遥操作导管介入手术机器人系统研究

摘要

导管介入手术以其特有的创伤小、痛苦少、风险低、术后恢复快诸多优势已经成为医治心血管疾病的首选手段。但目前国内的导管介入手术仍是医生在手术现场徒手介入导管，这种方式不但难以保证精确性而且还使医生面临过度辐射的风险。　　针对上述弊端，本文在研究分析当前国内外导管介入手术系统及国内医疗水平现状的基础之上，设计了一种符合当前国内医疗水平实际和国情的遥操作导管介入系统。该系统主要包括图像引导系统、从端导管介入（第一末端）系统、主端遥操作控制（第二末端）系统以及力觉反馈及再现系统。　　根据传统现场介入手术的操作流程，提取了介入手术操作过程对应的机械运动形式，设计了一套基于行星轮系的以其自转、公转不同传动形式实现导管推送和旋捻的从端导管介入装置（第一末端），该装置不但能够实现手术的全部动作和功能要求，而且避免了导电滑环的使用，其运动完全由主端遥操作控制手柄决定。该手柄（第二末端）是基于磁流变液的粘度随磁场强度变化而变化的原理设计的，它能根据导管前端力反馈信号产生相应的被动式阻尼力作用于医生，从而使得医生在遥操作的同时，又有真实的力临场感，使相关手术操作变得简便和真实。　　构建了导管介入装置机械控制系统及力觉再现系统的硬件平台，设计了相关的控制逻辑和程序流程。此二系统通过旋转编码器实现控制信息的交流，同时导管前端的力觉传感器作为反馈元件，使二者之间的力觉建立起了联系。　　最后，完成了样机试制，并构建遥操作导管介入手术实验平台，在自制的血管模型内，进行了多次系统仿真介入实验，确定了样机的定位精度。实验证明所设计的机器人系统能够完成导管介入的功能要求。

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1 绪论

1.1 课题研究的背景、目的和意义

1.2 遥操作导管介入手术机器人系统的国内外研究现状

1.3 本文的主要研究内容和方法

1.4 本章小结

2 遥操作导管介入手术机器人系统的建立

2.1 系统建立

2.2 各组成部分分析

2.3 本章小结

3 从端导管介入装置的设计研究

3.1 导管介入过程运动分析

3.2 第一末端（从端导管介入装置）设计与实现

3.3 本章小结

4 主端手持控制器的设计研究

4.1 设计目标、思路和难点分析

4.2 力觉再现力源的确定

4.3 主端手持控制器（第二末端）的设计

4.4 本章小结

5 遥操作导管手术介入机器人控制系统的设计

5.1 机械控制系统硬件设计

5.2 机械控制系统的软件设计

5.3 力觉再现控制系统硬件设计

5.4 力觉再现控制系统软件设计

5.5 本章小结

6 遥操作导管手术介入机器人样机系统实验研究

6.1 机械系统实验平台搭建

6.2 实验操作及数据

6.3 本章小结

7 总结与展望

7.1 本文研究内容总结

7.2 展望

参考文献

个人简历 在学校期间发表的学术论文与研究成果

个人简历

在学校期间发表的学术论文与研究成果

致谢