机器人外科手术系统结构与人机交互的研究

论文摘要

随着医学理论的不断进步与发展,外科手术也正朝着更加精细更加复杂的方向发展。近几十年来高速发展的计算机、机器人、电子信息以及网络通信等技术已经越来越多地应用于医学领域。“机器人辅助手术”(RAS, Robot Assisted Surgery)系统在现代临床医疗中已经被越来越多地采用。每年成千上万患有关节疾病的病人接受了全膝关节置换手术(TKR, Total Knee Replacement),期望在一定程度上恢复行行动,减少痛苦。目前,手术中假体位置主要由临床经验和专用模板保证,人为因素是误差主要来源。针对传统夹具膝关节手术的诸多缺陷,计算机或机器人辅助全膝关节置换手术应运而生。相比人工膝关节置换手术,采用计算机与机器人进行辅助手术,以及使用专家系统进行受力、运动的评估,获取最优的放置位置可以使机器人辅助膝关节手术具有更好的操作精度,提高假体置换手术质量与成功率。传统机器人辅助全膝关节手术系统存在的初始定位难,以及病人必须接受两次手术等诸多缺点一直是人们的研究热点之一。本文基于机器人集成手术系统的理念,针对传统全膝关节置换手术的缺点,提出了基于无CT建模机器人辅助全膝关节手术系统(RASSTKR, Robot Assisted Surgical System for Total Knee Replacement)的概念。本文对RASSTKR系统构建、定位、跟踪、标定等关键技术在理论性与应用性上进行了全面的研究工作,主要研究内容与研究成果如下:为了更好的理解RASSTKR的理论与应用背景,首先介绍了与RASSTKR系统相关的一些基础知识,包括对下肢对线、膝关节的稳定

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摘要

ABSTRACT

一、绪论

1.1 机器人辅助外科手术概述

1.2 机器人辅助外科手术系统中的关键技术

1.3 本文的主要内容

二、人工全膝关节置换术

2.1 概念及要求

2.2 手术过程

2.2.1 股骨手术

2.2.2 胫骨手术

2.2.3 髌骨手术

2.2.4 假体安装

三、机器人辅助膝关节手术系统

3.1 机器人辅助膝关节手术系统的概念及要求

3.2 机器人辅助膝关节手术系统的构成

3.1.1 手术机器人

3.1.2 机器人控制器

3.1.3 红外双目摄像机

3.1.4 图像采集卡

3.1.5 红外定位工具

3.1.6 标定程序

3.3 机器人辅助膝关节手术技术方案

四、机器人辅助膝关节手术系统软件的设计

4.1 WATO 系统的软件架构

4.2 WATO 软件功能模块

4.2.1 机器人伺服程序

4.2.2 主控制程序

4.2.3 三维重建程序

4.2.4 标定程序

五、机器人辅助膝关节手术系统实验

5.1 误差实验

5.2 假骨模型实验

5.3 人体尸骨实验

六、总结与展望

6.1 论文工作总结

6.2 后期展望

附录

A 图像采集卡类CCAPCARD使用参考

B 图像处理类CIMAGE使用参考

参考文献

致谢

攻读硕士期间参加的项目和发表的学术论文

参加项目情况

论文发表情况

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