超聲圖像引導(dǎo)的機(jī)器人輔助定位系統(tǒng)設(shè)計與實驗*

劉 冬，孫 斌，杜 宇，李泳耀，叢 明

(1.大連理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，大連 116024；2.大連交通大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，大連 116028)

0 引言

在工業(yè)生產(chǎn)、醫(yī)療手術(shù)等領(lǐng)域，手持超聲探頭成像和手動定位存在易疲勞、精度低等問題，機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展促進(jìn)了相關(guān)作業(yè)方式的重大改變[1-2]。以醫(yī)療手術(shù)為例，機(jī)器人輔助定位自引入臨床實踐以來，在不同的外科專業(yè)獲得了廣泛的普及，大大減輕了實施者的操作負(fù)擔(dān)。在超聲圖像引導(dǎo)的探測定位目標(biāo)點的工作中，往往需要醫(yī)生憑借經(jīng)驗確定定位路線，另外，為了提高結(jié)果的準(zhǔn)確性，還需要多次進(jìn)行探測定位，這些因素都導(dǎo)致檢測結(jié)果的不穩(wěn)定，容易出現(xiàn)較大誤差，整個定位過程也相對繁瑣。

機(jī)器人可以更好地解決探測定位過程中的上述問題，世界各國學(xué)者也有許多研究。STOIANOVICI等[3]設(shè)計了在核磁共振環(huán)境中探測定位的3自由度機(jī)器人，但實際插入穿刺針是通過導(dǎo)軌手動執(zhí)行的。YU、NG等[4-5]設(shè)計并制造了超聲輔助定位的桁架式機(jī)器人，可在自動和半自動模式下運行，MELTSNER等[6]設(shè)計了6自由度的機(jī)器人，包括3自由度的位置調(diào)整、2個轉(zhuǎn)動自由度以及定位針機(jī)構(gòu)，采用電磁定位來調(diào)整針尖在組織中的位置。JUN等[7]設(shè)計的超聲圖像引導(dǎo)的探測定位機(jī)器人有4個自由度，可實現(xiàn)探測定位功能。目前大部分探測定位設(shè)備探頭和定位針的獨立運動自由度較少，整個機(jī)器人的靈活性相對較差。

在輔助定位方面，目前主要有CT、超聲、核磁等引導(dǎo)的定位系統(tǒng)。楊婉等[8]設(shè)計了一種CT引導(dǎo)的定位穿刺方法，采用半自動的定位機(jī)構(gòu)，由導(dǎo)軌導(dǎo)引醫(yī)師手動穿刺的方向。……