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核磁共振兼容的手术穿刺定位机器人研制

孟纪超

  穿刺手术是外科常见的一种微创手术,手术的定位需要在医学影像下进行,传统医学影像导航下的手术定位一般更依赖于医师的经验,具有很多不足之处,将机器人与医学图像技术相结合,使得定位更加精确,手术的一次成功率也大大提高。 本文首先学习了穿刺手术及核磁共振医学影像的相关知识,分析了在核磁共振下手术机器人的兼容性问题,包括空间兼容性、驱动兼容性和材料兼容性,确定了通过驱动机器人的定位与定向机构,在医学图像下的导航下,实现穿刺手术的准确定位的最终目的。 在本研究过程中,在核磁共振兼容性的基础上,将机器人设计方案定为以SCARA型构型为主体,能够自动完成定位、定向、穿刺三种运动的定位机器人。按照这一方案,设计了穿刺定位机器人的机械结构,包括两个被动自由度以及六个主动自由度,可以实现在空间中对末端执行器位置、位姿的控制,尤其是能够自动完成穿刺过程,使得手术过程更加准确可靠。整个主体部分采用SCARA型机器人,位姿部分采用并联机构,方便快捷的实现位姿控制。对整个机器人进行了运动分析,包括正运动学分析与运动学反解,最终得到了运动的解析解或数值解。 本文实现了机器人的控制系统,首先对控制系统的硬件进行了选择,完成了控制系统的整体架构,确定了以PLC为核心,通过控制继电器实现不同气缸运动的控制方案,根据不同的控制完成了PLC的编程。同时搭建了气动回路,完成了气动级进电机的控制,实现了整个机器人机械部分的运动。 本文还对C型臂引导肾穿刺定位系统进行了改造,通过临床实验的验证确定了系统的可行性,同时也发现了诸多不足之处,分析确定了整改方案,完成了样机的设计与制造。……   
[关键词]:核磁共振(MRI);穿刺定位;手术机器人;兼容性;气动控制
[文献类型]:硕士论文
[文献出处]:上海交通大学2012年