血管介入手術(shù)機(jī)器人輔助系統(tǒng)研究.pdf

1、心腦血管疾病已經(jīng)成為嚴(yán)重威脅人類健康的一種疾病，全球范圍內(nèi)每年有超過(guò)1670萬(wàn)人因?yàn)樾哪X血管疾病而喪失生命。血管介入手術(shù)已經(jīng)成為治療和診斷心腦血管疾病的主要方法和手段。然而傳統(tǒng)的血管介入微創(chuàng)手術(shù)目前還主要由醫(yī)生手工完成，醫(yī)生長(zhǎng)期在X射線下工作，會(huì)受到很大的輻射。血管介入手術(shù)的手術(shù)時(shí)間較長(zhǎng)，這種長(zhǎng)時(shí)間的工作會(huì)導(dǎo)致醫(yī)生和病人的疲勞，醫(yī)生的注意力會(huì)因此被降低。由于缺乏有效的教學(xué)手段，該技術(shù)相對(duì)比較難以掌握，可以進(jìn)行手術(shù)的醫(yī)生數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足患

2、者的需求。血管介入手術(shù)機(jī)器人輔助系統(tǒng)的應(yīng)用，能夠有效的解決這些問(wèn)題。針對(duì)現(xiàn)階段相關(guān)研究中存在的問(wèn)題，本文從人體工學(xué)出發(fā)展開(kāi)了對(duì)血管介入手術(shù)機(jī)器人輔助系統(tǒng)的研究，設(shè)計(jì)一種全新的主從操作系統(tǒng)。
　　針對(duì)主側(cè)的操作方式與傳統(tǒng)手術(shù)操作差異大的問(wèn)題，本文設(shè)計(jì)了一種主操作器，能夠允許醫(yī)生像傳統(tǒng)手術(shù)中一樣直接操作一根真實(shí)的手術(shù)導(dǎo)管，可以充分利用傳統(tǒng)手術(shù)中所積累的操作技巧和方法。借助基于智能材料磁流變液的阻尼器可以將從側(cè)對(duì)手術(shù)導(dǎo)管的真實(shí)操作力通過(guò)

3、主側(cè)醫(yī)生所操作的導(dǎo)管直接反饋到醫(yī)生的手上。這種力反饋的實(shí)現(xiàn)是一種被動(dòng)的力反饋，只有在醫(yī)生操作導(dǎo)管運(yùn)動(dòng)時(shí)才會(huì)產(chǎn)生操作阻力，不會(huì)像利用電機(jī)反饋一樣存在慣性問(wèn)題。而且對(duì)醫(yī)生操作導(dǎo)管的軸向運(yùn)動(dòng)信息的采集采用基于磁感應(yīng)的直線位移傳感器，這樣能夠有效的較小操作的附加阻力。
　　針對(duì)從操作器在推送導(dǎo)管時(shí)可能損壞導(dǎo)管或者推進(jìn)誤差較大的問(wèn)題，本文設(shè)計(jì)了一種能夠模仿醫(yī)生抓送操作的從操作器。從操作器上的前端夾具可以?shī)A住導(dǎo)管模仿醫(yī)生的手，夾具上安裝有力傳

4、感器，可以檢測(cè)到夾緊力以保證不對(duì)導(dǎo)管造成損害。當(dāng)從操作器上的前端夾具夾緊導(dǎo)管時(shí)，線性滑臺(tái)的運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)夾具在軸向上運(yùn)動(dòng)，模仿醫(yī)生的軸向推拉，旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)夾具在徑向上旋轉(zhuǎn)，模仿醫(yī)生的旋管動(dòng)作。軸向操作力以及徑向扭矩都被采集送到主側(cè)作為主操作器上的力反饋裝置提供反饋的依據(jù)。
　　本文分析了血管介入手術(shù)中導(dǎo)管前端接觸力檢測(cè)的重要性，充分了解了導(dǎo)管前端力檢測(cè)的需求。借助的光纖壓力傳感器可以實(shí)時(shí)檢測(cè)導(dǎo)管前端碰撞力，提高手術(shù)的安全性。設(shè)計(jì)了一