CT导航下的机器人辅助穿刺定位方法

针对机器人辅助穿刺中病灶定位系统价格昂贵、穿刺针全向定位机构结构复杂等问题,分别提出了CT导航下病灶定位方法和穿刺针全向定位方法。基于坐标变换理论,病灶定位方法由3个不共线标记点在CT和机器人坐标系的坐标数据辨识出2个坐标系之间的位置关系,然后由CT下的病灶坐标实现病灶在机器人下的定位。全向定位方法结合病灶的定位结果和机器人运动学,通过软件控制实现穿刺针在调整自身姿态时仍始终指向所定位病灶位置,为病灶穿刺提供安全的进针点和入刺角度。搭建含UR机械臂的6-DOF辅助穿刺系统,并在CT导航下对患者模型进行病灶和穿刺针的定位实验,实验结果表明:病灶定位误差在3 mm以内,与基于5个标记点的最小二乘病灶定位法精度相当,但定位效率提高约40%,其中病灶定位方法计算误差为1.43 mm,证明利用软件代替复杂机构的穿刺针全向定位方法是可行的。本文建立的病灶及穿刺针定位方法有效、准确,可为后续病灶自主定位和穿刺针路径规划提供理论基础。     

核磁共振环境下机器人驱动及控制传感技术研究

核磁共振成像(MRI)导向下的机器人辅助微创手术,以其对软组织的高分辨率、高精度及高效微创等特点,近年来倍受国际医学界的青睐.但受核磁仪有限结构空间和高磁场强度的限制,传统的驱动方式及传感器无法在核磁共振环境下的机器人中使用.本文针对这一领域的应用特点,总结了目前国内外主要的核磁兼容驱动方式及传感器的技术难点,并通过国内外相关研究成果介绍了其原理、控制方法及设计制造方法.经过综合对比得出了各种方法的优缺点及各自的适用场合,并指出了该领域的发展方向.     

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.     

六自由度冗佟工磨削机器人的运动仿真

应用等效运动模型法建立了六自由度串并联复合驱动型冗余度磨削机器人的运动方程,开发了运动仿真软件,分析了机器人的加工空间,给出了仿真软件的应用方法和实例。仿真结果表明,与其本体结构相比,该机器人具有较大加工空间。所开发的仿真软件是机器人设计、分析、编程及控制的重要基础模块。     

一种WSN环境下多机器人协作式声源定位方法

研究多机器人协作式任务执行具有现实意义。针对目前机器人声源定位算法不能满足多机器人协作式搜寻声源的场合,提出一种无线传感器网络(Wireless Sensor Networks, WSN)环境下的多机器人窄带声源定位方法。该方法根据接收信号强度对多个机器人的全局坐标进行测距定位,利用到达时间差(Time Difference of Arrival,TDoA)定位方法估计机器人与声源的相对距离,并结合全相位傅里叶变换(all-phase FFT,apFFT)算法提高相对距离的估计精度,最后通过测距定位算法得到声源的全局坐标值。在4个WSN节点和3个机器人组成的系统中进行方法测试,实验结果表明：该方法能实现三机器人协作式的声源定位任务,定位准确率较高,可满足搜救场合中声源定位的要求。     

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·     

凿岩机器人的车体定位

凿岩机器人作业前必须首先确定车体的空间位置．作者在机器人运动学研究的基础上,提出了车体定位的方案,以隧道激光束为基准,通过齐次坐标变换,建立了凿岩机器人车体坐标系与隧道断面绝对坐标系关系的数学模型,并编写了快速求解程序,使在理想断面上设计的爆破孔的位姿方便、快速地变换成机械手各个关节的变量,实现机械手在运动空间的定位,为凿岩机器人的实用化研究打下了良好的基础     

管道检测机器人加速度定位方法

针对目前运用较为广泛的几种管道检测机器人定位法所存在的一些局限性,提出了受环境影响较小的加速度定位法,介绍了其理论原理,给出了适合整个管道的定位公式（包括水平管段和倾斜管段）;通过定位误差分析,发现其误差随时间的平方而递增,采用加速度定位和光电码盘定位相结合,同时结合内外时钟的办法降低定位误差,得到改进后的应用结构流程图,并根据机器人行进中振动噪声的影响分析确定了加速度计的安装位置。     

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.     

磁共振成像中涡流效应的仿真

为研究涡流对磁共振(MRI)图像的影响,提出了MRI中涡流效应的仿真方法。在基于Bloch方程的仿真方法的基础上增加描述涡流的数学模型从而实现MRI中涡流效应的仿真。为验证仿真结果,首先在一台0.3T永磁MRI系统上测量了涡流模型的参数,然后在该系统上设计并实现了带有附加梯度的自旋回波(SE)序列用以显示零阶涡流的影响。仿真图像和实际图像均显示了和理论分析相符的混叠伪影,同时利用仿真程序补偿实际接收信号,可以明显地减小重建图像的伪影。以上实验结果验证了仿真程序的正确性。     

磁共振成像中涡流效应的仿真

为研究涡流对磁共振(MRI)图像的影响,提出了MRI中涡流效应的仿真方法。在基于Bloch方程的仿真方法的基础上增加描述涡流的数学模型从而实现MRI中涡流效应的仿真。为验证仿真结果,首先在一台0.3 T永磁MRI系统上测量涡流模型的参数,然后在该系统上设计并实现了带有附加梯度的自旋回波(SE)序列用以显示零阶涡流的影响。仿真图像和实际图像均显示了与理论分析相符的混叠伪影,同时利用仿真程序补偿实际接收信号,可以明显地减小重建图像的伪影。以上实验结果验证了仿真程序的正确性。     

中场强MR化学位移技术在肾上腺腺瘤诊断中的应用

目的在于探讨中场强MR化学位移技术对肾上腺腺瘤的诊断价值。在材料和方法上回顾性收集肾上腺各类肿瘤13例，均使用化学位移及其它MR序列成像，并比较其成像效果，所有病例均经手术证实。其结果除直径超过5CM的较大病灶由于出血坏死等因素影响外，多数肾上腺腺瘤均表现为去相位信号均匀性减低，而其它病变无类似表现。可见中场强MR化学位移技术对于肾上腺腺瘤的诊断与鉴别诊断具有重要价值。     

阿尔茨海默病DT-MRI脑图像的识别

利用脑部的扩散张量磁共振图像(d iffus ion tensorm agnetic resonance im ag ing,DT-M R I),探索对阿尔茨海默病计算机辅助诊断方法,提出了一种线性识别方法。对9例阿尔茨海默病患者和9例正常人脑部在1.5 T磁共振成像系统上作DT-M R I扫描。测量胼胝体膝部、胼胝体压部和海马的表观扩散系数和各向异性分数。对这些参数进行了统计,以训练识别器。用留一法估算,得到识别正确率为83.33%。结果表明,DT-M R I图像可以反映阿尔茨海默患者脑部的受损情况,该识别方法能为阿尔茨海默病的临床诊断提供帮助。     

稀土钆在生物医学中的应用

作为镧系元素(Ln)之一的稀土钆(Gd),由于原子序数大、最外层电子未成对且电子诱导能力不同,使其具有丰富的物理化学性质,吸引了广大研究者的兴趣,尤其是在生物医学领域.对钆元素在磁共振成像(MRI)、荧光成像、抗菌作用以及放射增敏的抗肿瘤作用方面进行了综述,以进一步促进钆元素在生物医学上的研究和运用.     

永磁磁共振扩散加权平面回波成像涡流伪影校正

研究了涡流对永磁磁共振扩散加权平面回波成像的影响,提出了一种针对永磁磁共振成像系统的涡流补偿算法,并对扩散加权EPI序列由于剩余涡流引起的相位误差提出了一种补偿方法.在0.35T永磁型磁共振成像系统上对算法进行了验证,不同的梯度方向经过涡流预加重补偿后,涡流最少也会降至未补偿前的1/15.对涡流补偿和未补偿的模体扩散加权EPI图像进行了比较,经过两次补偿后,图像几何畸变会降低5%,图像伪影会降低1/3.实验结果表明,所提出的算法可以有效抑制因涡流引起的扩散加权EPI伪影及畸变.     

磁共振图像实现人体体成分数字化的研究

采用对人体无任何辐射的磁共振(MR)方法对人体进行全身扫描,结合各种图像软件Photoshop,Matlab对获得的磁共振图像(MRI)进行数字化分析,获得人体内各种组织质量,并用获得的结果与生物电阻抗人体成分测试仪Inbody3.0及皮褶法测试的结果进行比较,表明体脂肪质量生物电阻抗法与MRI分析法的测量结果差别为-(△m)(脂肪)=(0.3±1.65)/kg,(△w)(脂肪)=(0.5±2.24)%,皮褶法与MRI分析法结果的(Aw)(脂肪)=(3±3.62)%,说明生物电阻抗法比皮褶法的测量结果更加准确,其原理更为科学.     

地面核磁共振找水仪大功率发射机的研制

为缓解中国西部地区淡水供需矛盾,研制了一种大功率核磁共振找水仪发射机。该发射机由DDS(Direct Digital Frequency Synthesis)芯片产生频率为当地拉莫尔频率的信号,通过大功率开关器件IGBT(Isolation Gate Bipolar Transistor)向天线等负载输出交变电流,从而激发地下水中氢质子产生可供检测的核磁信号,已成功应用到地面核磁共振找水仪样机中。与目前世界上唯一商品化的法国NUMIS(Nuclear Magnetic Induction System)系统相比,其频率范围(1~4 kHz)比NUMIS(0.8~3 kHz)宽,最大脉冲矩(18000 A.ms)比NUMIS(9000 A.ms)大,能够应用于更深层地下水的探测。     

成年高血压与血压正常者颅脑MRI的对比观察

目的 :通过MR影像的分析探讨高血压与慢性脑损害关系。方法 :搜集颅脑MR扫描的成年高血压和血压正常者资料 2 37例 ,按年龄段将其MRI表现进行详细对比分析。结果 :本组病例在脑内多数部位 ,其高信号灶均随年龄增大而增多 ;6 0～ 6 9岁年龄段的高血压患者 ,在底节内外囊、放射冠、半卵圆中心、侧脑室体部和前后角周围 ,其高信号灶的出现率高于血压正常组 (P <0 0 5 ) ,并且更容易发生脑室扩大 (P <0 0 5 ) ;脑梗死的发生率与血压正常与否无关 (P >0 0 5 ) ,但随着年龄增大而增高。结论 :高血压患者多在 6 0～ 6 9岁时表现明显脑损害。