按压胆囊的微创手术操作仿真

针对使用机器人进行腹腔微创胆囊手术仿真时胆囊的变形问题,研究了按压胆囊时胆囊的变形过程.建立了胆囊及其附属管路的几何模型,针对该几何模型建立了基于弹簧-质点模型的力学模型.提出了使用手术器械按压胆囊时的手术仿真算法,对该仿真算法进行了验证.图形反馈表明该算法可以实现胆囊及其附属管路的按压操作仿真,其图形反馈较为真实,实时性也较好.仿真结果表明:该算法可用于医学仿真,可实际应用于胆囊及其附属管路的操作仿真.     

支持力/触觉反馈的虚拟肝脏手术仿真系统

为提高支持力/触觉反馈的虚拟肝脏手术仿真系统的精度和实时性,提出了一种基于物理意义的平行菱形链连接变形模型.该模型中由于各个链结构单元中菱形的长度等比例变化,计算量小,改变链结构单元中菱形的长度和夹角就可方便地对不同的柔性体进行建模.同时还讨论了系统的结构设计、柔性体形变计算、快速碰撞检测和实时力/触觉反馈操作等.基于6-DOF Delta手控器建立试验平台,并结合力/触觉反馈计算实现了虚拟肝脏手术的拉拽、按压等变形仿真.实验结果表明,该系统力/触觉感觉平稳、模拟效果逼真,能够满足虚拟现实系统对精细作业和实时性的要求.建立简单逼真的物理变形模型和精确快速的碰撞检测算法,有助于提高虚拟肝脏手术仿真系统的性能.     

微创保留胆囊取息肉术患者实施围手术期护理的效果

探讨微创保留胆囊取息肉术患者实施围手术期护理的效果。选取镇原县第一人民医院2014年6月至2016年2月进行微创保留胆囊取息肉术患者114例作为研究对象,随机分为观察组和对照组,各组57例。对照组给予围手术期常规护理,观察组给予围手术期针对性护理,观察并记录两组发生不良反应情况、患者配合度及护理满意情况。观察组患者不良反应发生率比对照组低,两组对比差异明显(P0.05);观察组患者配合度及满意度比对照组高,两组对比差异明显(P0.05)。微创保留胆囊取息肉术患者在围手术期实施针对性护理的效果显著,值得应用和推广。     

虚拟手术仿真系统碰撞检测及其形变的研究

设计了一套用于外科医生手术仿真训练的具有实时力反馈的虚拟手术仿真系统.阐述了反馈设备通过带有力/位置传感器的单自由度的机械手和电机控制电路实现实时模拟手术仿真的位置采集和力反馈功能.通过碰撞检测、非线性力反馈计算和软组织形变计算等算法实现逼真的视觉反馈功能.仿真实验表明该系统提供了实时的视觉反馈,具有很强的真实感.     

网络控制系统的输出反馈控制

将网络控制系统描述为具有输入延迟和测量输出延迟系统,给出了系统渐近稳定的定义.提出了零输入系统渐近稳定存在的充分条件,并基于一个李雅普诺夫泛函,提出了输出反馈镇定控制器存在的充分条件,通过输出反馈控制使闭环系统达到二次稳定.采用锥面互补方法,将不具有严格线性矩阵不等式(LMI)条件的非凸可行解问题转化为具有严格LMI条件的非线性最小化问题,得到了求解输出反馈控制器增益参数的静态输出反馈镇定(SOFS)算法.通过一个仿真实例,验证了该算法的有效性.     

基于协同进化和并行计算的船舶管路布置方法

为解决船舶管路协同布置问题,提出一种适合求解多管路或分支管路协同布置的算法框架.通过为每条管路或分支生成对应的进化种群,将管路间的协同布置转换为种群间的协同进化.基于提出的路径连接点概念,生成管路接口间的候选路径种群,并对种群进行交叉、变异操作.使用A~*算法作为寻路算子,提高了生成路径的质量,同时保证了路径的有效性.为了提高运算效率,引入并行计算策略对算法框架和A~*算法进行改进.最后,两个仿真实例验证了所提出方法的可行性和有效性.     

一种基于优化阈值的有限反馈预编码算法

在上行链路总反馈量受限的多用户MIMO系统中,小数量用户配合高速率反馈比大数量用户配合低速率反馈具有更优的和速率.但较少的用户反馈却不利于获得多用户分集.针对该问题,提出了一种基于优化阈值的用户选择算法,并根据最优反馈速率从选出用户中确定实施反馈的用户.在用户反馈的信道方向信息和信道质量信息基础上,利用迫零波束成形(ZFBF)算法进行预编码.仿真结果表明,该方案具有比最优反馈速率算法更高的和速率.     

虚拟手术仿真中的力反馈研究

虚拟手术仿真是当前国际上生物医学工程领域研究的前沿课题.为了解决仿真中力反馈输出的稳定性和准确性问题,本文首先对基于OBB(Oriented bounding boxes)树结构的碰撞检测和响应进行了改进,改进后可以返回接触点位置和接触面的法向量.在此基础上,提出了一种二次检测的方法,大大减少了穿刺现象的产生;并采用同步机制对力的输出的稳定性进行改进,使力的输出更加稳定准确.最后的实验结果表明,改进后的算法在解决穿刺和稳定性方面有了较大的提高,使手术仿真中力的输出效果更加真实.     

精确反馈线性化中虚拟输出函数的求解与应用

为使精确反馈线性化方法得到更广泛的应用,给出虚拟输出函数的简便求解方法．首先将虚拟输出函数的求解转化为偏微分方程组的求解,然后针对这类偏微分方程组的特点提出仿照求解齐次线性方程组的方法可以简便的求出虚拟输出函数．利用该方法为非线性舵鳍联合系统实现了状态反馈线性化,并基于闭环增益成形算法设计了非线性鲁棒控制器,仿真表明该控制器对原非线性系统能起到良好的控制作用．该方法简单、实用,对于状态反馈线性化的实现具有一定的指导意义．     

应用于机器人辅助微创外科手术的术前规划方法

机器人辅助微创外科手术(RMIS)技术可帮助外科医生有效克服传统微创外科技术的不足,提高外科医生对手术的执行能力,其所带来的良好的临床效果已被广泛接受.对于机器人来说,术前规划工作相对于传统微创外科手术更为复杂,合理的术前规划可以有效避免机器人末端执行器之间的相互干涉,提高机器人辅助微创外科手术的可操作性、可达性和可视性等,这对手术效果至关重要.本文将微创外科手术规划临床经验与机器人操作性能知识相结合,提出了一种基于多目标粒子群优化算法(MOPSO)的术前规划方法,从机器人有效工作空间、碰撞干涉检测、机械臂与器械末端运动灵活性及手眼协调性几个方面入手,对机器人进行综合性的定量评价,并以此为依据通过计算求解得出以合理的患者体表手术切口位置与机器人初始设置位置为主要目标的方案.为验证该方法的有效性,以机器人辅助腹腔镜胆囊切除术为实验范例,应用"MicroHandS"手术机器人系统为实验设备,针对同一名病患,将外科医生的经验方案和由算法计算得出的术前规划方案进行比较分析,其结果证明了该方法的优越性.实验结果表明,由优化算法得到的术前规划方法优势明显,有效地解决了以往仅依靠临床经验进行机器人辅助微创外科手术术前规划所带来的问题,提高了手术的安全性和效率.     

Relationship between cholecystolithiasis and polypoid gallbladder

OBJECTIVE: To study the relationship between cholecystolithiasis and polypoid gallbladder (PLG), 260 patients with polypoid gallbladder were investigated. The patients were divided into 2 groups: group A (PLG combined with cholecystolithiasis) and group B (without cholecystolithiasis). The clinical pathological characteristics were analyzed. The intestinal epithelium metaplasia and atypical hyperplasia of the gallbladder mucosa were observed under light microscope. RESULTS: Intestinal epithelium metaplasia and atypical hyperplasia of gallbladder mucosa were found in 47 of the 260 cases. The pathological lesions included 16 gallbladder carcinoma, 11 adenomatosis polyp, 5 myoadenoma, 7 cholesterol polyp, 4 inflammatory polyp and 4 adenomatosis hyperplasia, which occurred in 26 and 21 patients in group A and group B, i.e. 44.0% and 10.3% respectively. The difference between group A and group B was statistically significant (P<0.01). CONCLUSION: Cholecystolithiasis and the succeeding inflammatory reaction is a risk-factor for the polypoid gallbladder to develop tumour.     

基于VFF-RLS的力传感器的动态特性研究

在科学实验与工业生产中,力传感器动态特性会直接影响传感器的精度,因此研究力传感器动态特性具有重要意义。针对应用于手术机器人的应变式力传感器动态特性难以满足精度要求的问题,文中研究了基于最小二乘参数辨识方法在力传感器振动结构中的应用。由于递推最小二乘（RLS）对于二阶振动系统模型辨识难以同时保证快速性和抗干扰性,文中提出了一种基于可变遗忘因子的递推最小二乘参数辨识方法。首先,通过建立随机振动系统模型,对系统的输入/输出特性进行仿真与分析,确定了遗忘因子函数中的参数,仿真结果表明,文中提出的方法在保持更快收敛速度的同时,使参数辨识误差和收敛预测误差相比于RLS有明显的降低,相比于最小二乘有良好的时变性;然后,在阶跃测试标定法基础上对微创外科手术机器人力传感器的动态参数进行辨识,获得该传感器系统的结构动态特性,即固有频率和阻尼比。实验结果表明,文中提出的方法有较好的收敛性和稳定性,有效地提高了辨识精度。     

软组织非线性物理建模及其参数测定

对现有虚拟手术中人体软组织建模方法进行了分析,针对目前软组织建模真实性还有待提高的问题,提出了一种新的软组织建模方法.首先,在引入体弹簧质点模型的基础上,利用生物力学方法建立了适合软组织力学仿真的模型.然后通过非线性超弹性应变能方程对弹簧力建模,并根据真实肝脏软组织物理特性的测量结果求解模型参数,得到基于物理特性的软组织模型.通过实验验证,该方法在提升虚拟手术触觉沉浸感方面具有可行性和有效性.     

基于车-轨耦合的轨道特种车辆横向建模及参数优化

基于车辆-轨道耦合动力学理论,建立了路轨两用消防车在轨道上行驶的车辆-轨道耦合横向模型,并与传统轨道车辆横向模型进行比较,通过实车试验验证了车辆-轨道耦合横向模型的正确性.在此基础上,建立了多目标优化模型,并采用统一目标函数法对轨道行驶系统的悬架参数进行优化.结果表明,该优化设计方法使车身横向加速度均方根值减小了22.22%,轮轨横向作用力均方根值减小了18.63%,提高了车辆横向平稳性,降低了轮轨横向动作用.     

虚拟仿真技术在装配机械手控制系统中的应用

结合虚拟现实技术与电气控制技术,针对装配生产线的特点和控制要求,开发了一套虚拟仿真系统,可用于系统监控、调试和人员培训.利用罗克韦尔软件编写电气控制程序,通过RSTestStand软件搭建机械手自动装配系统的3D虚拟仿真模型,并基于虚拟可编程控制器(PLC),实现了直线型、余弦-直线型速度曲线调速方案在虚拟仿真对象上的应用.虚拟仿真对象的动作视觉效果和监控曲线表明,控制系统工作良好,通过在机械手各动作的启停、加减速、匀速转换时引入余弦调速方案对速度控制进行优化,有效减小机械臂关节的震动和顿挫,取得了较好的动作流畅性.     

心血管微创介入手术机器人推进机构的关键技术研究

推进机构设计作为心血管微创介入手术机器人的重要部分,其可靠性直接影响了所设计手术机器人系统的精度和准确性。通过对心血管微创介入手术机器人推进机构的分析,模仿人手的推进和捻旋操作方式,设计一种新型的导管、导丝推进机构,实现导管、导丝、球囊、支架的递送,以达到辅助医生完成介入手术的目的。并设计了推进机构的主从操作系统,操作者可以在远端操控推进机构完成对导管、导丝等器械的推进和捻旋,大大减少手术过程中对医生的辐射,降低医生的劳动强度。并对力反馈的实现方法进行设计和分析,实现远程操作医生的力觉临场感,进一步增强系统的可靠性。     

承载明挖隧道有限单元法数值模拟

针对武都-罐子沟高速公路部分隧道进口需下穿省道S201公路的实际情况,考虑到隧道上部要承受车辆荷载及支护与围岩的相互作用,采用ansys8.1建立有限单元模型进行数值模拟计算.计算结果表明,支护结构受力以仰拱及仰拱和曲墙连接部位受力最大;据计算结果,对受力较大部位的配筋和截面尺寸做了调整.计算与调整的结果,不仅满足了工程的需要;而且,对于承载隧道的结构检算,有一定的借鉴意义.     

微创钢板内固定与交锁髓内钉治疗尺骨骨折效果分析

目的探讨微创钢板内固定与交锁髓内钉治疗尺骨骨折效果.方法选取85例尺骨骨折患者,51例行微创钢板内固定术(微创组),34例行交锁髓内钉术(髓内钉组),比较两组手术效果、术后恢复情况及术后并发症发生率.术后3个月、末次随访时均采用Gartland-Werley腕关节评分系统、前臂旋转角度、握力评估腕关节功能.结果微创组手术时间、住院时间、骨折愈合时间均短于髓内钉组(P0.05);微创组术后3个月Gartland-Werley腕关节评分的优良率为74.51%,高于髓内钉组(50.0%),前臂旋转角度、握力均高于髓内钉组,差异具有统计学意义(P0.05),但末次随访比较差异无统计学意义(P0.05);微创组并发症发生率为5.88%,低于髓内钉组(23.53%),差异具有统计学意义(P0.05).结论与交锁髓内钉相比,微创钢板内固定治疗尺骨骨折可缩短手术时间及骨折愈合时间,短时间内可恢复腕关节功能,术后并发症发生率低.     

微创手术机械臂的可控刚度技术综述

针对微创手术中所使用的机械臂存在的灵活性和负载能力之间的矛盾,提出了手术机械臂要具有可控刚度这一特性;材料和构型对微创手术机械臂性能有着很大的影响,目前现有的微创手术机械臂的可控刚度技术原理,主要包含了冗余驱动、材料变刚度、颗粒阻塞、层干扰、型锁合等可控刚度方法;通过文献分析法,分析研究了不同可控刚度方法的基本原理和研究现状,在安全性、响应时间等方面验证了上述可控刚度变刚度方法是否可以安全用于微创手术中;基于目前微创手术机械臂存在的问题,提出了可控刚度技术的未来发展方向,主要包括结构创新、建模控制以及安全性等。     

微创钢板内固定技术经前方入路治疗肱骨粉碎骨折临床研究

目的探讨微创钢板内固定技术（MWO技术）经前方微创入路治疗肱骨粉碎骨折的临床疗效。方法2009年9月～2012年3月我科室运用MIPO技术治疗17例粉碎肱骨骨折（AO分型：B型10例C型7例）,所有病例均采取闭合牵引复位,经肱骨前方肌肉隧道置入LCP板,C臂机透视力线满意后固定,术后指导患者功能锻炼。结果本组17例患者术后随访18-24月,平均21月,骨折4-6月均一期愈合,平均5个月愈合。1例术后出现桡神经麻痹症状,术后10周完全恢复,1例患者因合并肱骨近端骨折,钢板位置较高,发生肩峰撞击综合症,物理治疗后好转。按Neer评分,肩关节活动优9例,良7例,差1例,优良率（94．1％）。结论运用MIPO技术经前方入路治疗肱骨粉碎骨供破坏少,固定牢靠,骨折愈合率高,无需暴露桡神经,这是非常安全有效的治疗措施。