脊柱微创介入式治疗手术机器人的设计与实现-论文-万方医学网

脊柱微创介入式治疗手术机器人的设计与实现

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摘要目前，经皮椎体成形技术、经皮椎体肿瘤活检技术、经皮颈、腰椎间盘切除技术已经成熟；而经皮基因细胞工程治疗、经皮有限半径的放射治疗、椎体骨折脱位的复位固定治疗等治疗技术也是呼之欲出。本论文研究将目前普遍应用的CT或MRI图像数据转化为机器人能够识别的数据，利用机器人稳定、精确的定位特点，跨越人工手术操作的技术极限，为上述技术的推广应用提供一套具有自主知识产权、易于推广使用的微创介入式治疗装置。该装置在CT图像引导下，利用机器人定位精确、抓持稳固的特点为医生搭建一个辅助手术操作平台，医生可以在这个平台的帮助下，对脊柱进行介入式治疗手术。论文首先给出了脊柱微创介入式治疗系统的总体设计，介绍了系统的工作原理和整体框架，并提出了各部分的设计方案。然后对手术机器人的机构设计做了简要介绍，并对手术机器人进行了正逆运动学分析，应用D-H法建立了手术机器人末端位姿和机器人各关节变量的关系。在此基础上，我们提出了手术机器人控制系统的硬件设计方案，文中详细介绍了各个模块的设计与实现，包括DSP模块、人机交互模块、位置信息采集模块以及电机控制模块，并应用CPLD实现了步进电机驱动控制电路。最后编程实现了各个模块的功能，并根据实际操作时遇到的问题提出了软件设计的改进方案。