手術(shù)機器人發(fā)展至今已經(jīng)有近四十年歷史。然而長期以來,受到技術(shù)、倫理、制度等各種因素限制,手術(shù)機器人的自主作業(yè)能力及其在臨床應用領(lǐng)域的推廣一直發(fā)展緩慢。另一方面,在醫(yī)學臨床領(lǐng)域,口腔顱頜面外科一直是數(shù)字化外科技術(shù)應用的先驅(qū)和領(lǐng)軍力量,尤其是手術(shù)方案較為量化的正頜外科,已經(jīng)廣泛實現(xiàn)了計算機輔助設計和手術(shù)導航等數(shù)字化技術(shù)在臨床上的推廣應用。引入機器人技術(shù)來解決數(shù)字化設計在術(shù)中的執(zhí)行問題,成為數(shù)字化正頜外科手術(shù)當前的迫切需求。本文結(jié)合正頜外科手術(shù)現(xiàn)有基礎(chǔ)和臨床需求,搭建了一套基于圖像引導的任務自主型正頜手術(shù)機器人系統(tǒng),并設計了機器人輔助正頜手術(shù)的工作流程,以提高系統(tǒng)精準性、安全性和自主作業(yè)能力為研究目標,針對基于術(shù)前設計數(shù)據(jù)的導航定位和軌跡規(guī)劃方法開展了深入研究。本文先后在山東大學交叉學科、國家重點實驗室基金、國家重點研發(fā)計劃等項目的資助下,完成了以下研究內(nèi)容:（1）正頜手術(shù)機器人系統(tǒng)設計和集成。在手術(shù)機器人系統(tǒng)的研發(fā)過程中,系統(tǒng)集成是工程技術(shù)領(lǐng)域需要解決的重點問題。本文首先在充分分析正頜手術(shù)臨床需求基礎(chǔ)上,通過解決多源三維影像配準、手眼標定、工具標定、數(shù)據(jù)傳輸?shù)认到y(tǒng)集成的關(guān)鍵問題,基于手術(shù)設... 

【文章來源】：山東大學山東省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：142 頁

【學位級別】：博士

【部分圖文】：

圖１．１早期立體定向穿刺手術(shù)機器人系統(tǒng)和Ｎｅｕｒｏｍａｔｅ系統(tǒng)［２５］??

范圍??內(nèi)得到了廣泛應用。此外，Ｃｏｍｐｕｔｅｒ?Ｍｏｔｉｏｎ公司分別在１９９３年和１９９８年公布??了腹腔手術(shù)輔助持鏡手術(shù)機器人ＡＥＳＯＰ系統(tǒng)和主從式操作的ＺＥＵＳ系統(tǒng)，但該??公司在２００３年被直覺公司收購。幾乎同一時期，阿姆斯特朗醫(yī)療有限公司開發(fā)??了一套與ＡＥＳＯＰ系統(tǒng)功能類似的持鏡手術(shù)機器人Ｅｎｄｏａｓｓｉｓｔ系統(tǒng)。其與ＡＥＳＯＰ??系統(tǒng)的區(qū)別在于它不是控制臺與機械臂分開式的設計，而是將控制器安裝在機器??人頂部，形成了一套完整獨立的系統(tǒng)［４３］。??應?ｎ?‘?Ｌ??圖１．３腔鏡類手術(shù)機器人：ｄａＶｉｎｃｉ系統(tǒng)和Ｅｎｄｏａｓｓｉｓｔ系統(tǒng)??除神經(jīng)外科、骨科和腔鏡手術(shù)類手術(shù)以外，放射治療、血管介入等諸多外科??手術(shù)領(lǐng)域也都陸續(xù)開展了手術(shù)機器人相關(guān)的研究，如：１９８７年，為了解決基于框??架的立體定向技術(shù)只適用于頭部顱內(nèi)放療手術(shù)的局限性問題，Ｊｏｈｎ?Ａｄｌｅｒ博士的??團隊開發(fā)了一套名為ＣｙｂｅｒＫｍｆｅ的放療手術(shù)機器人系統(tǒng)［４４，４５］；?２００５年，匹茲堡??大學和卡內(nèi)基梅隆大學的Ｍａｒｃｏ?Ｚｅｎａｔｉ等人研制出采用蛇形連桿機構(gòu)的心臟介??入手術(shù)機器人Ｃａｒｄｉｏｒｏｂｏｔｉｃｓ系統(tǒng)２００７年，Ｈａｎｓｅｎ?Ｍｅｄｉｃａｌ公司發(fā)布了主從??式機構(gòu)的射頻和消融手術(shù)機器人Ｓｅｎｓｅｉ系統(tǒng)，以及基于磁場控制的介入手術(shù)導??管型機器人Ｎ１〇ｂｅ系統(tǒng)【４７＃。??除此之外，還有多種類型的手術(shù)機器人在研發(fā)的過程中。面向具體應用的專??６??

?山東大學博士學位論文??．??？?騫??，ｍ?：…々??，、…Ｋ?１１?？?ｆ／?？?＾??ａＬ?■￡＇?＾??圖１．４?Ｒｅｍｅｂｏｔ、妙手系統(tǒng)、天璣手術(shù)機器人系統(tǒng)、哈工大腹腔鏡手術(shù)機器人系統(tǒng)??１．２．３顱頜面外科手桃器人研宄現(xiàn)狀??盧頁頒面外科（Ｃｒａｎｉｏｍａｘｉｌｌｏｆａｃｉａｌｓｕｒｇｅｒｙ，ＣＭＦ）是專門針對頌骨、面部及其??周圍組織的一類特殊外科手術(shù)，具有術(shù)區(qū)解剖結(jié)構(gòu)復雜，暴露范圍孝對手術(shù)實??施精度要求較高等特點。由于所涉及的手術(shù)對象幾乎涵蓋了顱頜面區(qū)域的所有軟、??硬組織，所以頜面外科手術(shù)的種類也是多種多樣的，如顱頜面腫瘤治療、畸形矯??正、創(chuàng)傷修復、頜下腺病變治療等。與前文所述的神經(jīng)外科和骨科手術(shù)機器人類??似，為了解決術(shù)前設計在術(shù)中的執(zhí)行問題，提高手術(shù)過程中的安全性，頜面外科??手術(shù)機器人開始被引入臨床［６１＿６４］。??世界上第一個關(guān)于頜面外科手術(shù)機器人的報道可以追溯到１９９８年，德國洪??堡大學的Ｌｕｅｔｈ等人公布的專門用于顱頜面手術(shù)的ＯＴＴＯ手術(shù)機器人系統(tǒng)【６５－６６］。??它采用基于三角形運動學的主從式操作的執(zhí)行機構(gòu)，可通過導管實現(xiàn)顱骨內(nèi)固定??物的植入手術(shù)［６５，６６１。此外，１９９９年，德國卡爾斯魯厄大學過程控制與機器人研??宄所公布了一種可在顱頜面手術(shù)中實現(xiàn)顱骨鉆、銑、切削等任務的手術(shù)機器人［１４，??１５］。該系統(tǒng)由一個７自由度的機械臂和一套圖像導航系統(tǒng)組成，并且在機械臂的??末端執(zhí)行機構(gòu)中集成了力傳感器，可實現(xiàn)術(shù)中力覺感知，但由于整套系統(tǒng)體積較??８??

【參考文獻】：
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本文編號：3441498