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题目：
雅宝题库答案：
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雅宝题库解析：
随着血管介入手术广泛的应用于临床，介入医生的辐射损伤受到越来越多的关注。为了避免长时间的X射线的辐射，基于主从控制模式的血管介入手术机器人进入临床辅助医生完成手术。由于医生控制机器人完成血管介入手术时不接触导管，因此存在损伤血管的危险。因此，需要开发出具有图形显示和力觉反馈功能的机器人手术培训系统训练医生手术技能，提高机器人手术的安全性。针对上述题目，本文以课题组开发的血管介入手术机器人为应用平台，开发基于虚拟现实技术的机器人手术培训系统，对涉及的关键技术开展研究，从理论和方法上进行探索。本文建立基于血管介入手术机器人的手术培训系统，在分析仿真物体建模、碰撞检测和响应、交互反馈力计算和仿真算法等技术研究现状的基础上，提出论文的结构和研究思路。针对目前血管介入手术培训系统中血管模型假设为刚体的缺点，本文采用质点—弹簧模型模拟培训系统中的血管的柔性变形。首先推导出四面体有限元刚度矩阵和质点—弹簧模型的四面体刚度矩阵，然后通过最小二乘法求解出质点—弹簧模型中弹簧的弹性系数，在此基础上建立质点—弹簧模型的受力变形模型。最后通过仿真实验验证建模方法满足血管变形实时性和准确性的要求。针对导管和血管壁接触交互力的计算题目，从运动分离现象概念出发，基于导管运动空间的连续和实际邻近特性，采用离线和在线计算相结合的思想，提出碰撞检测及响应两个阶段相结合的交互反馈力计算方法。首先通过对仿真空间血管模型所在的几何空间进行划分，实现包围盒拓扑信息的初始化；然后采用基于“重心坐标”的方法实现碰撞点位置信息的检测，在此基础上采用“对分法”计算导管和血管之间的交互反馈力；最后通过力觉交互仿真实验验证反馈力计算方法。针对血管介入手术中导管在血管中的运动特点，采用极小能量法求解导管在血管中的位置。首先进行导管离散建模和节点坐标系的定义，在导管建模时加入固有弯曲力以模拟导管头部的弯曲；然后利用相邻节点间距离保持不变的特性，定义相邻节点间位移差参数；最后求取系统能量(导管弯曲和血管变形能量)极小时导管在血管中的位置。为了验证导管在血管中运动算法的正确性，本文利用有限张二维投影图重建导管和血管的三维位置，并与仿真环境中导管位置比较。在分析DSA机成像模型的基础上，采用Tsai法对C臂进行标定和失真投影图校正，然后利用“八点法”建立不同角度拍摄的投影图的对应关系，在此基础上重建出导管和血管的三维坐标。最后，基于上述研究工作，建立血管介入手术机器人培训系统平台。以课题组开发的血管介入手术机器人为应用背景，通过模型实验和临床动物实验，验证本文涉及的机器人运动精度、导管三维空间位置重建和导管运动算法等关键技术的可行性。最后通过受训医生培训前后的效果证明血管介入手术机器人培训系统的有效性。 |
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发表于 2022-9-9 15:09:22
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