心血管微创手术：导管机器人系统主从控制与关键技术研究

导管机器人系统的主从控制研究着重于解决心血管疾病微创介入手术中的局限性问题。随着医疗技术的发展，传统手术方式已不足以满足精确、高效和低创伤的需求，因此，课题组提出构建导管机器人系统，旨在提升手术精度和患者体验。 论文首先对导管机器人的核心组件——可控导管进行了运动学分析，运用D-H方法建立了二维和三维运动模型。运动控制部分采用了两种不同的控制策略：开环增量式控制和闭环逆雅可比控制。开环控制通过按钮配合手柄操作，赋予导管推拉、弯曲和旋转的能力，操作者主导整个过程；闭环控制则通过雅克矩阵实现末端点的精确跟踪，操作者只需输入目标点坐标即可。 力反馈技术是导管机器人系统的关键要素。介入装置力反馈提供了插管过程中的综合力信息，通过软件界面直观展示；导管前端力反馈则实时反馈与周围组织的接触力，用颜色编码表示力的分布区间；虚拟引导约束力则在闭环控制中起到约束作用，确保手柄按照预设的圆环面路径移动。 在遥操作技术方面，论文构建了远程桌面式的局域网操作框架，使得医生可以在同一网络环境下进行开环增量式插管操作。同时，研究还探讨了双图像式遥操作的可能性，为未来改进遥操作性能打下基础。 模拟实验在胸腔血管模型上验证了这两种控制方法的有效性和实用性，以及力反馈技术对插管过程的辅助作用。此外，通过局域网的主从控制模式验证了远程操作的可行性，并对比了不同控制策略的优劣，为导管机器人系统的实际应用提供了理论依据。 这篇论文不仅深入研究了导管机器人系统的主从控制技术，还涵盖了力反馈和遥操作技术，为心血管微创介入手术的未来发展提供了创新性的解决方案。