本文選題：手術(shù)機器人　切入點：導航　出處：《中國人民解放軍醫(yī)學院》2016年博士論文

【摘要】：近年來,CT引導下微創(chuàng)治療技術(shù)迅速發(fā)展,在腫瘤治療、脊柱及骨關(guān)節(jié)疾病治療等領(lǐng)域廣泛應用,其療效好、創(chuàng)傷小、恢復快、費用低,顯示出巨大的優(yōu)勢。在該技術(shù)應用過程中,最為關(guān)鍵步驟就是各種治療器械的精準穿刺和適形布針。目前醫(yī)生操作多為盲穿,高度依賴術(shù)者自身的經(jīng)驗和技巧,并且三維適形布針更是需要術(shù)者具有較高的空間想象能力,因此微創(chuàng)手術(shù)的精準性和有效性受到一定影響,易出現(xiàn)腫瘤消融不完全、并發(fā)癥發(fā)生率增高等情況。目前臨床上出現(xiàn)多種CT導航定位系統(tǒng),旨在協(xié)助醫(yī)生進行穿刺,具有一定的精準性,但也存在一定不足。因此本研究以臨床需求為基礎(chǔ),結(jié)合CT引導微創(chuàng)治療技術(shù)特點,將導航技術(shù)、機器人技術(shù)與臨床治療相結(jié)合,擬設(shè)計并研發(fā)一套CT微創(chuàng)介入實時機器人導航系統(tǒng)。CT微創(chuàng)介入實時機器人導航系統(tǒng)涉及定位技術(shù)、機器人技術(shù)、影像成像及重建技術(shù)及臨床治療技術(shù)等醫(yī)工領(lǐng)域,必須根據(jù)臨床需求做到引導精準、操作方便、使用安全等基本要求,其關(guān)鍵技術(shù)主要包括以下四個方面：(1)如何進行CT導航機器人系統(tǒng)平臺構(gòu)架設(shè)計。該系統(tǒng)平臺涉及多種技術(shù)的選擇、融合、優(yōu)化,針對臨床操作需求進行最佳的技術(shù)選擇至關(guān)重要,通過優(yōu)化集成能夠提高導航機器人系統(tǒng)的效率；(2)導航機器人硬件系統(tǒng)的研發(fā)。硬件系統(tǒng)主要包括導航定位平臺及穿刺機械臂系統(tǒng)兩大部分,導航平臺需具備較高精準度,穿刺機械臂系統(tǒng)需具備較高的靈活性及穩(wěn)定性,此外兩者合理的手術(shù)室布局結(jié)構(gòu)搭配也非常關(guān)鍵；(3)導航操作軟件及界面的設(shè)計和實現(xiàn).主要分為導航子系統(tǒng)和控制子系統(tǒng),導航子系統(tǒng)能夠提供任意層面圖像顯示以供醫(yī)生觀察并實施引導穿刺,控制子系統(tǒng)能夠精確控制機械臂位移和姿態(tài),并具有較高的安全性；(4)生理運動的監(jiān)測和補償。主要針對人體呼吸運動及其他身體位移進行精準監(jiān)測并補償。本研究按照計劃完成了以下工作：(1)首先針對磁定位、光學定位及機械臂定位三種系統(tǒng)進行臨床應用對照實驗,探討各定位系統(tǒng)的優(yōu)缺點,在此基礎(chǔ)上根據(jù)臨床需求進行CT導航機器人系統(tǒng)大體框架設(shè)計,確定了基于磁定位導航下機械臂穿刺系統(tǒng)的技術(shù)路線。(2)實現(xiàn)基于磁定位技術(shù)的穿刺手術(shù)機械臂及其控制系統(tǒng)主要模塊的研發(fā),包括電極控制模塊、通訊模塊、信號處理模塊等。根據(jù)臨床手術(shù)實際操作情況分析操作臂研發(fā)需求,設(shè)計并制作一個具有5自由度穿刺手術(shù)機械臂,經(jīng)過局部驗證實驗、體模實驗及動物實驗,證明該系統(tǒng)具有較高的易用性和精準度。(3)實現(xiàn)導航機器人系統(tǒng)操作軟件的設(shè)計和實現(xiàn)。經(jīng)過體模及動物實驗研究,操作界面友好便于醫(yī)生掌握,能夠?qū)崟r提供任意層面成像,顯示機械臂末端的位置,并且針對入針點、靶點的顯示精確,并且能夠針對治療區(qū)域進行標識。(4)針對呼吸與人體運動檢測和圖像補償應用進行研究。本研究導航系統(tǒng)通過檢測體表基準點和穿刺器械位置提供實時導航系統(tǒng),通過呼吸體模運動試驗及人體呼吸測試記錄研究找到運動規(guī)律周期性,根據(jù)系統(tǒng)呼吸門控模塊及呼吸曲線進行呼氣時相穿刺。本研究根據(jù)臨床應用需求研發(fā)了一套基于磁定位技術(shù)的CT微創(chuàng)介入實時導航機器人系統(tǒng),經(jīng)過各項實驗證明導航技術(shù)和機器人技術(shù)相互融合,能夠提高微創(chuàng)介入手術(shù)的精準度和安全性,但該系統(tǒng)還需進一步優(yōu)化改進,提升人機交互能力,使其更好的為臨床服務。
[Abstract]:CT mini - invasive intervention real - time robot navigation system is based on the clinical need .
( 2 ) The research and development of the navigation robot hardware system . The hardware system mainly includes two parts of the navigation positioning platform and the puncture mechanical arm system , the navigation platform needs high precision , the puncture mechanical arm system needs high flexibility and stability , and the reasonable operation room layout structure collocation is also very key ;
( 3 ) The design and implementation of navigation operating software and interface are mainly divided into the navigation subsystem and control subsystem . The navigation subsystem can provide any level of image display for doctors to observe and guide puncture , and the control subsystem can accurately control the displacement and attitude of the robot arm , and has high safety ;
( 4 ) In order to provide real - time navigation system based on magnetic positioning , optical positioning and mechanical arm positioning , the research and development of mechanical arm puncture system based on magnetic positioning technology is carried out .

【學位授予單位】：中國人民解放軍醫(yī)學院
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：R814.42

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本文編號：1670115