肝肿瘤热消融机器人定位导航系统的研究

摘要

目的 设计一种结合计算机辅助手术路径规划、电磁定位和机器人技术的肝肿瘤热消融机器人定位导航系统,利用机械臂将消融针精准定位在规划的进针路径上.方法 将介入热消融治疗的临床需求量化为多项约束条件,使用加权求和方法求解多目标优化问题,实现计算机辅助手术路径规划.导航定位系统中存在多个坐标系,使用基于成对点集配准的奇异值分解算法完成空间坐标转换,将规划的手术路径映射到机器人坐标系下.构建机械臂目标位置和姿态矩阵,利用运动学方法求解各关节角度,从而将机械臂定位在规划的进针路径上.最后以本文设计的导航系统作为穿刺实验组,常规穿刺方法作为对照组,利用腹部体模进行系统精度验证.结果 使用本系统进行穿刺的平均进针误差(1.11 mm)、平均进针次数(1次)、平均进针时间(11.4 s)都明显优于常规的穿刺方法(5.38 mm、4.6次、62.2 s).结论 基于图像处理、电磁定位和机器人技术构建的热消融机器人定位导航系统能够降低手术穿刺难度,提高消融治疗效率.