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经皮肾镜穿刺机器人的模型及样机的设计制作

余月  
【摘要】: 研究背景和目的: 肾结石是泌尿外科的一种常见疾病,对于肾结石的治疗,多采用手术治疗。经皮肾穿刺技术经皮肾镜钬激光碎石术、经皮肾镜取石术等手术的基础操作。近年来,机器人从工业化生产线来到了医学领域。先进的机器人技术也为经皮肾脏穿刺技术带来了新的机遇。本课题旨在基于现有的手术技术,设计制作一台可建立经皮肾穿刺通道的机器人系统,并通过动物实验检验该系统的性能指标、安全性和可行性。 研究内容和方法: 1.经皮肾穿刺机器人模型阶段:总结该类机器人的基本结构,设计制图。制作出6个自由活动度(DOF, Degree of freedom)的机器人系统模型。通过电脑控制,在非生命体和离体的大鼠肾脏上初步穿刺试验。评价机器人的灵活性,准确性,可操控性。为样机的设计制作做好准备。 2.经皮肾穿刺机器人样机阶段:以演示模型为蓝本,与制作公司共同设计出机械臂的样机,在兔模型和离体的猪肾脏模型上,在B超的引导下,利用穿刺机器人样机在选定的位点上进行穿刺。评价可行性,准确性。记录穿刺允许范围,以及发生的穿刺并发症。 结果: 1.经皮肾穿刺机器人模型阶段:通过在固定的水果上试验,初步判断机械臂能够在固定的物件上选定的多点进行穿刺。穿刺深度可调(1mm到15mm,1mm进制)。有很短的学习曲线。在3例共6个大鼠离体肾脏穿刺中,穿刺通道都进入了肾盏或肾盂。除最初1例因没有穿刺深度经验而穿刺时间较长(5分钟)外,其余2例的穿刺进入时间都在2分钟以下。 2.经皮肾穿刺机器人样机阶段:机器人经皮肾脏穿刺系统可以达到6DOF。直视下穿刺离体猪肾盏的成功率为67%。在活体动物模型(兔)上可以进行实际的B超引导下穿刺试验,引导图像找到目标肾脏成功率为100%,穿刺成功率为50%。对腔镜的扶持稳定。不摇晃。 结论: 初步判断机器人样机具备进行经皮穿刺的运动能力,在动物实验中的精确度,安全性。其操作容易被掌握,学习曲线短。


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