穿刺机器人超声标定技术及体模研究现状

对超声引导的穿刺手术机器人的超声标定技术及其不同标定模型进行了分析研究。首先比较了磁导航定位系统、光导航定位系统以及光磁协同导航定位系统各自的优势和不足;然后介绍了超声标定算法,综述了点模型、线模型、面模型和无标定模型的研究现状;最后从精密度、准确度、操作难度、适用范围等几个方面对标定模型进行了比较。

基于李代数的医学穿刺机器人运动学建模

医学穿刺机器人结构主要包括肩关节、肘关节、腕关节以及穿刺针等部分。为了验证医学穿刺机器人李群运动学模型,在传统运动学建模D-H法的基出上,建立了基于李群李代数理论的机器人运动学模型,并进行仿真实验验证,研究结果证明模型的正确性,对机器人运动学建模进行了探索性验证,同时对机器人的轨迹规划及动、静态特性提供了一定的参考。

自动静脉穿刺机器人在血液病患者中的应用效果

目的探讨自动静脉穿刺机器人在提升血液病患者静态穿刺一次的成功率,降低疼痛发生率的临床应用效果。方法选取2017年3月~2021年8月解放军总医院血液病学部104名血液病患者,按照随机数表法分为试验组和对照组,其中试验组应用自动静脉穿刺机器人进行静脉输液,对照组使用常规静脉穿刺方法进行静脉输液。比较两组患者的静脉穿刺一次性成功率及疼痛发生率。结果试验组一次性穿刺成功率高于对照组,差异具有统计学意义(P<0.05);试验组疼痛发生率低于对照组,差异有统计学意义(P<0.05)。结论自动静脉穿刺机器人有助于提高静脉穿刺成功率,降低患者疼痛程度,适用于血液病患者的静脉穿刺工作。

基于图像处理技术的静脉穿刺机器人技术研究

文章分析了静脉穿刺机器人研究目的及现状,明确了该系统需要解决的技术问题,着重论述了国外研究团队通过视觉系统,应用图像处理技术解决穿刺机器人自主静脉穿刺的血管定位及轨迹引导问题,为今后深入研究该问题提供思路和借鉴。

医学图像引导辅助穿刺机器人

设计说明:用工业设计,将图图像处理技术(包括三维重建与配准,通过图像实现模型重构,提高手术可视化程,空间定位坐标变换等)智能机器人技术(包含智能机器人路径规划、控制算法、轨迹跟踪等)进行一体化整合设计。

穿刺机器人在微创外科手术中的应用进展

穿刺操作是微创外科手术(minimally invasive surgery,MIS)的重要组成部分,高精度穿刺是医疗安全与质量的保证,医师经验和操作技能的差异,限制了此类手术的发展。穿刺机器人具有操作稳定、精准和灵活等优点,能够提高穿刺成功率、减少并发症。近年来机器人技术的发展及精准性的提高,广大医务工作者对其关注度日益增加。疼痛科的核心技术为微创介入穿刺,包括颌面部三叉神经、舌咽神经等穿刺以及和颈、胸、腰部神经根、背根神经节、交感神经、椎间盘及椎体等重要部位的穿刺操作,穿刺机器人在提高操作精度、降低操作难度、缩短培养周期等方面优势明显,在慢性疼痛微创治疗领域有着广阔的发展空间。本文回顾了近年来国内外穿刺机器人的发展及使用现状,并展望该技术在慢性疼痛微创介入治疗中的应用前景。

静脉穿刺机器人技术发展现状

针对传统的手工静脉穿刺技术成功率相对较低、会对患者造成其他伤害的问题,为了提升静脉穿刺的成功率,用以辅助静脉穿刺的机器人系统得到了快速的发展。首先对传统静脉穿刺成功率不高的原因进行分析,然后着重论述了静脉穿刺机器人所要采用的关键技术:静脉成像以及静脉穿刺。并对采用了两种技术的静脉穿刺机器人所存在的问题进行了总结,对未来的发展方向进行了展望。

基于对偶数矩阵的穿刺机器人建模及工作空间分析

提出了一种穿刺机器人,由竖直移动关节、水平移动关节、前后移动关节、相互垂直方向上的两个旋转关节以及进针关节共同组成,六个关节实现对针尖姿态的调整,进而达到协助医生治病医疗的功能。阐明了一种基于对偶数矩阵建立运动学模型的整体步骤、方案,并针对所提出的穿刺机器人进行数学模型的建立,通过经典的D-H法进行验证,结果表明,用对偶数模型也能达到D-H法同样的结果,并进一步推测,假如建立一种对偶数运算法则函数,将极大提高运动学数值运算的速度,对于高关节数目的机械运动的计算具有一定的指导意义和参考价值。最后,在对偶数矩阵建立的模型基础上对机器人进行工作空间分析,初步证实了关节结构尺寸设计的合理性。

新型机器人辅助穿刺系统在CT引导下肺穿刺活检术的应用研究及护理配合

目的探讨新型机器人辅助穿刺系统RC120在CT引导下肺穿刺活检术的应用效果及护理配合,以期为新型机器人辅助穿刺系统的推广应用提供现实依据。方法2022年1至6月,采用随机抽样法选择上海市肺科医院行机器人辅助穿刺的患者29例为观察组,同期同法选择采用传统经CT引导下人工操作穿刺的29例患者为对照组。对照组实施传统护理,观察组在传统护理的基础上采取针对性护理,比较两组穿刺患者的定位精度、护理满意度及并发症发生率。结果观察组患者定位精度为5.0 mm(3.6~6.2 mm),优于对照组的6.4 mm(4.0~8.4 mm),差异有统计学意义(Z=-2.179,P=0.034)。观察组患者的满意度为(91.1±1.6)分,明显高于对照组的(82.2±1.7)分,差异有统计学意义(t=21.047,P<0.001)。观察组中有2例患者发生并发症,并发症发生率为6.9%;而对照组有8例患者发生并发症,并发症发生率为27.6%;差异有统计学意义(χ^(2)=4.350,P=0.037)。结论针对性护理能够减少辅助穿刺系统RC120在CT引导下进行肺穿刺引起的并发症发生风险,提高肺穿刺定位精度,提升患者护理满意度,值得推广。

基于Multibody的穿刺手术机器人设计与仿真

微创穿刺手术是诊断和治疗肿瘤的重要手段。结合穿刺手术核磁兼容性和穿刺定位精度要求,提出一款2R3T并联柔索驱动核磁兼容穿刺定位手术机器人,可提高穿刺精度,缩短手术时间。设计穿刺手术机器人总体结构,完成正逆运动学分析和轨迹规划,借助Multibody构建机器人各模块,建立机器人运动学模型;联合运动学模型与Multibody虚拟样机模型进行仿真。仿真结果表明,运动学模型具有准确性和设计的合理性。Multibody建模仿真过程对机器人运动学和动力学仿真实验教学具有重要意义。

胸腹腔经皮穿刺机器人研究进展及关键技术分析

为促进我国经皮穿刺机器人的研究与发展,综述了国内外胸腹腔经皮穿刺机器人的研究现状。对穿刺机器人所涉及的术区信息感知、柔性针穿刺、运动规划、主从控制、安全交互控制等关键技术进行了讨论与分析。在总结研究成果与分析关键技术的基础上,指出胸腹腔经皮穿刺机器人今后的发展趋势与面临的挑战。

穿刺机器人技术用于针刺机器人的可行性分析

针刺机器人存在如何精准定位腧穴、安全进针等难题,而技术上高度相似的穿刺机器人正日趋成熟并开展了大量的人体试验和动物实验.通过对比穿刺机器人与针刺机器人在破皮、进针、起针3个过程的相似性和差异,分析穿刺机器人对针刺机器人的研发有价值的技术,并指出其技术迁移的主要方向:①整合力学反馈和医学影像技术,多模态感知实现安全针刺;②重点集成胸部穿刺机器人的既有方案,实现伴随呼吸吐纳的针刺操作;③针对针刺机器人围绕非麻醉状态下患者展开治疗的实际场景,重点开发自动起针的相关技术.

用于机器人辅助穿刺手术进针策略研究的猪肝进针力建模

为研究机器人辅助肝脏穿刺手术中的进针策略以确保手术安全，基于实验数据建立了猪肝的进针力模型。方法如下：在2个新鲜离体猪肝3个不同区域内共采集了18条进针力曲线数据，根据针尖位置及进针力特征将力曲线划分为“被膜刺破前”、“进入肝脏前”和“进入肝脏后”3个阶段，然后采用已有的力模型分别进行每一阶段的进针力建模，通过对比各阶段的建模效果，确定最优的各阶段进针力模型，最后组合成完整的进针力模型。最终的进针力模型比较表明，相同个体不同区域的力模型差异较小，可以用一个力模型来表示该个体进针力特征，不同个体的进针力特征能否用一个力模型表示还需进一步验证。猪肝进针力模型的建立，可为实现机器人辅助人体肝脏穿刺手术中的进针控制和手术安全提供重要依据。

机器人辅助经皮穿刺手术系统发展概况

介绍一种经皮穿刺手术辅助机器人系统。文中详细说明了系统的构成,各子系统的功能,可采用的类型,发展趋势,还举例说明了国际上较有代表性的几套机器人以及它们的特点和临床效果。探讨了机器人辅助经皮穿刺手术系统中具有发展前景的技术方向。

机器人辅助靶向穿刺手术关键技术综述

以柔性针为穿刺工具,针对软组织建模理论与方法、针穿刺路径规划、呼吸运动抑制与同步跟踪、穿刺导航与靶点追踪控制等手术关键技术,综述国内外机器人辅助针穿刺技术领域的研究现状。指出穿刺手术目前存在的技术难点:穿刺路径的快速、最优规划和穿刺针的精准控制。提出针-软组织相互作用建模、不确定性和复杂约束条件下的穿刺控制以及穿刺针末端力感知问题是机器人辅助靶向穿刺领域未来的研究方向。

机器人辅助穿刺手术中针与组织形变有限元仿真研究

为了提高机器人辅助针穿刺软组织的精度,减小穿刺误差,建立了柔性穿刺针的弹性悬臂梁物理模型,提出一种穿刺针受力分析的算法,并通过理论计算和ANSYS对模型进行仿真分析,得到了穿刺针元素节点的挠度和偏转角度,并验证了一致性.此外,利用准静态有限元分析法将软组织形变的连续动态过程离散成静态有限元模型,对二维软组织和三维软组织进行有限元模拟仿真,得到各节点的形变位移和力的分布云图,为预测组织形变和术前规划提供了重要的参考依据.

CT导航下的机器人辅助穿刺定位方法

针对机器人辅助穿刺中病灶定位系统价格昂贵、穿刺针全向定位机构结构复杂等问题,分别提出了CT导航下病灶定位方法和穿刺针全向定位方法。基于坐标变换理论,病灶定位方法由3个不共线标记点在CT和机器人坐标系的坐标数据辨识出2个坐标系之间的位置关系,然后由CT下的病灶坐标实现病灶在机器人下的定位。全向定位方法结合病灶的定位结果和机器人运动学,通过软件控制实现穿刺针在调整自身姿态时仍始终指向所定位病灶位置,为病灶穿刺提供安全的进针点和入刺角度。搭建含UR机械臂的6-DOF辅助穿刺系统,并在CT导航下对患者模型进行病灶和穿刺针的定位实验,实验结果表明:病灶定位误差在3 mm以内,与基于5个标记点的最小二乘病灶定位法精度相当,但定位效率提高约40%,其中病灶定位方法计算误差为1.43 mm,证明利用软件代替复杂机构的穿刺针全向定位方法是可行的。本文建立的病灶及穿刺针定位方法有效、准确,可为后续病灶自主定位和穿刺针路径规划提供理论基础。

主从同构穿刺手术机器人遥操作控制策略研究

文章在分析了穿刺机器人系统功能需求的基础上,搭建了主从遥操作系统的半实物仿真平台。基于等效微分变换的思想,提出雅克比矩阵(Jacobian Matrix)方法和比例微分(Proportional-Derivative,PD)控制律的联合控制方法。通过设计数字滤波器来消除外科医生的手部低频抖动对穿刺手术机器人精度的影响。实验结果表明从机器人末端执行器在笛卡尔空间坐标下能够精确快速安全地跟随主机器人末端执行器的位置变化,并且主机器人端的手部抖动能够被消除。

基于超声影像导航的微波消融治疗肝癌机器人系统

本文目标是开发一套基于超声影像导航通过微波消融来治疗肝癌的机器人系统.该系统主要由超声影像导航、穿刺机器人和空间定位装置三个模块组成.通过该系统,医生术前可以三维重建出肝部肿瘤区域,进行穿刺针路径的规划;术中,为了将术前模型中的位置转化成机器人的关节角度,医生利用肝脏中的血管将模型和病人实体进行匹配.最后,医生拖动机器人系统准确地将穿刺针送入到指定的病灶位置进行微波消融.实验证明,该系统的误差小于5 mm,满足微波消融治疗肝癌的需求,该系统能有效地提高肝癌的治疗效果.

三维超声影像导航机器人系统的临床应用

为了提高三维超声引导下微波消融治疗肝癌穿刺机器人系统的末端精度,本研究用指数积方法建立了穿刺机器人正运动学模型,设计了特殊神经网络标定方法,并对机器人末端位置进行了标定。标定实验结果表明,经过此种方法标定后的穿刺机器人,在手术常用工作空间内的末端位置精度提高100%以上。此系统已在北京301医院获得成功的临床实验应用,手术结果表明该系统可以准确定位病灶区域,精确放置手术器械,摆脱穿刺引导架的角度限制。介入治疗机器人实现了大角度准确穿刺并满足介入手术的需求,有效地提高了囊肿穿刺手术的治疗效果。