血管介入手术机器人位置/力混合控制系统研究

来源 :北京理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:silvervan
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介入手术作为一种心脑血管疾病的检测及治疗方案正在被越来越多的运用于临床医疗之中。患者无需进行开放式手术治疗,只需要在手臂或腿部血管局部进行麻醉切口,医生即可操作导管导丝通过患者血管进入病变位置进行检查或治疗。由于创口小、治疗速度快,介入手术后病人出现的并发症几率更小,生存率大大提高。为了减小医生介入治疗时受到的辐射影响,同时提高手术的稳定性,介入手术医疗机器人的发展逐渐受到关注。主从操作的介入手术医疗机器人不仅可以使医生远离充满辐射的手术时,同时在手术时不会出现疲劳与抖动,加强了手术过程中操作的可靠性。基于这种观点,本文提出了一种新型的导管导丝协同操作介入手术机器人系统,并提出了力与位置控制结合的控制方法。本文首先介绍了介入手术机器人的研究背景,包括国内外介入手术机器人方面的推出的商业化产品和国内外大学所进行的研究项目,表明该领域研究的必要性。同时介绍了实验室内该领域的一些前期研究成果,分析相关成果优点以及缺陷,并在其基础上提出新一代介入手术机器人的研究点。在所提出的新一代手术机器人改进点的基础上进行了相关机器人系统的搭建,详细介绍了机器人结构与设备的参数,并阐述了搭建思路。在主从机器人平台搭建完成后设计了相应的控制策略。从运动控制和力控制两个方面进行了控制策略的设计。通过使用人体模型进行试验验证了所设计的控制策略的可行性。对于实际应用中的控制需求,将运动控制与力控制相结合,设计了力/位置混合控制方法,提升了主从操作时手术的安全性。在完成控制策略的基础上,通过软件编程设计了带有力觉反馈和视觉反馈的人机交互系统,弥补医生在远程操作所带来的触觉和视觉反馈的缺失。同时设计了相应的主从预警系统,提高了主从操作的稳定性。在本文最后介绍了使用手术机器人所进行的动物实验及临床试验,表明了机器人能够稳定辅助医生进行介入手术操作,证明了手术机器人达到了最初的设计目标。
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