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影像引导经皮穿刺治疗机器人系统:经皮穿刺过程中位置和姿态的运动解耦

 发布者:jiangcxsb  发布时间:2010年2月16日 
 
来源:《中国组织工程研究与临床康复》杂志

《中国组织工程研究与临床康复》杂志2009年第13卷第48期发表了解放军总医院介入超声科鲁通等作者的“影像引导经皮穿刺治疗机器人系统:经皮穿刺过程中位置和姿态的运动解耦”一文,其目的是将前期的机器人原型系统转化为更加满足临床实际使用需要的实用型机器人。

1.实验过程中的操作方法
1.1  机器人穿刺操作方法
①操作被动机器人臂,将引导槽末端移动到穿刺点附近,使用单操作锁定装置将操作被动机器人臂关节锁定。②使用三维平动台移动Tx,Ty,Tz,将引导槽末端精确调整至穿刺点。③使用远程运动中心机构精确调整穿刺路径(角度)。④最后沿引导槽穿刺。
1.2机器人加工制造
机器人的主体使用铝合金,内部部件采用不锈钢。三维平动台采用(WN105TA500M,中国),远程运动中心机构由两个直流伺服电机驱动(118 752,maxon,瑞士),远程运动中心机构封装尺寸为197 mm × 58 mm×82 mm,质量1.45 kg。
1.3机器人远心运动精度测试
①针尖标定。将磁定位器接收器固定于穿刺针上,使针尖绕定点转动,期间保证接收器相对于穿刺针不发生相对运动,计算获得针尖坐标与接收器坐标的转化关系。②采集数据。将固定有磁定位器接收器的穿刺针固定于机器人末端,使针尖初始位置位于远程运动中心机构的远端中心点。驱动远程运动中心机构运动,随机采集磁定位器接收器坐标信息。③坐标计算。根据标定所获得的针尖坐标与接收器坐标的转化关系,计算出针尖坐标。

2.作者认为:
本文设计并实现了新一代用于超声和CT引导经皮穿刺机器人,该机器人的主要特点是将经皮穿刺过程中的位置和姿态的运动解耦,因此位置和姿态的调整可以由机器人的不同机构单独完成。这种设计的主要优势是更好的保障患者的安全。该机器人的另一个特点是采用了主动与被动相结合的设计,较好结合了机器人和人的优势,同时由于引入了被动臂,在保障机器人较大工作范围的前提下使机器人主动运动距离缩短,从而可以降低机器人的运动速度而不影响整个操作过程,进一步提高了机器人系统的安全性。并且这种主动与被动相结合的结构设计,使机器人整体体积明显减小,简化系统的复杂性,降低系统的成本,提高了性能价格比,有利于其产品化推广应用。与作者以前的机器人相比本机器人还具有以下特点:①采用模块化机器人结构设计,从而可以满足多种影像引导、多种诊断治疗的临床操作需求。②小型化设计,满足了影像引导下介入性诊断治疗的空间需求。③方便、合理的融入临床操作流程。进一步的改进和实验研究正在进行中。

3.提供临床借鉴的价值
影像引导经皮穿刺治疗对定位精度具有较高的要求,同时手术器械相对单一、器械运动轨迹相对简单,适合于机器人技术的应用。作者在以往的研究中,已研制了影像引导下介入性诊断治疗机器人系统,并开展了实验,初步证实了影像引导下介入性诊断治疗机器人系统的有效性。文章中作者设计并实现了新一代经皮穿刺机器人,克服前期研制机器人的缺点,更加满足了临床实际使用需要。


更多方法请见《中国组织工程研究与临床康复》杂志2009年第13卷第48期9447-9450页。

 

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