基于触觉临场感的血管介入手术机器人系统的研究

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1、ＴＰ１００６０１６－０中图化类号２４２论文编号０２Ｓ１０８０Ｓ０学科分巧号．密级？＊义津嗦乂净ＬＴＩＡＮＪＩＮＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹＯＦＴＥＣＨＮＯＯＧＹ？硕±学位论支基于触觉临场感的血管介入手术机器人系统的研究－ＳｔｕｄｏｆｔｈｅＴａｃｔｉｌｅＳｅｎｓａｔｉｏｎｂａｓｅｄｙ一ＲｏｂｏｔｉｃＣａｔ：ｈｅｔｅｒＳｙｓｔｅｍｆｏｒｔｈｅ４ＩＭｆｉｓｒｉｗ＿，，控制科学与工程陪ｇ巧ｌａｉ控覇学巧程胃■圧取ｅａｉ邵林胃匿｝＾＾黑Ｊ郭健副教授ａｌ■

2、天津理工大学研究生院二〇－六年二月独准１健若巧本人芦明所呈交的学位论文是本人化导师指导Ｋ进巧的研巧：ｒ．作和取ｔｕ标注和致谢之处外，论文中不包巧其他得的研究成果，除了文中特别加人经发来或撰写过的硏巧成果，也不包含为获得义津理工大学或？其他教巧机构的学位或证书而使用过的材料。与我同作的同志对本研巧所做的巧何巧献巧巧论文中作了明确的说明并表示了谢意。学佐冷丈作者签《；签李口期：占年２＾月７口部冰＾学隹＾文胶权使巧援枚书本擎位论义作者记全了解义津理工大学有关保留、使用学位论文入的规化。特授巧天津理工大学可将学位

3、论义的全部或部分内巧编＇汇有关供数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫揣等复制乎段保你、编，海阅和借阅。同恵学校向国家巧关部ｎ或机构送交论文的复本和电子义件。（保密的学位论义在解密片适用本授权说明）义学住丈作者签名：导师签：签巧李日期：＞［仁年足月曰签車日期；７／０１《年文月句分类号：510.8050密级：天津理工大学研究生学位论文基于触觉临场感的血管介入手术机器人系统的研究（申请硕士学位）学科专业：控制科学与工程研究方向：控制理论与控制工程作者姓名：邵林指导教师：郭健副教授2016年2月ThesisSubmittedtoTianj

4、inUniversityofTechnologyfortheMaster’sDegreeStudyoftheTactileSensation-basedRoboticCatheterSystemfortheVascularInterventionalSurgeryByLinShaoSupervisorJianGuoFabruary2016摘要近几年来，心脑血管疾病已经成为威胁人类生命健康的头号杀手。针对该疾病的治疗手段也在不断发展，但依然存在一些问题，比如血管介入手术存在着X光辐射等问题，微创血管介入手术辅助机器人解决了一些传统介入手术存在的为题，但其本身存

5、在着稳定性差待解决的问题。对此，本文开展了对血管介入手术机器人系统的相关研究，设计了一种基于触觉临场感的血管介入手术机器人系统，并进行了性能评估和改进。针对大部分系统对不能充分利用医生在传统介入手术中所获经验的问题，本文提出并研发了一种血管介入手术机器人主操作器，它可以允许医生操作一根实际手术中用到的真实导管，这样就可以充分利用医生在传统的血管介入手术中所获得的经验技巧。同时，针对一些系统缺少力反馈的问题，本文设计并采用了一个基于磁流变液的力反馈阻尼器，它能够通过主侧的手术导管将从操作器检测到的手术导管所受阻力反馈到医生手上，提供给医生一种触觉临场感，有利于

6、提高手术安全性。针对一些系统采用摩擦滚轮的方式推送导管会产生导管与夹具的相对滑移的问题，本文设计了新型夹具，可以保证既能夹紧导管而不产生相对滑移又能不损坏导管，同时，本文对夹具做了性能评估实验并进行了分析。本文设计了一种从操作器，它可以模仿医生实际操作中的送管过程，而且，从操作器上安装有轴向和径向的力检测装置用来提供力反馈的数据。针对主从式系统是医生脱离了手术现场而无法感知一些重要信息的问题，本文设计了一种导管前端力传感器用于检测导管末端与血管的侧壁接触力和前端碰撞力，这些力信息会传送到多位信息监控界面用于给操作医生提供警示。同时，本文设计了一种用于血管介入

7、手术辅助系统的多维信息监控界面，它能够克服现有的技术中存在的一些不足，构造简单，操作方便，能够实时地提供给医生重要的反馈信息，有助于医生操作，提高介入手术的安全性。本文主要介绍了主从操作器的软硬件设计以及触觉临场感的实现，并介绍了多维信息监控界面的设计，最后详细介绍了夹具性能评估实验、主从力反馈实验、监控界面性能评估实验以及主从同步跟随稳定性评估实验等各项实验以验证主从系统的稳定性和精确性。关键词：血管介入手术夹具磁流变液力反馈触觉临场感主从系统多维信息监控界面AbstractInrecentyears,thecardiovasculardiseasehas

8、becomethefirstkillertothre