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《天津理工大学》 2016年
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基于触觉临场感的血管介入手术机器人系统的研究

邵林  
【摘要】:近几年来,心脑血管疾病已经成为威胁人类生命健康的头号杀手。针对该疾病的治疗手段也在不断发展,但依然存在一些问题,比如血管介入手术存在着X光辐射等问题,微创血管介入手术辅助机器人解决了一些传统介入手术存在的为题,但其本身存在着稳定性差待解决的问题。对此,本文开展了对血管介入手术机器人系统的相关研究,设计了一种基于触觉临场感的血管介入手术机器人系统,并进行了性能评估和改进。针对大部分系统对不能充分利用医生在传统介入手术中所获经验的问题,本文提出并研发了一种血管介入手术机器人主操作器,它可以允许医生操作一根实际手术中用到的真实导管,这样就可以充分利用医生在传统的血管介入手术中所获得的经验技巧。同时,针对一些系统缺少力反馈的问题,本文设计并采用了一个基于磁流变液的力反馈阻尼器,它能够通过主侧的手术导管将从操作器检测到的手术导管所受阻力反馈到医生手上,提供给医生一种触觉临场感,有利于提高手术安全性。针对一些系统采用摩擦滚轮的方式推送导管会产生导管与夹具的相对滑移的问题,本文设计了新型夹具,可以保证既能夹紧导管而不产生相对滑移又能不损坏导管,同时,本文对夹具做了性能评估实验并进行了分析。本文设计了一种从操作器,它可以模仿医生实际操作中的送管过程,而且,从操作器上安装有轴向和径向的力检测装置用来提供力反馈的数据。针对主从式系统是医生脱离了手术现场而无法感知一些重要信息的问题,本文设计了一种导管前端力传感器用于检测导管末端与血管的侧壁接触力和前端碰撞力,这些力信息会传送到多位信息监控界面用于给操作医生提供警示。同时,本文设计了一种用于血管介入手术辅助系统的多维信息监控界面,它能够克服现有的技术中存在的一些不足,构造简单,操作方便,能够实时地提供给医生重要的反馈信息,有助于医生操作,提高介入手术的安全性。本文主要介绍了主从操作器的软硬件设计以及触觉临场感的实现,并介绍了多维信息监控界面的设计,最后详细介绍了夹具性能评估实验、主从力反馈实验、监控界面性能评估实验以及主从同步跟随稳定性评估实验等各项实验以验证主从系统的稳定性和精确性。
【学位授予单位】:天津理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:TP242;R54;R743

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