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微创血管介入手术机器人的主从交互控制方法与实现
  • ISSN号:0254-4156
  • 期刊名称:《自动化学报》
  • 时间:0
  • 分类:TP[自动化与计算机技术]
  • 作者机构:中国科学院自动化研究所复杂系统管理与控制国家重点实验室,北京100190
  • 相关基金:国家高技术研究发展计划(863计划)(2015AA042306); 国家自然科学基金(61533016;61225017;61421004); 北京市自然科学基金(4132077)资助~~
中文摘要:

微创血管介入手术是治疗冠心病的重要治疗手段,手术中要求对导管、导丝等介入器械高精度递送.得益于机器人技术的高精度、可远程操作等特点,血管介入手术机器人的研制受到了极大关注.在微创血管介入手术中,按导管或导丝远端所处血管部位,将介入器械递送过程分为三个阶段:1)主动脉阶段:导丝或导管远端位于主动脉,需快速前送,以减少X射线和造影剂的使用;2)冠脉入口阶段:导丝或导管远端进入冠脉,此时需选择相应的病变冠脉分支;3)冠脉病变阶段:导丝或导管远端位于狭窄病变部位,需要高精度操作才能使导丝或导管穿过狭窄病变.针对器械递送的不同阶段,提出具有运动缩放的主从控制方法,通过改变血管介入手术机器人主端和从端之间的运动缩放关系,实现机器人从端对主端操作的放大、缩小或等比例复现.通过在微创血管介入手术机器人平台实验,验证了机器人从端对主端操作缩放的可行性和有效性.通过操作时间和操作精度对比分析得到:在缩放因子为4时操作时间减少39.9%;在缩放因子为1/4时,平移和旋转操作精度分别提高72.9%和77.1%.

英文摘要:

Minimally invasive vascular intervention is an important treatment for the coronary heart disease. Highprecision catheter and guidewire delivery are required in the operation. Benefited from the high accuracy and remote operation of the robot technology, the development of vascular interventional robot has attracted increasing attention.During the intervention, according to the distal end position of the guidewire/catheter, the procedure of device delivery could be divided into three stages. 1) Aorta stage: the distal end of the guidewire/catheter is in the aorta. High delivery speed is required in this stage to minimize the dosage of the X-ray and the contrast medium. 2) Coronary artery ostium stage: the distal end of the guidewire/catheter approaches the ostium of the coronary artery, and the guidewire is rotated to enter the specific artery. 3) Stenotic coronary artery stage: the distal end of the guidewire is at the stenosis, high accuracy manipulation is required. Motion scaling based master-slave control is presented for different stages of the device delivery. By changing the motion scaling factor between the master side and the slave side of the vascular interventional robot, the manipulation of the master side is magnified, minified or equally repeated at the slave side. Experiments of the minimally invasive vascular interventional robot has validated the feasibility and effectiveness of the scaling. The manipulation time is reduced by 39.9 % when the scaling factor is 4, and the accuracies of translation and rotation are improved by 72.9 % and 77.1 %, respectively under scaling factor 1/4.

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期刊信息
  • 《自动化学报》
  • 中国科技核心期刊
  • 主管单位:中国科学院
  • 主办单位:中国自动化学会 中国科学院自动化研究所
  • 主编:王飞跃
  • 地址:北京东黄城根北街16号
  • 邮编:100717
  • 邮箱:aas@ia.ac.cn
  • 电话:010-64019820
  • 国际标准刊号:ISSN:0254-4156
  • 国内统一刊号:ISSN:11-2109/TP
  • 邮发代号:2-180
  • 获奖情况:
  • 1997年获全国优秀期刊奖,1985、1990、1996、2000年获中国科学院优秀期刊二等奖,2002年获国家期刊奖
  • 国内外数据库收录:
  • 美国数学评论(网络版),德国数学文摘,荷兰文摘与引文数据库,美国工程索引,日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版),中国北大核心期刊(2000版)
  • 被引量:27550