【摘要】：隨著機(jī)器人技術(shù)和計(jì)算機(jī)影像學(xué)技術(shù)的發(fā)展,微創(chuàng)手術(shù)也取得了巨大進(jìn)步,并越來(lái)越多地應(yīng)用于臨床治療。然而現(xiàn)有的主動(dòng)式前列腺介入機(jī)器人由于其系統(tǒng)復(fù)雜、成本高、使用培訓(xùn)時(shí)間較長(zhǎng),推廣應(yīng)用較為困難。鑒于此,本文設(shè)計(jì)了一種被動(dòng)式經(jīng)直腸超聲探頭位姿調(diào)整機(jī)構(gòu),用以輔助醫(yī)生完成前列腺穿刺手術(shù),進(jìn)而實(shí)現(xiàn)前列腺癌的診斷,該機(jī)構(gòu)可以有效地提高手術(shù)效率、手術(shù)精度和手術(shù)安全性,而且能減少患者的痛苦并降低應(yīng)用成本和醫(yī)生的勞動(dòng)強(qiáng)度。本文分析了超聲引導(dǎo)下經(jīng)直腸前列腺活檢手術(shù)流程,并以此為基礎(chǔ)提出了超聲探頭位姿調(diào)整機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則;利用矛盾矩陣和發(fā)明原理設(shè)計(jì)了可以實(shí)現(xiàn)四個(gè)關(guān)節(jié)同時(shí)鎖緊的位置調(diào)整模塊,使用序列二次規(guī)劃算法對(duì)其連桿尺寸進(jìn)行優(yōu)化,得到了滿(mǎn)足手術(shù)需求工作空間下的最優(yōu)尺寸;采用雙平行四邊形遠(yuǎn)心機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)了能夠使超聲探頭實(shí)現(xiàn)定心功能的姿態(tài)調(diào)整模塊,防止手術(shù)過(guò)稱(chēng)中超聲探頭的徑向躥動(dòng);采用C型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的超聲探頭自轉(zhuǎn)及進(jìn)給模塊,便于安裝超聲探頭和穿刺架,避免發(fā)生干涉,6個(gè)獨(dú)立分布的橡膠塊可以實(shí)現(xiàn)對(duì)不規(guī)則形狀的超聲探頭的夾緊。利用Matlab對(duì)機(jī)構(gòu)的可達(dá)工作空間進(jìn)行求解,得到了該工作空間和手術(shù)需求工作空間的對(duì)應(yīng)位置關(guān)系,結(jié)果表明機(jī)構(gòu)的可達(dá)工作空間可以滿(mǎn)足手術(shù)要求;對(duì)超聲探頭在不同進(jìn)給距離下調(diào)整姿態(tài)時(shí)的定心效果進(jìn)行仿真,結(jié)果表明超聲探頭定心穩(wěn)定;利用ANSYS在自重及干擾載荷下對(duì)機(jī)構(gòu)在最遠(yuǎn)端和最近端的兩種位姿分別進(jìn)行剛度和強(qiáng)度分析,結(jié)果表明機(jī)構(gòu)的整體變形滿(mǎn)足手術(shù)要求,最大等效應(yīng)力遠(yuǎn)小于材料許用應(yīng)力,驗(yàn)證了機(jī)構(gòu)的安全性。研制了被動(dòng)式經(jīng)直腸超聲探頭位姿調(diào)整機(jī)構(gòu)的物理樣機(jī),對(duì)各個(gè)關(guān)節(jié)的連續(xù)運(yùn)動(dòng)范圍、鎖緊力以及關(guān)節(jié)在放松狀態(tài)下所需的驅(qū)動(dòng)力進(jìn)行了測(cè)量,驗(yàn)證了該機(jī)構(gòu)可以靈活到達(dá)手術(shù)需求工作空間任意位置的使用性能,且鎖緊定位可靠;對(duì)機(jī)構(gòu)在自重情況下處于不同姿態(tài)時(shí)的靜剛度進(jìn)行了測(cè)量,得到了遠(yuǎn)心點(diǎn)在機(jī)構(gòu)鎖緊狀態(tài)下由于自重變形相對(duì)于理論坐標(biāo)點(diǎn)發(fā)生的位移,結(jié)果表明該位移量可以滿(mǎn)足手術(shù)要求,并為醫(yī)生操作機(jī)構(gòu)時(shí)的誤差補(bǔ)償提供依據(jù);測(cè)量了實(shí)際手術(shù)操作中調(diào)整超聲探頭姿態(tài)時(shí)遠(yuǎn)心點(diǎn)的定心效果,得到了遠(yuǎn)心點(diǎn)在空間中的位移范圍,結(jié)果表明超聲探頭的定心效果穩(wěn)定,所設(shè)計(jì)的被動(dòng)式經(jīng)直腸超聲探頭位姿調(diào)整機(jī)構(gòu)可滿(mǎn)足手術(shù)要求。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：TP242;TB559
【圖文】：

圖 1-1 前列腺粒子植入機(jī)器人系統(tǒng)Fig. 1-1 Prostatic seeds implantation robot system美國(guó)工程研究中心和 Johns Hopkins 大學(xué)合作開(kāi)發(fā)了一種包含超聲圖像導(dǎo)和 TPS 的機(jī)器人系統(tǒng)，如圖 1-2 所示。該系統(tǒng)的最大特點(diǎn)是把一個(gè)小型四自度并聯(lián)機(jī)器人安裝在超聲探頭正上方，使并聯(lián)機(jī)器人和超聲探頭調(diào)整機(jī)構(gòu)的[7, 8]

圖 1-2 包含 US 導(dǎo)航和 TPS 的機(jī)器人系統(tǒng)Fig. 1-2 A robot system with US navigation and TPS

【參考文獻(xiàn)】

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1 趙磊;吳長(zhǎng)君;;前列腺及其周?chē)M織超聲解剖的研究進(jìn)展[J];哈爾濱醫(yī)科大學(xué)學(xué)報(bào);2015年02期

2 馬志方;;如何早期發(fā)現(xiàn)前列腺癌[J];健康向?qū)?2015年02期

3 王朝斌;鄧琛;張琴舜;丁大民;;新型外科手術(shù)機(jī)器人(AOBO)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)及運(yùn)動(dòng)學(xué)分析[J];輕工機(jī)械;2015年01期

4 侯雨雷;王嫦美;胡鑫U

本文編號(hào)：2722456