UR機械臂輔助腰椎穿刺超聲掃描控制研究
發布時間：2021-06-21 17:27:19 作者：顯揚科技
影像引導的機器人經皮穿刺系統具有手術靶點定位精度高、可重復性強、穩定性好,并且能長時間連續工作等優點，能夠將醫生從繁雜重復的步驟中解放出來使其將更多的注意力集中于關鍵操作。
目前，基于影像引導的機器人穿刺手術系統大多基于CT、MRI等設備,而使用超聲成像作為引導方式的研究還較少；超聲成像具有無輻射損傷、便捷經濟、使用方便、不受空間限制、實時靈活等優點，但由于其成像結果的二維性,在用于引導基于機器人的穿刺手術方面的研究和發展受到了一定的限制，針對這一現狀并結合臨床腰椎穿刺手術在超聲引導下進行的實際情況，本文提出了一種機械臂輔助腰椎穿刺超聲掃描控制系統。
首先，本文詳細論述了國內外超聲圖像引導下的穿刺輔助機器人和醫學三維圖像重建的研究現狀，結合研究的背景、意義和現狀提出了本文的研究方案和目標。
搭建了基于UR機械臂的腰椎穿刺超聲掃描系統，并對系統硬件和系統的工作流程進行了詳細的介紹和論述；利用D-H分析方法對UR3機械臂建立了 D-H參數并進行了正、逆運動學的分析，分析了其運動時可能遇到的奇異位置點。
其次，基于機械臂官方的URSDK(.Net 4.0)開發包和TCP/IP網絡協議開發了機械臂掃描控制軟件，使機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行規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,詳細論述了醫學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，按步驟執行控制軟件系統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果,并對結果進行了分析討論，實驗結果證明系統能夠正常穩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行了分析與討論,并對后續研究方法的改進和系統新設備的引入進行了設計和展望。
備注：本文出自北京協和醫學院 董亞斌 碩士學位論文《機械臂輔助腰椎穿刺超聲掃描控制研究》如有侵權，請聯系我們刪除。
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