基于力反饋的主從式機(jī)器人輔助脊椎穿刺手術(shù)系統(tǒng).pdf

1、骨質(zhì)疏松性脊柱壓縮性骨折(VCF)對(duì)人的危害極大,會(huì)造成病人重心前移,脊柱前屈增大。針對(duì)治療VCF的方法的臨床統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明,PKP在治療VCF過(guò)程中比保守治療、內(nèi)科治療、經(jīng)皮椎體成形術(shù)(PVP)有著明顯的優(yōu)勢(shì),因此在VCF治療過(guò)程中,PKP方法應(yīng)優(yōu)先選用。然而PKP也有一些不足,包括穿刺手術(shù)過(guò)程不連貫,X射線對(duì)醫(yī)生的輻射傷害過(guò)大等,為解決這一問(wèn)題,本文提出使用主從式機(jī)器人將手術(shù)端和操作端分開(kāi),在提高手術(shù)精度的同時(shí)能夠避免醫(yī)生受輻射的危險(xiǎn)

2、,此外,還可以提高整個(gè)手術(shù)過(guò)程的流暢程度,進(jìn)而減小手術(shù)時(shí)間。
　　本文通過(guò)對(duì)機(jī)器人輔助脊椎穿刺手術(shù)系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀的調(diào)研與分析,確立了整體系統(tǒng)的基本設(shè)計(jì)要求,根據(jù)設(shè)計(jì)要求搭建了一套可行的主從式機(jī)器人輔助脊柱穿刺手術(shù)系統(tǒng),并詳細(xì)介紹了系統(tǒng)各個(gè)組成部分及功能。該系統(tǒng)能夠在不改變醫(yī)生操作習(xí)慣的前提下將手術(shù)端與操作端分開(kāi),并能夠通過(guò)主手控制從手的精確運(yùn)動(dòng),同時(shí),從端與環(huán)境的實(shí)際力信息可以通過(guò)力傳感器采集、處理并反饋至主手端,能夠給操作者提供真

3、實(shí)的力覺(jué)臨場(chǎng)感從而幫助操作者順利的完成手術(shù)操作。為此,本文主要做了以下工作:
　　首先,對(duì)機(jī)器人輔助脊椎穿刺手術(shù)系統(tǒng)的控制策略進(jìn)行調(diào)研分析,確定系統(tǒng)雙邊控制的總體方案;再根據(jù)雙邊控制系統(tǒng)穩(wěn)定性、透明性和跟蹤性的要求,對(duì)不同的雙邊控制策略進(jìn)行建模與分析并選擇適合于機(jī)器人輔助脊椎穿刺手術(shù)系統(tǒng)的控制策略。
　　其次,研究機(jī)器人輔助脊椎穿刺手術(shù)系統(tǒng)雙邊控制策略中的位置控制策略,即研究基于機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)的主從異構(gòu)機(jī)器人系統(tǒng)的工作空間映射

4、。首先,通過(guò)D-H法對(duì)滿足P iep er準(zhǔn)則的6-R型串聯(lián)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)進(jìn)行分析并獲得其所有正逆解,并通過(guò)最佳柔順?lè)▌t對(duì)其逆解篩選,為研究系統(tǒng)的主從空間映射奠定基礎(chǔ);其次,研究系統(tǒng)的工作空間映射,以手眼協(xié)調(diào)為前提,采用增量式位置控制策略獲得主從空間映射關(guān)系,并可以根據(jù)需要通過(guò)變比例控制策略改變主從工作空間的對(duì)應(yīng)比例,實(shí)現(xiàn)從端工作空間的放大與縮小,此外,將主從跟隨誤差引入到位置反饋獲得更好的主從跟隨效果進(jìn)而提高系統(tǒng)的位置控制精度。

5、>　　第三,研究主從式機(jī)器人輔助脊椎穿刺手術(shù)系統(tǒng)的力反饋算法。研究基于六維力傳感器的從端真實(shí)力信息的獲取方法,設(shè)計(jì)數(shù)字濾波器對(duì)六維力傳感器的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波,再通過(guò)研究其標(biāo)定、重力補(bǔ)償及坐標(biāo)轉(zhuǎn)換算法,獲得從端在操作者坐標(biāo)系下的真實(shí)力信息并反饋至操作者;此外,將主從位置誤差引入系統(tǒng)的力反饋,雖然系統(tǒng)的透明性有所降低,但是能夠進(jìn)一步的減小主從位置控制誤差,提高手術(shù)操作的安全性。
　　最后,為驗(yàn)證主從式機(jī)器人輔助脊椎穿刺手術(shù)系統(tǒng)的可行性