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UR机械臂辅助腰椎穿刺超声扫描控制研究

发布时间:2020-06-12

影像引导的机器人经皮穿刺系统具有手术靶点定位精度高、可重复性强、稳定性好,并且能长时间连续工作等优点,能够将医生从繁杂重复的步骤中解放出来使其将更多的注意力集中于关键操作。

目前,基于影像引导的机器人穿刺手术系统大多基于CT、MRI等设备,而使用超声成像作为引导方式的研究还较少;超声成像具有无辐射损伤、便捷经济、使用方便、不受空间限制、实时灵活等优点,但由于其成像结果的二维性,在用于引导基于机器人的穿刺手术方面的研究和发展受到了一定的限制,针对这一现状并结合临床腰椎穿刺手术在超声引导下进行的实际情况,本文提出了一种机械臂辅助腰椎穿刺超声扫描控制系统。

首先,本文详细论述了国内外超声图像引导下的穿刺辅助机器人和医学三维图像重建的研究现状,结合研究的背景、意义和现状提出了本文的研究方案和目标。

搭建了基于UR机械臂的腰椎穿刺超声扫描系统,并对系统硬件和系统的工作流程进行了详细的介绍和论述;利用D-H分析方法对UR3机械臂建立了 D-H参数并进行了正、逆运动学的分析,分析了其运动时可能遇到的奇异位置点。

其次,基于机械臂官方的URSDK(.Net 4.0)开发包和TCP/IP网络协议开发了机械臂扫描控制软件,使机械臂能够在操作者与软件的交互控制下夹持超声扫描探头确定扫描的起止点并执行规划下的扫描以采集感兴趣部位的二维超声图像序列。针对二维超声图像序列的三维重建,详细论述了医学图像三维重建可视化的原理、步骤和方法,制定并论述了本文所采用的基于VTK的光线投影重建算法步骤,编写了用于三维重建的程序。

然后,按步骤执行控制软件系统采集水下腰椎模型和CIRS MODEL 034腰椎穿刺模型的二维超声图像序列并基于VTK程序进行三维重建,比较了线性插值算法和邻近插值算法、高斯平滑滤波和三维中值滤波以及无滤波算法时的重建结果,并对结果进行了分析讨论,实验结果证明系统能够正常稳定工作并采集不同模型的二维超声图像序列用于三维重建,同时也证明了三维重建方法的可行性和有效性。最后,对本文研究中所存在的问题与不足进行了分析与讨论,并对后续研究方法的改进和系统新设备的引入进行了设计和展望。

备注:本文出自北京协和医学院 董亚斌 硕士学位论文《机械臂辅助腰椎穿刺超声扫描控制研究》如有侵权,请联系我们删除。
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