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介入手术中的机器人辅助导丝插入系统的设计与研究

陈大国  
【摘要】:随着微创手术(Minimally Invasive Surgery, MIS)技术的发展,由于其操作相对简单、伤口小、患者痛苦小、术后恢复快、风险较小的特点迅速为医生、病人所接受,许多传统上需要进行开放式手术的治疗方案都转向了微创手术。为解决解放军第四五五医院用于肝脏肿瘤治疗的经导管动脉肝动脉化疗栓塞术(Transcatheter Arterial ChemoEmbolization, TACE)中存在的介入医生吸收较多辐射、操作时间较长等问题,进行了使用机器人辅助完成导丝插入操作的课题的研究。 首先,详细分析了传统TACE手术的实施的全过程,并确定了使用机器人辅助需要完成的重点工作。 其次,创新性地提出将激光鼠标传感器作为位移传感器,通过理论分析证明了使用其进行导丝位移测量的可行性。同时由于该传感器的高集成度、良好的检测性能以及低廉的价格,为线位移、角位移特别是需要同时测量上述二维位移的场合提供了一个低成本的方案。 第三,在分析同类系统设计方案的基础上,提出了机器人辅助导丝插入系统的一种方案。使用激光鼠标传感器作为导丝位移测量传感器,使用摄像头视频作为反馈手段。完成了导丝位移测量装置、导丝插入装置以及控制器的机械设计、硬件设计等,并调试成功。 第四,在设计完成的硬件的基础上,完成了系统的上、下位机软件设计。在Windows系统上编写程序实现了数据采集,摄像头图像采集任务,并解决了上、下位机数据传输的问题。下位机使用嵌入式系统,完成了嵌入式操作系统移植、数据通信和运动输出等程序的编写并调试成功。 最后,完成了激光鼠标传感器性能和视频导航遥操作实验,并对结果了分析。实验结果表明,激光鼠标传感器可以用于导丝位移测量,并给出了该传感器的测量精度。视频导航实验验证了导丝位移测量装置、导丝插入执行装置以及视频导航软件协调工作的可行性,并找到了影响视频导航遥操作实验花费时间长短的重要因素,为进一步研究找到了方向。


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