机器人辅助软组织针穿刺作用机理及操控技术研究

软组织针穿刺技术是近年来兴起的机器人辅助微创外科医疗领域的重要组成部分，有着大量的临床应用需求。靶点位置变动和针穿刺运动轨迹的不确定性而引起的穿刺误差，限制了针穿刺手术的广泛应用，而机器人辅助操控穿刺针是解决此问题的理想途径。.本项目深入分析针和软组织之间的作用力，研究软组织针穿刺作用机理，确定软组织材料力学性能参数，计算软组织变形量和针挠曲量；在此基础上，建立针穿刺误差预测模型，规划术前穿刺针的运动轨迹，研究软组织针穿刺控制策略，建立机器人操控运动学模型，提出穿刺过程中的实时力反馈模型和误差补偿方法，研制机器人辅助针穿刺系统和相关技术设备；最后，对软组织针穿刺过程进行仿真，建立软组织针穿刺实验平台，使用机器人辅助系统完成软组织针穿刺实验。.本项目可以解决机器人辅助针穿刺系统的关键技术，是国际医疗机器人研究领域的前沿，在各种微创外科手术中有着广阔的应用前景，具有重要的理论价值和现实意义。

软组织复杂性，靶点位置变动和针穿刺运动轨迹的不确定性等因素严重影响着穿刺的精度。使用机器人辅助操控针穿刺是解决此问题的理想途径，而目前的软组织针穿刺研究和机器人辅助操控技术的水平还远不能达到这个要求。..课题组在研究针与软组织变形的基础上，搭建了软组织变形及相关参数测量的实验设备，开发了软组织变形测量方法；基于能量法，提出了软组织变形体积预测模型；基于改进的局部约束法，提出了针穿刺过程的有限元模型，并开发了虚拟仿真系统；采用图像法对软组织 内部变形和针挠曲性能进行了测量，并基于B超图像进行了靶点预测；利用机器人运动学方法，提出了针穿刺的运动学模型；在此基础上，提出了针体路径规划和避障方法。