导读:本文包含了脊柱微创手术机器人论文开题报告文献综述及选题提纲参考文献，主要关键词:脊柱手术,手术机器人,轨迹规划,速度场控制
脊柱微创手术机器人论文文献综述
宋国立,韩冰,赵忆文,韩建达,王争[1]（2016）在《脊柱微创手术机器人速度场控制方法》一文中研究指出在脊柱微创手术中医生徒手置钉的失误率较高,虽然机器人可以显着降低置钉的失误率,但是,手术环境的复杂性和不确定性,以及手术安全需求制约了机器人自动完成手术.本文通过建立手术空间速度场,设计速度场控制器,建立机器人运动学和动力学模型,完成机器人椎弓根螺钉自动植入的仿真和实验.相对于传统的时间轨迹控制,仿真实验验证了速度场控制方法在椎弓根螺钉自动植入过程中既能在扰动条件下保证手术轨迹的精确性又能避免对神经根的损伤.通过实验验证了速度场控制方法的可行性.(本文来源于《机器人》期刊2016年05期）
彭翊[2]（2016）在《脊柱微创手术机器人结构设计与手术仿真研究》一文中研究指出传统开放式脊柱手术对人体组织的破坏性过大,微创手术是治疗脊柱疾病的发展趋势。现有的传统脊柱微创外科手段和工具存在很多问题,阻碍了微创手术在脊柱外科领域的进一步推广。手术机器人已经成为突破脊柱微创外科诸多临床问题的智能化工具,因此,研究脊柱微创手术机器人并解决其应用的相关问题具有重大理论意义与临床价值。本文针对脊柱微创手术机器人,在广泛查阅并对比分析国内外相关学术研究和商业产品的基础上,着重分析手术需求并考虑临床实用性,确定了手术操作所需的自由度与工作空间等设计指标,提出多种备选方案对比分析,基于混联机构的设计思想,完成了针对脊柱微创手术的5自由度混联手术机器人设计,建立了虚拟样机并对关键零部件进行了强度校核。其次针对特定的机器人关节构型,研究了运动学的分析方法,并基于并联部分全局灵巧度优化了并联部分结构尺寸,在确定手术机器人全部运动学参数后求解并绘制了工作空间叁维实体,包括整体工作空间和定姿态工作空间。然后研究手术机器人针对特定手术目标的术前位姿规划和手术操作定位点规划问题,定义了灵巧度综合指标和工作空间冗余度指标作为规划过程的目标函数,利用虚拟样机和规划结果进行了验证分析。最后,利用MFC和CHAI3D函数库完成了手术仿真系统的构建,验证了所设计的脊柱微创手术机器人结构的合理性和有效性,并实现了基于病人脊椎CT数据重建的叁维模型的手术规划、手术机器人的术前位姿规划的仿真和手术操作的主从控制。(本文来源于《哈尔滨工业大学》期刊2016-06-01）
陈晨[3]（2014）在《面向脊柱微创手术机器人的运动规划与控制研究》一文中研究指出随着时代的进步，患者对医疗技术提出了更高的要求，而机器人以其优异的表现博得了人们越来越多的关注。将机器人应用于脊柱微创手术中，可以提高的精度，减小肌肉创伤，使手术成功率大大提升，还可以解决术中CT辐射在医生体内累积的难题，同时也降低手术费用。这在国内的需求迫切，有重要意义。基于此，本研究主要包括：首先，结合脊柱微创手术的实际要求，制定出合理的性能指标，进行机器人的总体方案设计，并将最终的方案细化，完成七自由度机械臂的叁维造型，验证其可行性。之后，应用D-H法进行机械臂运动学正解解算，得到其封闭解析解，再应用MATLAB的Robotics工具箱验证。然后，使用所研究出的七自由度机械臂反解算法，引入关节运动最佳柔顺性准则确定目标函数，对其进行极小化以搜索获得最优解。最后，在此基础上分析机械臂的工作空间、灵巧度等，并进行进一步的优化设计。此外，本研究对手术非结构化的工作环境进行了建模分析，并完成机器人避障算法与轨迹规划。最后，解决机械臂样机设计中的几个关键问题，完成其肘关节的设计，使其具有了力、位、速度等综合信息的感知与控制能力，并进行相关实验验证其性能。完成关节用力矩传感器的设计，通过有限元分析得到优化的尺寸，并通过贴片、放大滤波电路设计、标定实验，使其具有理想的性能。完成机器人的虚拟样机设计，验证了机器人控制算法的正确性，同时也为进一步实现虚拟现实环境下的远程控制奠定了基础。(本文来源于《燕山大学》期刊2014-05-01）
宋国立,韩建达,赵忆文,林光模[4]（2013）在《脊柱微创手术机器人单椎体图像配准方法》一文中研究指出对于脊柱微创手术机器人,术前图像与术中图像的配准技术是一项关键技术.图像配准的目的是将术前规划的轨迹显示在术中图像上,并能够显示手术器械和术前规划轨迹的相对位置关系.术前图像和术中图像采集角度的不同,会导致配准误差,另外,由于脊柱生理结构和解剖特性曲线以及椎间盘和韧带等组织结构的存在,整个脊柱需视为可变形结构体.因此,本文提出了一种针对单个椎体基于尺度不变特征变换(SIFT)算法的多角度搜索图像配准方法,首先将术前叁维图像投影重建成二维图像,进行二维和叁维图像的配准.然后,通过自动生成的多角度数字仿射投影算法(DRR)图像与术中CARM采集的X射线图像,在单椎体选择后,进行配准.通过使用预先植入的克氏针以及Harris角点技术对配准结果进行的误差验证表明,误差均小于1 mm,配准结果满足实验和临床的基本需求.(本文来源于《科学通报》期刊2013年S2期）
王洪伟,张鹤,李长青,赵忆文,韩建达[5]（2013）在《术前计划在脊柱微创手术机器人椎弓根螺钉置入操作中的价值探讨》一文中研究指出[目的]探讨术前计划在脊柱微创手术机器人椎弓根螺钉钻孔中的应用价值,总结应用经验,优化系统的结构设计。[方法]实验牛脊骨标本16具,随机分为两组。术前对实验组牛脊骨标本(8具)拟进钉平面进行横断面CT扫描,测量左右椎弓根螺钉术前计划进钉角度、进钉点与棘突的间距,术中应用C型臂标定牛脊柱标本各个椎体与机械臂钻头的相对位置,应用脊柱微创手术机械人系统按照术前计划进行椎弓根螺钉置入前的钻孔操作。对照组牛脊骨标本(8具)术中直接在C型臂X线透视下应用脊柱微创手术机器人进行椎弓根螺钉的钻孔操作。记录系统连接平均建立时间,每个钻孔平均操作时间,透视次数及累计透视时间。术后行CT扫描,评估两组克氏针的位置情况。[结果]系统连接建立时间平均为(351.7±24.9)s。实验组与对照组每个钻孔操作平均时间为(89.5±6.1)s与(447.5±90.7)s,术中X线平均透视时间为(2.9±0.8)s和(11.5±3.8)s,平均透视累计时间为(2.9±1.0)s和(11.1±3.2)s。各指标差异均存在明显统计学意义(P=0.000,t=-11.143;P=0.000,t=-6.243;P=0.000,t=-7.002)。术后CT评估,实验组克氏针完全位于椎弓根内68枚,手术操作成功率达到85.0%。对照组克氏针完全位于椎弓根内63枚,手术操作成功率达到78.8%。两组准确率差异无明显统计学意义(x2=1.053,P=0.412)。[结论]通过术前计划,应用脊柱微创手术机器人系统进行椎弓根螺钉钻孔操作,手术时间、X线累计透视时间都明显缩短,术前计划在脊柱微创手术机器人椎弓根螺钉钻孔操作中具有重要的临床应用价值。目前脊柱微创手术机器人的研制仍然处于初级阶段,值得进行更加深入的研究完善。(本文来源于《中国矫形外科杂志》期刊2013年03期）
张鹤,王洪伟,韩建达,赵忆文,周跃[6]（2012）在《CT与C型臂辅助遥控型脊柱微创手术机器人系统打孔可靠性研究》一文中研究指出目的利用术前电子计算机X射线断层扫描技术(CT)和术中C型臂X线机辅助遥控型脊柱微创手术机器人系统进行牛脊骨标本打孔,评价该系统的精确性。探讨实验前CT、术中C型臂系统辅助遥控型脊柱手术机器人系统打孔的可行性。方法遥控型脊柱微创手术机器人系统由中科院沈阳自动化研究所与第叁军医大学新桥医院骨科合作研发,可进行遥控打孔。由于该系统目前尚不能与虚拟手术系统或导航系统结合,因此本实验中预先在牛脊骨标本棘突置入克氏针作为标志物,然后进行CT摄影并以此为依据进行术前计划。根据C型臂X线机影像调整手术机器人系统前端夹持气钻位置,当C型臂X线机影像显示该气钻位置与椎弓根理想置钉位置重合时,遥控机器人系统进行打孔操作。之后再次拍摄CT并评估该系统精确性。结果遥控脊柱微创手术机器人系统进行打孔操作,可避免打孔过程中X射线对医师的损伤,该系统平均打孔时间为330(280～378)s/孔,平均X线透视次数为6(5～8)次。打孔数据与计划角度差值无统计学差异(P=0.209)。该系统存在一定的学习曲线,熟悉该系统后,应用此方法角度偏差能控制在4°之内。结论脊柱微创手术机器人系统打孔精确,利用实验前CT扫描结果进行实验前计划,根据该计划辅以C型臂系统遥控脊柱微创手术机器人系统进行打孔具有可行性。(本文来源于《第叁军医大学学报》期刊2012年13期）
张鹤[7]（2012）在《脊柱微创手术机器人系统（遥控型）及关键技术研究》一文中研究指出手术的精准化、数字化和智能化是现代外科技术的标志，也是未来外科技术的发展方向。发达国家在以手术机器人为代表的自动化、智能化手术设备的研发上投入巨大，且发展迅速。其中，最具代表性的就是美国研制的Da Vinci系统。但由于该系统是根据内窥镜技术需要而设计的主从式（主端--医生控制端、从端--机器臂控制端）机器人，所针对的手术对象主要是内窥镜可达、需要实时叁维视觉及触觉反馈辅助操作的脏器。但对于需要影像学设备辅助进行患处显示、疾病诊断及相关手术操作的骨骼，该机器人系统并不具有优势。鉴于上述原因，Da Vinci系统目前并未在骨科应用。骨科手术机器人的研究与临床应用已有20年历史，但这些手术机器人主要集中在关节外科领域。由于脊柱特殊的解剖结构（邻近重要的神经和血管），要求手术操作具有极高的精确性、安全性和稳定性。虽然德国、以色列、美国、日本、韩国等对脊柱外科手术机器人系统进行了多年的研究，但目前商品化系统仅有能引导医生进行打孔操作的SpineAssist系统。微创脊柱外科是脊柱外科主要的发展方向之一，具有手术创伤小、术中出血少、术后恢复快等特点，深受患者喜爱。为尽量减少手术创伤，微创脊柱外科医生需要反复使用C型臂X线机影像辅助手术操作，以确保其精确性与安全性。而长时间和大剂量的X射线辐照不但能造成医护人员的损伤，也阻碍了微创脊柱外科事业的发展。同时，其较开放手术小得多的微创“锁孔”术野，不仅为微创脊柱外科医师进行手术操作增加了难度，也限制了微创脊柱外科医师的培训。近年来基于图像引导的计算机辅助手术（computer assisted surgery, CAS）则有望解决上述难题。针对国内外现状，结合微创脊柱外科的特点，在导师的指导下，我们设计、研制了脊柱微创手术机器人系统，并构建了该系统的实验环境。在此基础上，对该手术机器人系统操作性及精准性进行相关实验研究，主要内容包括：1．脊柱微创手术机器人系统关键技术设计与实验环境的构建着眼学科发展前沿并结合本科室特点，研究者设计、研制了脊柱微创手术机器人系统（遥控型）。为配合该系统进一步的实验研究，同时也为该手术机器人系统的后续升级、完善奠定基础，研究者对脊柱微创手术机器人系统及相关仪器的安全操作与注意事项、实验人员责任等问题进行了规范，并根据实际情况确定了该手术机器人系统实验环境内各仪器的位置。在上述实验结果的基础上，我们对实验用动物标本进行了初步研究，并确定使用牛腰椎骨标本进行实验。根据实验所需，确定牛脊锥骨标本标签格式；根据牛脊锥骨形态特点及实际应用效果自制牛脊锥骨夹具；通过该手术机器人系统灵活性分析（依据实验性操作及各关节活动范围实测数值）确定木质实验台的高度，根据实验用动物情况确定木质实验台的长、宽等参数并制作该实验台，确保了该手术机器人系统进一步研究的顺利进行。2．脊柱微创手术机器人系统操作性的研究在上述研究的基础上，通过长时间、多次数、多角度的操作方式，对手术机器人系统各关节温度及位移角度与方向等进行测量，并对该手术机器人系统操作稳定性及安全性进行初步评价。结果显示该系统操作灵活、稳定，但仍存在纵深移动操纵杆“自行移动”等现象。通过一系列“重力补偿”实验，证明该现象是由于纵深移动操纵杆力矩传感器测量值随时间漂移导致重力补偿不足引起。该问题目前可通过在医生控制台手动执行“骨钻钻孔”—“停止操作”—“骨钻钻孔”的循环操作实现重力补偿，从而减免“自行移动”现象的发生，而此问题的根本解决还有赖于下一步对脊柱外科专用机械臂系统的设计与研发。3．脊柱微创手术机器人系统精准性的研究基于上述实验结果，结合该手术机器人系统现状，我们通过单纯依赖实验中C型臂X线机辅助以及结合实验前CT扫描与实验中C型臂X线机影像辅助等方法对脊柱微创手术机器人系统进行了牛脊椎骨标本实验研究。结果显示遥控操作该手术机器人系统进行打孔可避免操作过程中X射线对医生的损害，且打孔精确，满足临床应用需求。其中，单纯依赖实验中C型臂X线机辅助脊柱微创手术机器人系统打孔结果显示“克氏针置入计划”角度与克氏针放置的实际角度之间无统计学差异，其侧位偏离在1mm内的占91.6%，在2mm内的占99.5%，全部偏差均在3mm内；正位偏离在1mm内的占71.1%，在2mm内的占89.6%，在3mm内的占94.8%。此外，结合实验前CT扫描与实验中C型臂X线机影像辅助脊柱微创手术机器人系统打孔结果显示通过实验中C型臂X线机的辅助，该手术机器人系统可依据术前CT扫描数据制定的打孔计划精确打孔，实际打孔结果与术前制定的打孔计划无统计学差异。此外，上述两种方法的实验中均有明显的学习曲线存在。通过实验室及相应实验器具的设计、实验标本选择等为脊柱微创手术机器人系统营造了一个适当的实验环境。在该实验环境中，针对遥控型脊柱微创手术机器人系统的操作性及精准性进行相关实验，结果表明该手术机器人系统操作灵活、稳定，打孔安全，精度满足临床所需，同时可避免打孔过程中X射线对医生的损害。虽然，该系统具有一定的学习曲线，但熟悉该系统后，通过影像学设备辅助该手术机器人打孔置入的克氏针与打孔前计划无统计学差异。(本文来源于《第叁军医大学》期刊2012-05-01）
[8]（2011）在《我国自主研制脊柱微创手术机器人问世》一文中研究指出2011年7月11日,由第叁军医大学新桥医院与中国科学院沈阳自动化研究所联合研制,具有完全自主知识产权的脊柱手术微创机器人进入前期临床试验阶段。该机器人由机械臂和控制台两大系统组成。主体机械臂形如一只粗壮的人体手臂,包括上臂,前臂,手掌叁部分。控制台包括监视仪器,操作面板等部分,医生可在操作台上指挥机械手臂完成相关手术动作。该机器人可通过机械的精准(本文来源于《生物骨科材料与临床研究》期刊2011年05期）
韩建达,宋国立,赵忆文,张鹤[9]（2011）在《脊柱微创手术机器人研究现状》一文中研究指出外科手术机器人是当前机器人研究领域的热点,机器人操作的精确性、稳定性已经得到医疗界及患者的认可。本文以脊柱微创手术为背景,对目前脊柱(骨科)手术机器人的研究现状及未来发展趋势进行分析和论述。(本文来源于《机器人技术与应用》期刊2011年04期）
[10]（2011）在《脊柱微创手术机器人》一文中研究指出第叁军医大学新桥医院与中科院沈阳自动化研究所共同研发的脊柱微创手术机器人已完成相关模拟手术,即将进入临床试验。脊柱微创手术机器人通过机械的精确定位和替代医生在放射线下进行手术操作,可提高手术的精确性,降低手术风险和减少术后并发症的发生率,并降低放射线对医生的损害,对脊柱微创技术在临床的进一步推(本文来源于《生物医学工程学进展》期刊2011年01期）
脊柱微创手术机器人论文开题报告
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
传统开放式脊柱手术对人体组织的破坏性过大,微创手术是治疗脊柱疾病的发展趋势。现有的传统脊柱微创外科手段和工具存在很多问题,阻碍了微创手术在脊柱外科领域的进一步推广。手术机器人已经成为突破脊柱微创外科诸多临床问题的智能化工具,因此,研究脊柱微创手术机器人并解决其应用的相关问题具有重大理论意义与临床价值。本文针对脊柱微创手术机器人,在广泛查阅并对比分析国内外相关学术研究和商业产品的基础上,着重分析手术需求并考虑临床实用性,确定了手术操作所需的自由度与工作空间等设计指标,提出多种备选方案对比分析,基于混联机构的设计思想,完成了针对脊柱微创手术的5自由度混联手术机器人设计,建立了虚拟样机并对关键零部件进行了强度校核。其次针对特定的机器人关节构型,研究了运动学的分析方法,并基于并联部分全局灵巧度优化了并联部分结构尺寸,在确定手术机器人全部运动学参数后求解并绘制了工作空间叁维实体,包括整体工作空间和定姿态工作空间。然后研究手术机器人针对特定手术目标的术前位姿规划和手术操作定位点规划问题,定义了灵巧度综合指标和工作空间冗余度指标作为规划过程的目标函数,利用虚拟样机和规划结果进行了验证分析。最后,利用MFC和CHAI3D函数库完成了手术仿真系统的构建,验证了所设计的脊柱微创手术机器人结构的合理性和有效性,并实现了基于病人脊椎CT数据重建的叁维模型的手术规划、手术机器人的术前位姿规划的仿真和手术操作的主从控制。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
脊柱微创手术机器人论文参考文献
[1].宋国立,韩冰,赵忆文,韩建达,王争.脊柱微创手术机器人速度场控制方法[J].机器人.2016
[2].彭翊.脊柱微创手术机器人结构设计与手术仿真研究[D].哈尔滨工业大学.2016
[3].陈晨.面向脊柱微创手术机器人的运动规划与控制研究[D].燕山大学.2014
[4].宋国立,韩建达,赵忆文,林光模.脊柱微创手术机器人单椎体图像配准方法[J].科学通报.2013
[5].王洪伟,张鹤,李长青,赵忆文,韩建达.术前计划在脊柱微创手术机器人椎弓根螺钉置入操作中的价值探讨[J].中国矫形外科杂志.2013
[6].张鹤,王洪伟,韩建达,赵忆文,周跃.CT与C型臂辅助遥控型脊柱微创手术机器人系统打孔可靠性研究[J].第叁军医大学学报.2012
[7].张鹤.脊柱微创手术机器人系统（遥控型）及关键技术研究[D].第叁军医大学.2012
[8]..我国自主研制脊柱微创手术机器人问世[J].生物骨科材料与临床研究.2011
[9].韩建达,宋国立,赵忆文,张鹤.脊柱微创手术机器人研究现状[J].机器人技术与应用.2011
[10]..脊柱微创手术机器人[J].生物医学工程学进展.2011