基于CT导航的手术机器人系统的软件设计与配准精度研究

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随着微创手术机器人和计算机辅助导航系统在医学领域的不断发展,基于图像引导的机器人辅助穿刺手术成为国内外关注的重点研究课题之一,将其应用在医学领域会在提高手术精度、缩短手术时间、减少手术创伤等方面带来很大的技术变革。  项目组借鉴现有的研究基础,结合实际需要,开发了基于CT导航的手术机器人系统,该系统主要包括CT导航系统和机器人运动控制系统等子系统。医生可以通过系统进行术前的手术规划、术中的实时导航及机器人的准确定位来实现高成功率的手术。本文就系统的多空间坐标系配准、配准误差的精度分析以及数据通讯的实现等方面作了相应的研究工作,并设计和实现了机器人系统的人机操作界面。主要研究内容如下:  1.从手术的实际流程出发,对系统的工作流程、工作原理和软硬件构成进行了分析,并从软件方面对系统进行了功能模块的划分。  2.软件系统中的空间配准技术的研究。分析了系统中不同空间坐标系的建立和各个空间之间的坐标变换的具体方法,由此实现了图像空间-手术空间-机器人空间之间的空间配准。  3.基于USB总线的上位机与机器人控制系统之间数据通讯技术的研究。分析了USB通讯的具体实现,对通讯中的数据读写方式进行了具体介绍。  4.软件系统的功能实现。对软件系统的各个功能模块的具体实现进行介绍。  5.软件系统的空间配准精度分析。首先根据手术流程,分析了影响系统定位精度的各种因素,并将误差分为三类:图像信息误差、空间配准误差和机器人定位误差,然后对三类误差的误差来源和改善方法进行详细的说明。最后设计相关的实验来测试系统的精度。
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