UR機(jī)械臂輔助腰椎穿刺超聲掃描控制研究

發(fā)布時間：2021-06-21 17:27:19     作者：顯揚(yáng)科技

      影像引導(dǎo)的機(jī)器人經(jīng)皮穿刺系統(tǒng)具有手術(shù)靶點定位精度高、可重復(fù)性強(qiáng)、穩(wěn)定性好,并且能長時間連續(xù)工作等優(yōu)點，能夠?qū)⑨t(yī)生從繁雜重復(fù)的步驟中解放出來使其將更多的注意力集中于關(guān)鍵操作。

      目前，基于影像引導(dǎo)的機(jī)器人穿刺手術(shù)系統(tǒng)大多基于CT、MRI等設(shè)備,而使用超聲成像作為引導(dǎo)方式的研究還較少；超聲成像具有無輻射損傷、便捷經(jīng)濟(jì)、使用方便、不受空間限制、實時靈活等優(yōu)點，但由于其成像結(jié)果的二維性,在用于引導(dǎo)基于機(jī)器人的穿刺手術(shù)方面的研究和發(fā)展受到了一定的限制，針對這一現(xiàn)狀并結(jié)合臨床腰椎穿刺手術(shù)在超聲引導(dǎo)下進(jìn)行的實際情況，本文提出了一種機(jī)械臂輔助腰椎穿刺超聲掃描控制系統(tǒng)。

      首先，本文詳細(xì)論述了國內(nèi)外超聲圖像引導(dǎo)下的穿刺輔助機(jī)器人和醫(yī)學(xué)三維圖像重建的研究現(xiàn)狀，結(jié)合研究的背景、意義和現(xiàn)狀提出了本文的研究方案和目標(biāo)。

      搭建了基于UR機(jī)械臂的腰椎穿刺超聲掃描系統(tǒng)，并對系統(tǒng)硬件和系統(tǒng)的工作流程進(jìn)行了詳細(xì)的介紹和論述；利用D-H分析方法對UR3機(jī)械臂建立了 D-H參數(shù)并進(jìn)行了正、逆運動學(xué)的分析，分析了其運動時可能遇到的奇異位置點。

      其次，基于機(jī)械臂官方的URSDK(.Net 4.0)開發(fā)包和TCP/IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議開發(fā)了機(jī)械臂掃描控制軟件，使機(jī)械臂能夠在操作者與軟件的交互控制下夾持超聲掃描探頭確定掃描的起止點并執(zhí)行規(guī)劃下的掃描以采集感興趣部位的二維超聲圖像序列。針對二維超聲圖像序列的三維重建,詳細(xì)論述了醫(yī)學(xué)圖像三維重建可視化的原理、步驟和方法，制定并論述了本文所采用的基于VTK的光線投影重建算法步驟,編寫了用于三維重建的程序。

      然后，按步驟執(zhí)行控制軟件系統(tǒng)采集水下腰椎模型和CIRS MODEL 034腰椎穿刺模型的二維超聲圖像序列并基于VTK程序進(jìn)行三維重建，比較了線性插值算法和鄰近插值算法、高斯平滑濾波和三維中值濾波以及無濾波算法時的重建結(jié)果,并對結(jié)果進(jìn)行了分析討論，實驗結(jié)果證明系統(tǒng)能夠正常穩(wěn)定工作并采集不同模型的二維超聲圖像序列用于三維重建，同時也證明了三維重建方法的可行性和有效性。最后，對本文研究中所存在的問題與不足進(jìn)行了分析與討論,并對后續(xù)研究方法的改進(jìn)和系統(tǒng)新設(shè)備的引入進(jìn)行了設(shè)計和展望。

備注：本文出自北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院 董亞斌 碩士學(xué)位論文《機(jī)械臂輔助腰椎穿刺超聲掃描控制研究》如有侵權(quán)，請聯(lián)系我們刪除。
 
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