面向用户的睑板腺功能障碍辅助治疗仪的设计与实现

干眼症是一种由于睑板腺功能障碍引起的眼不适应状的常见眼科疾病,常伴有泪膜渗透压升高和眼表炎症等症状。在对干眼患者的治疗过程中,疏通睑板腺分泌物引起的腺体阻塞是一种有效的治疗方法。设计了一款睑板腺功能障碍辅助治疗仪,利用电热效应和硅胶的超弹性,实现对睑板腺的通电热敷和挤压按摩,来改善腺体的血液循环,以达到疏通睑板腺的目的。治疗仪能够同时将治疗过程中的温度和压力进行实时显示,以便医生实时掌握治疗进程。治疗仪基于参数化建模方法,构建面向用户的交互界面,能够根据用户的眼球几何参数通过3D自主打印定制按摩壳。所设计的治疗仪最后在新西兰大白兔上进行了动物实验,实验结果表明该治疗仪具有一定的有效性和安全性,以及一定的临床应用前景。

机器人在眼科手术中的应用及研究进展

首先分析了典型的眼科手术操作,提出了眼科机器人设计的一般要求.然后,从机器人系统和手术器械两方面出发,介绍了国内外眼科机器人的研究进展.最后,总结了当前眼科机器人系统的关键技术,包括眼组织生物力学分析、机构设计、多维信息传感以及精密运动控制技术,并分析了发展趋势.

基于多点力约束的视网膜手术机器人的导纳控制

在视网膜血管注药手术中,手术器械与眼球巩膜刺入孔和视网膜目标血管处产生接触。为保证手术过程中这两处组织的受力在安全阈值内,提出了一种基于多点接触力的机器人约束控制算法。以手术器械轴部与眼球巩膜的接触力(巩膜力)和器械尖端与视网膜血管的接触力(尖端力)为输入,设计了机器人的导纳控制器。导纳控制器输出机器人坐标系下器械尖端处及巩膜接触位置的速度。这两处的运动速度在转换到同一坐标系下后对机器人进行运动约束。在通过导纳算法控制机器人的速度时,提出了一种非线性速度轨迹规划方法,实现速度的平滑变化。所提出的约束控制算法在硅胶眼球模型上进行了模拟视网膜注药试验,试验结果显示在外部扰动存在的情况下,巩膜力和尖端力均被保持在给定阈值之内,表明了所提出的多点力约束机器人控制算法对提高手术安全方面的有效性。

具有微力感知的眼科手术器械的设计与实现

针对眼内显微手术过程中器械与组织器官之间作用力微小、不易感知,且过大的操作力会造成组织损伤甚至撕裂等问题,设计一种基于光纤布拉格光栅(FBG)的微力传感器。在建立FBG反馈波长变化与力的关系基础上,探讨了温度对波长变化的影响,提出了温度补偿方法。利用自行研制的微力传感器标定系统进行传感器标定试验(精度0.42 mN)。将所研制的微力传感器集成到眼内手术镊末端,对离体猪眼球进行了连续环形撕囊操作试验。通过对19组数据分析,得到最大撕囊力的平均值为22.43 mN。研究对眼科手术的精准操作和手术机器人进行微力控制奠定了基础。

眼科手术器械操作黏弹性组织的导纳控制方法

基于广义Maxwell黏弹性模型建立手术器械与眼组织之间的黏弹性接触模型,并通过力松弛实验对接触模型的参数进行辨识.进而在此基础上提出一种导纳控制方法,通过控制手术器械的位移实现对接触力的控制.该方法将传统的导纳控制器替换为比例-积分(PI)控制器,从而将黏弹性接触模型中的理想微分环节替换为1阶微分环节.替换后,在低频段,尤其是频率趋近于0时的幅频响应可得到提升并保持稳定,从而避免幅频响应过低导致的接触力衰减.通过对离体猪眼球进行力控制实验验证了该控制方法的有效性.实验结果表明,阶跃力平均误差约为4.6%,响应时间约为2.5 s,无明显超调,并可实现一定频率的正弦力输出.阶跃力输出精度可以满足机器人辅助眼科手术的要求.