【摘 要】
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我国地域辽阔人口众多,存在医疗资源配置不平衡现状,同时肠胃病患者高达1.2亿,且患病率呈逐年上升趋势,而消化内镜医师仅占全国注册医师的1.06%,难以满足众多患者的需求。故提出远程内镜诊疗技术有望解决这一难题,但该技术仍存在一些临床问题,主要包括远程内镜操控无力感、远程视频传输延时大和远程解决方案不成熟等。为了解决上述问题,本文在国家科技部的资助下,基于实验室研制的软式内镜操控机器人YunSRob
【基金项目】
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“十三五”国家重点研发计划数字诊疗装备研发项目“混合现实辅助消化内镜手术机器人精准微创治疗技术研究”（课题号2018YFC0115101）；
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我国地域辽阔人口众多,存在医疗资源配置不平衡现状,同时肠胃病患者高达1.2亿,且患病率呈逐年上升趋势,而消化内镜医师仅占全国注册医师的1.06%,难以满足众多患者的需求。故提出远程内镜诊疗技术有望解决这一难题,但该技术仍存在一些临床问题,主要包括远程内镜操控无力感、远程视频传输延时大和远程解决方案不成熟等。为了解决上述问题,本文在国家科技部的资助下,基于实验室研制的软式内镜操控机器人YunSRobot,深入研究了远程力感操控、远程图像优化和远程系统架构等关键技术。首先,基于STM32对自主设计的二自由度力反馈主操作器搭建了电控系统,完成对转矩控制、导纳控制和能量控制算法的理论探讨。测试力反馈装置的工作空间、位置精度和输出力等属性,并设计Matlab仿真模型对算法完成仿真与对比。基于CHAI3D软件搭建触觉模拟系统对力反馈装置的力控效果进行了验证。其次,针对远程内镜视频提出了区域图像传输算法。研究了感兴趣区域（ROI）检测算法,实现对内镜视频中的模糊区域、高亮和暗区剔除,得到只包含关注信息的掩膜视频帧。研究了图像修复方法,对Criminisi算法进行了复现并与本文提出的纹理贴图算法修复效果进行对比。再次,基于软件模块完成指令、视频数据的局域网与互联网传输,验证远程实现方法的可行性。根据传输数据的差异性,提出使用软件模块传输指令数据保证可靠性,使用硬件编解码器传输视频数据保证实时性。在此基础上,搭建了基于云平台的远程架构。最后,将主、从端作为客户端,云平台作为服务端,设计并完成远程手术系统的指令、视频延时测试。集成力反馈主操作器、图像优化算法和独立传输技术的远程手术系统,通过主从远程控制实现北京-沈阳的内镜诊疗实验。设计了四种内镜诊疗操作方式的对比实验,证明了力感操控技术对远程手术的优越性。
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