主从式遥操作血管介入机器人

传统的血管介入手术需要医生徒手操控导管,存在医生受辐射和人为因素影响手术质量等弊端.针对该问题,设计了用于辅助医生手术的主从式遥操作血管介入机器人.根据临床手术的要求,基于模块化理念,分别对机器人的从端推进机构、主端操控装置进行了结构设计,为主从模式的实现做了相关的软、硬件开发;对机器人样机进行了必要的性能测试,证实了该机器人具有小于1mm的运动控制精度和044ms的主从运动实时性.结果表明:该机器人系统解决了传统手术中的问题,在功能和性能上完全满足血管介入手术的要求,具有较高的临床使用价值.     

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。     

具有力反馈的心血管介入虚拟手术模拟器的研发

目前我国介入手术医生的总量远远不能满足冠心病患者的治疗需求,运用新的心血管介入手术训练手段来加快医生的培养显得尤为迫切,故开展心血管介入虚拟手术系统的研究有重要意义.针对心血管介入虚拟手术模拟器进行研发,对心血管介入虚拟手术力反馈模拟器进行总体设计,该文设计了心血管介入手术介入导丝、导管的运动功能、力反馈功能模块的机械结构与控制系统,设计了X光透视开关、造影剂注射剂量采集、球囊加压气压采集等辅助介入操作仿真模块.研究表明:集成的心血管介入手术模拟器系统满足医学培训的需要.     

科学家发明神经外科手术机器人

[科技日报]欧盟委员会28日宣布,德国、意大利、英国和以色列科学家合作发明了一款神经外科手术机器人,可大大减少手术过程中患者的创伤,提高手术的安全性。在神经外科的显微手术中,医生最多只能完成4种精细动作模式,而这种机器人可完成13种。这种机器人还可     

PID神经网络控制的手术机器人导管操作系统

在微创手术中外科医生长时间暴露于强辐射下,并且需要手动对导管进行灵巧和有效的操作,但这是不精确的.本文的目标是开发一种机器人导管操作系统,以高精度机械控制辅助外科医生进行介入手术.首先,根据PID和神经网络控制算法的特性进行分析.接着,针对经典PID和神经网络PID进行仿真性能分析.然后,在分析机器人导管操纵系统在两种控制算法下的实际性能对比.最后,根据纵向误差和同步操纵性方面进行综合对比.实验结果表明:机器人导管操纵系统的轴向误差小于1 mm.证明了控制方法的可行性和有效性.在远程操作过程中,PID神经网络控制器的同步操纵性能也远优于传统的PID控制器.基本满足机器人导管操作系统的稳定可靠、精度高、反应速度快等要求.     

手术制孔机器人研究进展

传统手术制孔是由医生操作辅助制孔装置,对医生的专业技能与经验积累有很高的要求,同时制孔精度与手术安全性不高.自动制孔技术可以保证手术制孔的安全与精度,缩短手术时间.骨骼制孔过程中,骨骼与钻头的连续摩擦会引起热积累,当温度超过临界值时会导致骨骼发生热坏死.如果钻头超过预设深度就会对骨头周围血管、肌肉及神经造成严重损伤.热积累控制和突破控制研究是保证手术制孔机器人安全操作的关键.研究表明,骨骼发生热坏死的临界温度为47℃,旋转超声骨骼制孔结合金刚石磨粒刀具的方式可以将制孔温度控制在40 ℃.骨骼制孔突破控制主要通过力/力矩、位置、声发射功率谱检测和神经网络分类等方法实现,其中通过力/力矩检测实现突破控制的效果最佳.在骨骼制孔过程中,还会产生钻削振动,因此对手术制孔机器人常用的振动控制方式进行了分析研究,并总结了其他有待进一步解决的问题并展望了未来的研究方向.     

颅底及面侧深区穿刺诊疗机器人系统及实验研究

针对颅底及面侧深区穿刺诊疗手术在活检、放射性粒子植入、射频热凝等介入过程中的多样化需求,研发了一套多功能外科手术机器人系统.该系统可辅助医生完成放针、植入粒子等手术操作.根据不同的手术需求,设计了三款末端执行器,利用通用接口可实现末端执行器与机器人之间的快速安装与拆卸.提出基于光学导航的混合运动控制方法保证机器人系统的定位精度.通过实验验证了机器人的定位精度,并通过尸体实验验证了整个机器人系统在三种手术中的性能.结果表明,该机器人系统具有较高的定位精度,并可灵活应用于多种手术中,具有一定的可行性.     

视觉定位脑外科手术机器人系统的坐标映射

详细阐述了基于视觉定位技术的脑外科手术机器人系统的构成与手术过程,探讨了系统四个坐标系之间的相互映射关系·利用计算机视觉、机器人和医学影像三维重建技术,辅助医生完成脑外科手术·系统采用标记点校准方法,用视觉定位代替人为机械臂定位方式,使系统在手术精度与智能化方面有了很大的改善·通过研究各个坐标系之间映射关系,完成手术校准与规划,引导机器人到达规划的位姿,为实际应用提供了理论基础·     

机器人辅助腹腔镜手术中半主动关节插入端口减重控制

在机器人辅助的腹腔镜手术中,由于机器人远程运动中心和插入端口错位或在手术过程中作用在钳尖上的外力使患者腹壁插入端口上存在负荷,这不仅会加重患者身体承受的压力,还会增加钳与套管针之间的摩擦力,对手术的精细操作和估计力的准确性造成不利影响.为减少机器人在手术中对插入端口产生的负荷,提出一种对半主动关节外科辅助机器人手臂的控制方法.该控制方法可在自行研制的六 自由度气动驱动垂直多关节机器人臂上实现控制,该臂上有一个仅执行力矩控制的两轴框架关节(两个半主动关节),并通过实验进行了验证.通过在半主动关节上施加力矩控制以补偿钳子上的外力来减少在插入端口上的负载.构造了一个包含干扰补偿器的控制系统,并通过对受插入端口约束的钳子施加外力进行了速度控制实验.结果表明,钳头所受外力为0 N和3 N时,通过半主动关节补偿扭矩,插入端口负载分别减少65％和52％.     

基于改进蚁群算法的血管介入手术路径规划

血管介入手术难度大,操作要求精确.由于医生手术水平不一,通常选择粗大通径的血管进行手术,而不会考虑其他更优的路径.提出基于改进蚁群算法的血管介入手术路径规划方法,辅助外科医生术前路径规划.在综合考虑导管的直径,血管的长度、最小直径、最大曲率和最大挠率等因素的基础上,引入端结点因子,改进蚁群算法中的启发式函数和信息素更新机制,最终得到全局最优的规划路径.实验结果表明,术前路径规划合理,证明了算法的可靠性和方法的可行性.     

A robotic tele-drill system over network using predictive display

0 IntroductionMuch research has been done for a long distancetelerobotic operation using exclusive communicationlines .These systems havetheir owncommunicationlines and areused for special purpose ,like space operation, nuclearmaterial handling,robotic telesurgery,etc . Withthe de-velopment of computer networklike Internet ,a teleopera-tionsystemusing it attracts much attention. Using Inter-net has more advantages than using exclusive communica-tionlines . For example ,it is cheaper and can …     

The kinematics modeling based on Spinor theory for CT-guided hybrid robot

This paper focused on a simplified method for solving the hybrid robot kinematics in CT-guided (computerized tomography, CT) surgery. By position constraint introduced, the hybrid robot can be transformed as a redundant serial 7-DOF robot. The forward displacement calculation was developed based on the product-of-exponential formula (POE). Because of the kinematics complexity of the hybrid and redundant robot, the combination technique of Ulrich two-step iteration method and paul variables detachment method (UTI-PVD) was introduced to fulfill the inverse kinematics of redundant robot, the novelty of which lay in the flexibility of various robots structures and in high calculation efficiency for real-time control. The process of solving the inverse displacement was analyzed. The UTI-PVD method can be applicable to kinematics of many robots, especially for redundant robots with more than 6DOF. The kinematics simulation was provided, and robot dexterity analysis was presented. The results indicated that the hybrid robot could implement the minimally invasive CT-guided surgery.     

The design of the robot assisted magnetic resonance imaging guidance for minimally invasive surgery system

assisted Minimally lnvasive Surgery (MIS) is one of the rapidest developing directiorls in the current surgical reahn. Magnetic Resonance Imaging (MRI) is an optimal imaging modality which was applied in MIS in recent years. By combination of precise positioning to the target by intra-operative MRI guided surgery and dexterous motion by the robot, safe and smooth operation is expected to be peffurmed.An overview of the MR I-guided robotic system for MIS is offered. The design of the intra-operative MR scalmer system is described. The MR-compatible robotic system is carefully desigaled for safety and sterilization issues. This system unifies image information from open MRI, an optical endoscope and conventional vital-sign detectors. It helps and guides the surgeon and other medical staffs so they can make the right decisions. The high-performance manipulator can mimic the movement of the surgeon‘ s hand precisely. And the analysis for active and passive interventional surgical instrument tracking is provided.     

新型仿生介入机器人推进方式

生物管腔中运行的微型机器人驱动机理研究是当前机器人研究的一个热点．为研究适合于充满液体的生物管腔的微型管道介入机器人，基于精子的运动原理，提出一种机器人游动推进方案，建立了游动机器人动力学模型，对该推进方式进行了仿真分析计算．为证明该推进方案的可行性，制作了一个大尺度的机器人实验样机模型．实验表明：实验的结果符合理论的规律，从而证明理论的正确，该推进方式是可行的．     

前列腺穿刺活检手术机器人的运动控制

针对传统手工进行前列腺穿刺活检的不足,设计了多自由度穿刺活检手术机器人模型.根据穿刺活检手术对机器人自由度及精度的要求,确定了机器人的位置调整方式和传动结构,并通过Solidworks建模设计机器人的三维模型,建立了机器人的D-H矩阵,运用Matlab中的SimMechanics工具箱实现机器人的工作空间仿真.仿真结果表明穿刺针工作空间范围是可行的.机器人代替传统手工进行前列腺穿刺活检具有精度高、更加灵活的优点,可有效降低医生的手术难度,对提高前列腺癌的阳性活检率有着重要的意义.     

骨科手术机器人技术发展及临床应用

 骨科手术机器人是推动精准、微创骨科手术发展的核心智能化装备,是骨科手术发展的趋势,已成为国际研究热点。本文介绍了骨科手术机器人的发展历程及国内外典型的骨科手术产品,重点介绍自主研发的天玑骨科手术机器人的研发历程及技术优势。天玑骨科手术机器人是国际首台通用型骨科手术机器人产品,可完成包括四肢、骨盆及髋臼创伤,脊柱退行性疾病在内的的多种骨科手术,定位精度及性能指标达国际领先水平,获中国医疗外科机器人Ⅲ器械注册证。同时,对骨科手术机器人的发展趋势进行了预测及分析。