随着影像技术的不断进步及微创诊疗手段的多样化,影像引导微创诊疗技术已逐渐显示出在临床诊疗工作中的诸多优势。CT引导下的经皮穿刺技术作为影像引导微创诊疗领域的重要组成部分,因其较高的空间及密度分辨率,在肺部及骨关节系统疾病和其他深部脏器肿瘤性疾病的诊疗方面具有无法替代的优势。CT引导下经皮穿刺技术能否成功实施的关键点在于穿刺精确度的把握。早期穿刺过程均采用“盲穿刺”法,对于穿刺精度的把控依赖于医生的经验。尤其在多针协同穿刺微创治疗手术中,对医生技术水平及空间想象能力的要求更高。如果术中穿刺位置不准确,往往会导致活检取材达不到诊断要求、肿瘤治疗不彻底、增加手术并发症等情况发生。为了提高穿刺手术的准确性及其诊疗效能,多种定位导航系统应运而生,但均存在各种不足。为了解决这些问题,我们对不同定位导航技术和图像引导方式的临床应用进行对比分析,结合经皮穿刺手术要求与医学机器人、计算机控制领域技术,拟研发一套CT透视实时穿刺机器人导航系统。机器人导航系统的最终目的是应用于临床,服务的对象为医患群体。这要求系统必须具有很高的准确性、安全性及易用性,其涉及的关键技术包括:(1)图像引导方式及配准模式。这是决定系统效能的关键因素,也是系统设计的基础;(2)系统的合理布局及规划。介入手术室及CT透视范围等空间有限,合理的空间布局是保证系统在实际手术环境中顺利运行的前提;(3)系统软件部分的设计。需要实现患者信息及术前影像导入、图像后处理、制定术前计划、透视图像实时输出等功能及机械臂的精确遥操;(4)系统硬件部分的设计与试制。硬件部分的机械配准稳定性及运动准确性直接关系到整个系统的稳定性及安全性。本研究按照计划完成了如下工作:(1)对电磁、光学及机械定位导航系统的临床应用研究结果进一步分析,对CT透视与常规扫描在穿刺手术中的临床应用进行对比分析。在此基础上结合临床实际需求,确立了以CT透视引导、机械定位配准的机器人导航系统框架;(2)导航子系统硬件部分使用配准金属底座作为机械臂空间坐标系与CT透视图像空间坐标系的连接桥梁。软件部分通过资料解析、术前规划、术中导航三个模块满足临床需要;(3)机械操作子系统采用主从-异构式机械臂结构并进行了一系列机械测试实验,取得较好结果。同时将导航子系统与机械操作子系统一体化,完成了机器人导航系统的整体研发;(4)制作了模拟人体肺部组织特点的穿刺模型并完成了模型实验,进一步验证了本系统的穿刺准确性、安全性及易用性。本研究从临床微创穿刺手术实际需求出发,结合机器人、计算机控制等领域技术,研发了一套CT透视实时穿刺机器人导航系统、一种适用于CT透视引导下穿刺模型,完成了相关机械测试及穿刺模型实验,证实本系统符合经皮穿刺手术基本要求,具有较高的准确性、安全性及易用性。期待在后续研究中对系统进一步改进、完善,更加符合临床实际工作要求。