● 摘要
当前血管介入技术以其微创伤等优点已得到了成熟的发展，但为了进一步改善手术环境和质量，引入机器人技术，开发出了血管介入手术机器人系统。为将介入医生从X射线下解放出来，机器人系统多采用主从式操作，使得医生不再接触导管，不能直接控制导管的运动，尤其是失去了对导管与血管之碰撞信息的力觉感知，会给机器人手术带来极大风险。因此有必要在机器人系统主端构建与传统手术相似的力觉环境，而临场感技术、微传感器技术和力觉交互技术的发展，为在血管介入手术机器人系统中实现力觉临场感提供了可能。 本文介绍了自行开发的血管介入手术机器人系统，比对了力觉信息在传统血管介入操作和主从式机器人操作中的传递；再结合对血管介入手术中导管具体的运动和受力分析，确立了在机器人系统中实现力觉临场感的整体方案。 本文应用Omega.6作为主控端力觉交互设备，支持医生按传统的介入动作进行运动交互，采取绝对定位的方式，实现由医生动作向导管运动的解释映射，以匹配操作者、Omega.6设备和导管推进机构的运动性能，进而实现主从远程控制，并计算分析了其可靠性和动物试验验证。 本文集成光纤和导电橡胶传感器，实现了对导管头端碰撞信息的力觉测量；为将医生累积的手术经验转化为力觉反馈算法，建立模糊推理模型，将两路测量信号融合为一维力觉进行反馈，准确表征头端碰撞状态的变化，并开展了性能分析和实验验证。本文利用多线程技术，在机器人系统的主操作界面中实现了系统集成；把握主从式操作和临床培训的契合点，提出了一种高效的基于主从式扩展的临床培训技术，通过信息共享和权限矩阵，支持多人同时把持导管进行临床手术，有效地促进机器人操作的标准化，并建立了量化评估受训医生手术技能的机制，以配合血管介入手术机器人系统的推广应用。本文在主从式血管介入手术机器人系统中重构了力觉临场感回路，充分吸收继承了传统手术成熟的经验，进一步完善了系统的安全和质量，为系统的推广应用打下了坚实的基础。