股骨颈空心钉微创手术系统研制

admin · 发表于 2022-7-25 15:23:30

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骨科手术机器人作为工程和医学交叉的前沿研究领域，在提高手术精度、降低手术难度、减少术中辐射伤害等方面有重要的意义，对于先进的微创骨科手术的推广也有着巨大的推动作用，因此得到了国内外广泛的关注。本文以机器人辅助股骨颈空心钉植入微创手术为背景，围绕微创导航手术机器人系统体系结构与样机制作、手术路径空间定位算法、手术目标的跟踪系统设计及系统相关实验这四个关键题目开展了深入的研究。首先，针对股骨颈空心钉植入手术导航机器人的体系结构题目，在对股骨颈空心钉植入这一典型的骨科微创手术进行了深入业务流程分析的基础上，给出了手术导航机器人系统的核心工作流程；以此为依据确定了系统的核心部件和功能模块的划分，建立了部件——功能矩阵图表来描述系统的体系结构，并对系统的三个核心部件——机械本体、控制系统和软件系统进行了详细的描述和分析。其次，针对目前骨科手术中最常用的术中透视设备——C形臂，建立了透视成像模型。在基于透视视觉的双平面空间定位算法和仿射变换的基础上，针对股骨颈空心钉植入手术的特点提出一种新的手术路径空间定位算法。在建立算法模型的基础上，分析了该算法模型中三个主要的误差源对系统精度的影响，为进一步优化定位算法模型奠定了基础。然后，针对手术过程中手术对象可能有位移而增加了手术精度的不确定性这一题目，提出了手术对象目标跟踪的方法，并对该方法的内容和关键技术做了相关介绍。借助双目视觉光电定位设备搭建了一套视觉伺服目标跟踪系统，完成仿真并在一个运动平台上完成相关实验研究，将来将其移植到股骨颈空心钉植入微创手术机器人系统上。再次，针对手术导航机器人系统的实验研究题目，给出了由算法精度测试实验、视觉伺服跟踪精度实验和临床模拟实验等组成的实验研究过程，介绍了针对股骨颈空心钉植入微创手术而开展的一系列实验的具体过程和结果分析。最后，对本论文取得的研究成果进行了总结，并指出了下一步的研究方向。

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