTES:Natural Orifice Transluminal Endoscopic Surgery)的手术系统的开发。本系统主要包括一对遥操作主手,以及具有多个自由度的连续体结构的夹钳及黏膜切开刀。着重阐述了一对主手、末端连续体夹钳及连续体黏膜切开刀的机械结构,展示了主手和末端夹钳、切开刀之间的主从控制,运动学算法的验证以及在双通道内镜下夹取切割效果的实验验证,进而探究整套手术系统后续应用的可行性。     

腹腔微创手术机器人的主从控制

为提高基于内窥镜的腹腔微创手术机器人系统的手眼协调一致性,提出了一种主从控制方法.基于旋量理论建立从手系统的正逆运动学模型,基于运动模型提出内窥镜坐标系下的主从运动控制算法,该算法包含了运动的一致性控制、相对运动控制和比例运动控制.主手的腕部为被动方式(无电机驱动),不能在任意位置保持静止,在手术开始、中途中断或调节主手工作空间时,主手和从手姿态不能保持一致.为此,开展3种辅助功能实现研究,分别为主从姿态配准、手术器械更换和主从二次映射.最后进行了套环和穿线实验,这两组实验最大空间位置误差均小于1 mm,说明该算法可有效地提高手眼协调的一致性.     

基于STFT的微创手术机器人运动控制系统设计

针对微创手术机器人运动过程受到信号干扰而导致机器入主从臂控制效果差、控制精度较低的问题,提出了基于STFT的微创手术机器人运动控制系统设计;主控制器通过蓝牙的无线传输方式与主机连接,采用I/O口模拟SCI硬件流控方式,实现MCU与蓝牙通信,为系统提供基础数据;设计时钟基准电路的并联振荡模式,方便失控程序重启;根据运动控制器结构,设计预留模数转换接口,并对机器人主从操作臂展开详细分析;使用基于STFT短时傅里叶变换方法抑制外界干扰,在LM629运动控制专用集成芯片支持下设计控制流程,完成基于STFT的微创手术机器人运动控制系统设计;设计对比实验,结果表明该系统与期望主臂运动轨迹的终点坐标(10 mm,-35 mm,45 mm)和从臂运动轨迹的终点坐标(18 mm,-45 mm,25 mm)一致,能够精准控制微创手术机器人运动精度,为医学手术智能化开展提供设备支持.     

微创外科机器人导航系统空间映射精度分析与仿真

论文分析了微创外科机器人导航系统空间映射误差的主要来源,定义了空 间映射中的四种误差类型。并对每种误差都做了详细的介绍,同时也简要介绍了其他误差源。 通过仿真分析标记点定位误差即基准点定位误差对基于仿射坐标系的空间映射精度的影响, 得出基准点定位误差与靶点映射误差成正比,基准点在两个空间的定位误差变化范围的差距 较小时靶点映射误差较小的结论;通过仿真分析标记点的分布方式对基于仿射坐标系的空间 映射精度的影响,得出对空间映射精度影响较大的两种标记点分布方式：共面分布和不能将 靶点包围在其分布范围内的标记点分布。共面分布会导致利用仿射坐标系求解映射矩阵时发 生畸变,导致映射误差发生突变;靶点在标记点包围区域外时,与靶点在标记点包围区域内 时的空间映射相比也会产生很大的靶点映射误差。     

内窥诊疗机器人研究进展

内窥诊疗机器人是对传统医疗内窥镜的智能改造，在微创外科技术的发展中起着重要作用。根据改造方式的不同，其分为主动引导式内窥镜、诊疗胶囊和单光纤内窥镜。本文综述这三类内窥诊疗机器人的研究进展和关键性能，并对其发展趋势进行分析和展望。     

具有主动约束的医疗机器人系统的主从控制

在分析了穿刺手术机器人系统功能需求的基础上,搭建了主从遥操作系统的半实物仿真平台。在主从控制的基础上,提出一个利用虚拟夹具VF(Virtual Fixture)算法结合Proxy的方法的主动约束控制策略。实验结果表明,系统能够在给定运动约束的情况下完成相应的主从控制。