機器人外科手術系統(tǒng)結構與人機交互的研究.pdf

1、隨著醫(yī)學理論的不斷進步與發(fā)展，外科手術也正朝著更加精細更加復雜的方向發(fā)展。近幾十年來高速發(fā)展的計算機、機器人、電子信息以及網絡通信等技術已經越來越多地應用于醫(yī)學領域?！皺C器人輔助手術”（RAS, Robot Assisted Surgery）系統(tǒng)在現代臨床醫(yī)療中已經被越來越多地采用。 每年成千上萬患有關節(jié)疾病的病人接受了全膝關節(jié)置換手術（TKR, Total Knee Replacement）, 期望在一定程度上恢復行行動，減

2、少痛苦。目前，手術中假體位置主要由臨床經驗和專用模板保證，人為因素是誤差主要來源。針對傳統(tǒng)夾具膝關節(jié)手術的諸多缺陷，計算機或機器人輔助全膝關節(jié)置換手術應運而生。相比人工膝關節(jié)置換手術，采用計算機與機器人進行輔助手術，以及使用專家系統(tǒng)進行受力、運動的評估，獲取最優(yōu)的放置位置可以使機器人輔助膝關節(jié)手術具有更好的操作精度，提高假體置換手術質量與成功率。 傳統(tǒng)機器人輔助全膝關節(jié)手術系統(tǒng)存在的初始定位難，以及病人必須接受兩次手術等諸多缺

3、點一直是人們的研究熱點之一。本文基于機器人集成手術系統(tǒng)的理念，針對傳統(tǒng)全膝關節(jié)置換手術的缺點，提出了基于無CT 建模機器人輔助全膝關節(jié)手術系統(tǒng)(RASSTKR, RobotAssisted Surgical System for Total Knee Replacement)的概念。 本文對RASSTKR 系統(tǒng)構建、定位、跟蹤、標定等關鍵技術在理論性與應用性上進行了全面的研究工作，主要研究內容與研究成果如下： 為了更

4、好的理解RASSTKR 的理論與應用背景，首先介紹了與RASSTKR 系統(tǒng)相關的一些基礎知識，包括對下肢對線、膝關節(jié)的穩(wěn)定結構、膝關節(jié)假體的種類以及膝關節(jié)置換手術的一些基本的要求。同時對基于夾具系統(tǒng)的全膝關節(jié)置換術的手術過程諸如股骨手術、脛骨手術與髕骨手術進行了簡要的介紹。為后續(xù)RASSTKR 的建立提供了充分的實踐背景，對RASSTKR 起到了重要的指導意義。 第二章著重介紹我們自主研發(fā)的一套機器人輔助膝關節(jié)手術系統(tǒng)的設計思

5、想和關鍵技術。主要包括整體的軟硬件組成、各個部分的工作原理和組成結構圖。 機器人外科手術系統(tǒng)設計的關鍵是系統(tǒng)控制軟件，所以，本文著重介紹了系統(tǒng)中幾個重要的軟件的設計和實現。包括機器人伺服程序、主控制程序、三維重建程序、標定程序等。對于每一個程序都詳細介紹了其組成結構圖以及每個類的接口和關鍵技術。 誤差和實時性是機器人外科手術系統(tǒng)最為關鍵的系統(tǒng)指標，而這正是第五章的主要內容。本文將分析系統(tǒng)中可能產生誤差的各個環(huán)節(jié)并通過實驗