角膜缝合器设计及缝线打结作业研究

admin · 发表于昨天 20:37

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显微外科是近三十余年来发展形成的外科新技术。在显微外科中,由于操作对象非常狭小,而且手术工作时间很长,使医生感觉非常疲惫,机器人的运动精度高和稳定性好的特点解决了这一题目，因此显微手术机器人因此应运而生，并具有广阔的应用前景。在国家自然基金的资助下，本论文以角膜移植手术为对象，对角膜缝合器设计及缝线打结作业进行了研究。在充分研究医生手工缝合及角膜手术要求的基础上，本文针对微型角膜缝针的夹持，设计一种新型缝合器。以步进电机为动力源，通过以传动螺杆，法兰型螺母和U型底座组成的螺杆转动装置，对缝合器前端夹紧手指进行开合操作，并通过改进手指结构提高对微小缝针的夹持稳定度，最终与机械臂构成角膜手术机器人系统。为了实现双臂协调进行打结作业，基于机器人双臂各自独立的控制系统，进行双臂机器人控制系统集成。接着，为了使双臂机器人末端点跟踪预定轨迹，开发了轨迹跟踪算法。在此基础上，开发双臂机器人避障算法，以避免双臂机器人运动过程中的相互干涉。由于控制双臂作业需要已知双臂末端点轨迹，需要进行基于拓扑学的打结操作方法研究。建立缝线的拓扑学模型，将线结的状态描述为一系列交叉点的有序排列，以抓持点数目最小、状态转换路径最短及抓持点变化次数最少为原则，选择最优的操作方法。进一步以一个外科手术单结的操作规划为例，显示这种规划方法的可行性。最后，应用本项目开发的角膜移植机器人系统进行了缝针刺入、缝线打结实验。在医生和机器人分别进行角膜缝合实验过程中，利用六位微力传感器进行缝合过程的缝合力的测量。结合医学鉴定方法对实验结果进行了分析讨论，验证系统的合理性以及相关理论的可行性。本文的研究方法为其它显微外科医疗机器人系统开发提供了具有参考价值的设计方法和结论，为相关的技术研究奠定了基础。

角膜缝合器设计及缝线打结作业研究

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