微创血管手术导管介入机器人控制地研究

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1、万方数据AThesisinControlTheoryandControlEngineeringIIl[1lllllmll[1lll[1llIlllllllllliJ0122573CatheterInsertingRobotControlResearchBasedonMinimallyInvasiveVascularSurgeryByQinShiyanSupervisor：ProfessorJingYuanweiNortheasternUniversityJune2012万方数据独创性声明本人声明所呈交的学位论文是在导师的指导下完成

2、的。论文中取得的研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包括本人为获得其他学位而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示诚挚的谢意。学位论文作者签名：表乃皂日期：功乜．6、22学位论文版权使用授权书本学位论文作者和指导教师完全了解东北大学有关保留、使用学位论文的规定：即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人同意东北大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索、交流。作者和导师同意网上交流的时

3、间为作者获得学位后：半年口一年口一年半口两年囤／学位论文作者签名：去媲签字日期：20L2、6．22导师签名：签字日期：7钐‘，万方数据东北大学硕士学位论文摘要微创血管手术导管介入机器人的控制研究摘要近年来，心血管疾病患者逐年增加，发病率日益升高。以导管为核心手术器械的微创介入手术具有创伤小、恢复快等优点，在世界范围内被广泛用于心血管疾病的治疗。传统心血管介入手术的整个手术过程中，医生需要在手术现场实施插管和诊疗操作，不可避免的身处具有有害辐射的条件下，长期手术累积辐射对身体危害很大。此外，导管在人体心血管内的一系列操作是极其精细的

4、，这对于医生的操作技巧及经验提出了很高的要求。特别地，医生无法准确获取导管远端与血管组织接触力的大小，导致了穿孔等多种手术并发症。本文围绕心血管介入诊疗手术的辅助送管机器人系统展开研究，针对上述传统导管介入手术存在的问题，研究机器人辅助导管介入操作的控制技术。导管介入机器人系统具有主从式结构，主端为操纵手柄和人机交互界面，从端输送机构是基于PMAC卡的伺服驱动系统。导管输送过程的实现就是通过主端手柄或上位机发送力／位置指令控制从端送管机构将导管送入体内。本文所研究的控制技术主要面向该导管介入系统的安全性与精密性。针对导管介入的安全

5、性进行了相关研究，实现操作系统的力觉反馈功能与力控制功能。将导管末端集成微型力传感器，并将采集力信息映射到主端操纵手柄，给予操作者更逼真的触觉信息。通过手动送管经验总结出导管受力与运动量间的关系，并基于该力一位置关系采用阻抗调节方法与模糊控制方法，对导管末端受力进行控制。最后对力控制算法进行仿真分析，结果表明添加力控制算法后，导管末端受力被限制在预期范围内。针对系统的操作精度，首先采用目前广泛应用的基于PMAC的导管输送半闭环控制方案进行研究，然后在此基础上提出基于导管末端位置的全闭环控制。采用改进的PID算法与智能PID算法，实

6、现了导管对期望位置的快速稳定精确跟踪。经仿真表明，提出的全闭环控制方案，相比半闭环控制下导管输送具有更高的精确性与稳定性。本文提出的力反馈技术与力控制技术，可以很好地保障手术过程的安全性，全闭环的位置控制也提高了导管输送的精度，这些功能的研究对于改善手术的安全性与精细性是是极其必要的。关键词：主从控制；力控制；全闭环控制；模糊控制；力觉反馈．II．万方数据东北大学硕士学位论文摘要．．III．．万方数据东北大学硕士学位论文AbStfamCatheterInsertingRobotMaster-SlaveControlResearch

7、BasedonMinimallyInvasiveVascularSurgeryAbstractInrecentyears，thenumberofcardiovasculardiseasepatientsandtheincidencerisesgradually，thedemandforcardiovascularsurgeryisincreasing．Thetypicallyminimalinvasivesurgeryforcardiovasculardiseaseiscardiovascularintervention．Inth

8、ewholeprocessofatraditionalcardiovascularinterventionsurgery，doctorshavetoinsertthecatheteranddiagnoseonthespot，SOtheyareine