肝肿瘤消融机器人控制系统设计毕业设计
介入导航机器人在肝肿瘤消融术中的应用研究
介入导航机器人在肝肿瘤消融术中的应用研究姜涛，吴水才杠，王笑茹(北京工业大学生命科学与生物工程学院，北京100124)摘要：随着医学成像技术的大力发展.众多学者提出了使用穿刺导航机器人进行精准、安全、可靠的肝肿瘤微创热消融治疗为归纳总结近年来介入导航机器人在肝肿瘤热消融术中的应用.本文分別阐述了基于医学影像引导的导航机器人系统和术中导航定位方法，并归纳总结了每种方法的适用性和局限性关键词：肝肿瘤；热消融；介入导航机器人；术中导航定位中图分类号：R318文献标识码：A DOI:10.11967/2019171204Research on Application of Interventional Navigation Robot Systems inLiver Tumor AblationTao JIANG,Shuicai WU,Xiaoru WANG(College of L ife Science and Bioengineering,Beijing University of Technology,Beijing100124,China)Abstract:In recent years,with the vigorous development of medical imaging technology,many scholars have proposed using the interventional navigation systems for precise,safe and reliable minimally invasive thermal ablation for liver tumor.To summarize the application of puncture navigation robot in liver tumor ablation,the system for navigation system and the method of positioning were summarized.The applicability and limitations of each method were also discussed.Key Words:Liver tumor;Thermal ablation;Interventional navigation robot;Intraoperative navigation positioning |CLC Number]R318|Document Code]A DOI:10」1967/2019171204引言肝癌作为全球发病率较高的恶性肿瘤之一，正在严重威胁着我国人民的生命和健康山。
国家限制类技术临床应用管理规范2022年版肿瘤消融治疗技术临床应用管理规范
国家限制类技术临床应用管理规范（2022年版）一、肿瘤消融治疗技术临床应用管理规范（一）技术定义肿瘤消融治疗技术是指采用物理方法直接毁损肿瘤的局部治疗技术，包括射频、微波、冷冻、聚焦超声、激光、不可逆电穿孔等治疗技术，治疗途径包括经皮、腔镜和开放手术下。
（二）对应手术/操作名称及编码(三)医疗机构基本要求1、医疗机构开展肿瘤消融治疗技术应当与其功能、任务和技术能力相适应。
2、有卫生健康行政部门核准登记的、与肿瘤消融治疗技术相关的诊疗科目。
3、根据需求设置肿瘤治疗床位，床位不少于30张。
4、有开展肿瘤消融治疗技术的治疗室或手术室，符合消毒和无菌操作条件。
5、有麻醉后监测治疗室(PACU) o6、其他辅助科室和设备。
①具备开展血管介入治疗的相关条件。
②有磁共振(MRI)、计算机X线断层摄影(CT)或超声等设备和医学影像图像管理系统。
7、有至少2名具备肿瘤消融治疗技术临床应用能力的医师。
有经过肿瘤消融治疗技术相关知识和技能培训合格的、以及相关的其他专业技术人员。
（四）人员基本要求1、开展肿瘤消融治疗技术的医师。
①取得《医师执业证书》，执业范围与应用肿瘤消融治疗技术相关。
②有5年以上肿瘤诊疗临床工作经验，取得5年以上主治医师及以上专业技术职务任职资格。
③经过省级卫生健康行政部门备案的培训基地关于肿瘤消融治疗技术相关系统培训，具备肿瘤消融治疗技术临床应用的能力。
2、其他相关专业技术人员。
经过肿瘤消融治疗技术相关专业系统培训，满足开展肿瘤消融治疗技术临床应用所需的相关条件。
（五）技术管理基本要求1、严格遵守肿瘤消融治疗技术操作规范和诊疗指南，严格掌握肿瘤消融治疗技术的适应证和禁忌证。
2、实施肿瘤消融治疗前，应当向患者及其家属告知治疗目的、治疗风险、治疗后注意事项、可能发生的并发症及预防措施等，并签署知情同意书。
3、建立健全肿瘤消融治疗技术应用后监测及随访制度, 并按规定进行随访、记录。
4、建立病例信息数据库，在完成每例次肿瘤消融治疗后, 应当按要求保留相关病例数据信息，并按规定及时向所在地省级医疗技术临床应用信息化管理平台上报。
基于超声影像导航的微波消融治疗肝癌机器人系统
机器人
ROBOT
V o. l 29, N o . 5 Sept ., 2007
基于超声影像导航的微波消融治疗肝癌机器人系统
1 1 1 1 1 2 2 ( 1. 清华大学精密仪器与机械学系 , 北京 100084; 2 . 中国人民解放军总医院超声科 , 北京 100853)
基金项目 : 国家自然科学基金资助项目 ( 50675109, 30672016 ) . 收稿日期 : 2006- 09 - 30
第 29 卷第 5 期
徐 静等 :
基于超声影像导航的微波消融 治疗肝癌机器人系统
457
是 , 目前医生在传统 B 型超声图像引导下进行穿刺, 不能了解肿瘤空间位置信息, 使得微波天线很难准 确放置, 影响了治疗的效果
图 1 系统总体框架 ( 左 ) 及实验平台 ( 右 ) F ig . 1 O vera ll syste m a rchitecture ( left) and expe ri m en tal setup ( r ight)
458
机
器
人
2007 年 9 月
2 . 2 系统工作流程 超声引导微波消融肝癌治疗的机器人系统工作 流程如图 2 所示, 主要包括术前的规划和术中的定 位导引 . 在手术前 , 同步采集肿瘤及周围区域内的多 幅二维超声图像和超声探头位姿信息, 然后将这些 信息构成三维超声图像 , 医生据此进行手术规划, 确 定微波天线的进针方向 . 进行手术时 , 医疗机器人通 过肝脏特征组织图像将当前病人实体状态与术前获 得的三维超声模型和手术规划结果进行配准 , 然后
模式识别与智能系统硕士毕业论文选题(100个)
模式识别与智能系统硕士毕业论文选题（100个）网络头像的识别与分类研究基于深度学习的前列腺癌超声图像辅助诊断技术研究基于多模型交互的关键设备剩余寿命预测目标驱动的移动机器人自主导航研究基于C3D-BiLSTM网络和代价敏感学习的阿尔兹海默症图像分类算法分布式延时工业系统软测量建模与应用基于显著性区域的无参考图像质量评价方法研究弱监督时序动作检测算法研究基于判别式分类器的视频目标跟踪算法研究基于情感特征解耦学习的表情识别方法研究非线性系统滤波粒子退化解决策略与方法研究视频超分辨率重建中的细节保持算法研究基于视频内容的动态摘要生成算法研究基于目标表示增强的相关滤波跟踪算法研究基于GNN的小样本分类算法研究基于非负矩阵分解的降维方法研究与应用基于编解码模型的视频文本描述算法研究基于GAN和GRU的时间序列预测和填补方法研究人与物交互行为识别方法研究混合交叉熵算法求解模糊分布式流水线复杂调度问题神经网络多任务连续学习中灾难性遗忘问题的研究基于深度学习的可回收垃圾视觉分拣系统基于人体姿态迁移的视频生成方法研究基于图卷积的图像文本描述算法研究基于深度度量学习的小样本图像分类方法研究多源域深度迁移学习方法研究基于线结构光的旋转物体动态三维测量方法第一视角行为识别算法研究核相关滤波与卷积神经网络相结合的目标跟踪算法的研究基于主动Lamb波的碳纤维复合材料疲劳损伤结构健康监测方法研究面向森林火情的无人机航迹规划算法研究基于U-net的光纤散斑图像复原研究管路系统的分数阶减振降噪研究及故障分析管路系统的分数阶减振降噪研究及故障分析基于SiamRPN网络的回归损失函数及视觉跟踪研究基于信号质量评估的日常血氧及心率检测研究基于YOLOv3的目标检测方法研究基于扫频听觉诱发电位的听力损失检测方法研究基于光度学分析的高精度结构光三维重建方法研究基于神经肌肉生理信息的吞咽与发音功能评估方法研究基于机器学习的医学影像模态转换及其临床应用基于智能鲁棒模式识别的临床可行的多自由度控制假肢方法研究基于深度学习的磁共振动态成像基于孪生网络的单目标跟踪算法研究复杂场景下基于YOLOv3的人脸检测研究基于学习人类策略的移动机器人控制方法研究基于多源神经信号融合的人体运动意图识别研究肝肿瘤超声引导穿刺机器人的系统设计与控制基于中层语义表征的视频行为分析识别方法研究基于视觉的机械臂智能抓取系统研究基于主动红外入侵探测器的室内人员计数方法研究基于深度学习的金刚石锯片裂纹检测方法研究基于迁移强化学习的跨区互联电网调度优化多品种单站点外骨骼人机生产线系统的建模与优化研究快速超像素图像分割算法及其应用研究基于点云数据的SLAM图优化研究基于机器视觉的碳纤维预浸料表面质量检测研究基于机器视觉的汽车路况感知技术研究纤维素基离子电驱动器与纳米发电机的设计及性能研究基于磁阻测量的硬质合金锯片检测方法研究网约车用户出行行为分析及需求预测——以海口市为例服务机器人远程过程调用框架设计与实现——以表情识别为例基于2D旋转激光的室内三维SLAM技术研究基于网络表示学习的异常用户检测方法研究基于深度神经网络的高光谱波段选择方法研究基于SSD的小目标检测算法研究基于注意力机制的生成式对抗网络的图像增强和补全算法研究机载综合导航系统建模及其实现基于生成式对抗网络的图像识别研究基于移动端的艺术品智能识别地下隧道电缆环境下的少样本目标检测算法研究基于xPC实时平台的HIL架构设计关键技术研究与实现PROFIBUS现场总线通信性能仿真研究常规岛仪表系统可靠性建模分析AST电磁阀失电特性研究与可靠性分析规模化风电机组调频性能关键技术研究及应用核电常规岛给水系统可靠性分析及故障诊断基于自由基光谱的预混火焰温度检测研究前臂静脉特征的提取与匹配方法研究基于深度信息的室内场景分割算法研究基于语义分割的图像篡改盲取证技术研究永磁同步电机转速环控制策略研究基于深度学习的极光局部结构识别与定位基于双目视觉的道路场景语义分割技术研究基于强化学习的足式机器人控制方法研究考虑动态干扰和间歇运动的运动目标检测方法研究基于LoRa物联网组网方法研究与系统实现面向康复的运动想象脑电分析及结合VR训练研究基于组合模型的燃煤电站电煤库存短期预测方法研究基于可分离信号的Wiener模型辨识方法研究基于案例推理的时间限制进食治疗肥胖方法研究面向旅游领域的实体预测方法研究基于改进RPN的深度学习目标检测方法研究基于物联网技术的图像火焰检测系统设计基于姿态分析和局部特征的人脸识别系统研究基于卷积神经网络的飞机蒙皮紧固件腐蚀损伤检测研究贝叶斯网络分类器的参数学习算法研究与实现基于稀疏表示的超分辨率重建关键技术研究基于DSmT的多粒度信息融合方法及其应用研究基于先验约束的超分辨率图像复原方法研究。
机器人肝切除治疗肝细胞癌的体会：同济经验
[收稿日期]2018-09-22[作者单位]华中科技大学同济医学院附属同济医院肝脏外科中心,湖北武汉430030[作者简介]朱 鹏(1979-),男,副教授.[通信作者]陈孝平,中国科学院院士,博士研究生导师,教授.E⁃mail:chenxpchenxp@[文章编号]1000⁃2200(2018)10⁃1275⁃04㊃述 评㊃机器人肝切除治疗肝细胞癌的体会:同济经验朱 鹏,张必翔,陈孝平[关键词]肝细胞癌;肝切除术;机器人[中图法分类号]R 735.7 [文献标志码]A DOI :10.13898/ki.issn.1000⁃2200.2018.10.003 肝细胞癌(hepatocellular carcinoma ,HCC )是一种极常见的消化道肿瘤[1],全球发病率第五,但肿瘤致死率排名第二㊂而这其中,每年超过半数的新发HCC 病例发生在中国大陆,而且大多数病人合并慢性乙型肝炎病毒感染[2]㊂统计资料显示[3],2015年全国HCC 发病人数46.6万例,因HCC 死亡病例数高达42.2万例,HCC 综合治疗的5年生存率仅为10.2%㊂尽管这些年HCC 的临床治疗已经取得了巨大的进步,但肝癌的防治形势依然不容乐观㊂目前,以外科手术切除为主的个体化综合治疗方案成为HCC 治疗的共识[4-5]㊂1958年,我院在国内首先报告肝切除术治疗HCC [6],标志着我国手术治疗HCC 的开始㊂为了解我国肝切除现状,由同济医院牵头依托中华医学会肝外科学组实施的全国112家医疗机构的多中心研究,统计了2008年至2013年我国42573例肝切除病例的流行病学资料㊂结果显示,我国HCC 行肝切除术后总体生存时间为631d ,1㊁3㊁5年总体生存率分别为73.2%㊁28.8%和19.6%[2]㊂随着肝脏外科临床实践的不断发展,越来越多的肝癌病人可以从手术切除中获益㊂手术适应证不再局限于小肝癌病人,大肝癌切除术后5年总体生存率亦可以达到38.7%[7];即使是伴有门静脉癌栓的病人,部分病人(1㊁2型PVTT )术后2年生存率可达39.9%[8]㊂当然早些年,这些病人肝切除均是开腹手术㊂近年来,随着腹腔镜肝切除技术的成熟,越来越多的单位开始尝试腹腔镜肝切除治疗HCC[9],部分单位腔镜比例可占肝切除病例的60%~80%㊂但是由于腹腔镜自身一些难以克服的缺点[10],如杠杆效应㊁自由度受限㊁精细缝合操作困难等,因此腹腔镜肝切除的学习曲线相对较长,其推广应用还是受到一定的局限㊂而机器人辅助腹腔镜肝切除术作为一种特殊类型的腹腔镜肝切除技术[11],其器械具备内腕设计,完全克服了传统腔镜的一些缺点,便于缝合操作,临床实际应用优势明显㊂同济医院自2015年2月开展第一例机器人肝切除以来,迄今共开展各类机器人腹腔镜肝切除230例,手术方式涉及半肝㊁右后叶㊁尾状叶等肝脏各个区域,其中肝癌共138例,占比60%㊂据此,结合术中心得,探讨机器人肝切除治疗HCC的一些体会,以便于这一新兴技术在肝癌外科领域更好的推广㊂1 充分重视术前评估 充分的术前评估是病人安全的保证㊂HCC的手术治疗需要达到两个目的,一是根治性切除肿瘤,二是保证足够的剩余肝脏功能㊂术前肝功能CHILD评分,我们一般要求小于7分;如行大范围肝切除,吲哚氰绿(ICG)15min潴留率≤10%;利用三维重建模拟切除技术,剩余肝脏重量需保证在体质量的1%以上㊂我们前期140例机器人肝切除病例统计显示,79例HCC病人,围手术期死亡率是0, Clavien⁃Dindo3㊁4级并发症发生率[12-13]为7.6%㊂通过上述详细的术前量化评估,病人的手术安全性得到了很好的保障㊂2 病人体位与穿刺孔布局 目前在我国普遍装备的还是第三代达芬奇机器人系统,其床旁机器臂系统一旦固定,术中是无法随意调整位置和病人体位的㊂因此,术前体位和穿刺孔布局是手术顺利的保证㊂我们主要采用两种体位[14]:左外叶㊁左半肝㊁右半肝和病变位于1㊁2㊁3㊁4㊁5㊁8段病人选择平卧位;而对于右后叶或单独6㊁7段肝切除病人,左侧45°~60°倾斜的体位更加有利于肝脏的游离和肝实质离断㊂关于穿刺孔布局,一个总的原则就是沿着切肝平面或对着肿瘤所在肝段或肝叶呈扇形布孔,每孔间距应尽可能≥8cm,以免机器臂间出现互相干扰㊂观察孔的位置应不拘泥于脐周,距离拟手术肝脏区域约15cm即可㊂我们常规采用3个机器臂加1个辅助孔进行肝切除,辅助孔可根据实际情况灵活布置㊂3 肝切除策略的选择 肝癌肝切除,是否应该行解剖性肝切除,这一问题目前还存在争议㊂日本一项包括5781例单发肝癌病人的回顾性研究显示[15],仅2~5cm的单发肝癌病人行解剖性肝切除后,其无瘤生存率明显优于非解剖性切除,据此对于肝癌肝切除病人,推荐进行解剖性肝切除,尤其是针对2~-5cm的单发肝癌病人㊂2015年关于腹腔镜肝切除的盛冈共识[9]亦明确指出对于HCC,应该行解剖性肝切除㊂但是, 2018年EASL HCC指南推荐[1],目前的证据还是认为解剖性和非解剖性肝切除方式都是可选的㊂而且对于极早期肝癌,即单发小于2cm的HCC,切除和消融治疗都可作为一线选择,这在某种程度上亦是认可了非解剖性肝切除的地位㊂我们中心的实际做法是,具体肝切除范围还是应该考虑到病人肝硬化背景㊁肝功能状况和肿瘤相关因素等,不应强求㊂目前两种肝切除策略并存,但推荐行解剖性肝切除,尤其是对于那些直径在2~5cm范围内的单发肿瘤病人㊂前期121例机器人肝切除治疗HCC的病人,有84例(69%)病人接受解剖性肝切除,其余37例(31%)仅行非解剖性切除㊂4 肿瘤定位与肝切除规划 与传统腹腔镜肝切除一样,术中超声的应用在肿瘤定位和肝切除规划方面显得尤为重要㊂文献报道[16],术中超声可以增加腹腔镜肝切除的安全性而得到广泛应用,但并没有关于机器人辅助腹腔镜下超声使用的报道㊂我们结合初期110例机器人肝切除术中超声使用经验,首次提出机器人肝切除的 四步法”超声使用步骤[17]:(1)探查阶段㊂超声探查肿瘤数目㊁大小和位置,确认无其他术前影像学评估未发现的微小病灶㊂(2)辨别阶段㊂利用术中超声和肝脏表面解剖标志仔细辨别肝脏重要脉管结构,确认拟切除肝段及离断平面㊂(3)导航阶段㊂在超声的实时引导下离断肝实质,有助于避免血管意外损伤而导致难以控制的出血,亦可以避免断肝平面出现偏移㊂(4)确认阶段㊂离断肝实质后,再次利用超声确认剩余肝实质的出入肝血流无意外损伤以及剩余肝脏内无肿瘤残留㊂尽管术中超声的反复使用确实会使手术时间相应延长,但在这110例病人中,未发现因血管意外损伤导致的大出血,11例(10%)病人发现意外小病灶,其中6例为HCC病人,除1例意外小病灶位于拟切除肝脏范围外,其余5例均需调整手术方案,包括扩大切除范围或附加术中微波消融治疗等㊂这些数据都凸显了术中超声在机器人肝切除术中的重要性㊂ICG荧光显像技术目前在传统腹腔镜肝切除中应用较为广泛,这一技术在肿瘤标记㊁肝叶或肝段的染色方面作用突出㊂但由于达芬奇机器人系统下荧光端口的开放需要付费购买使用,很多单位均未配置,无法推广使用㊂我们曾先期借助于PINPOINT 传统腹腔镜设备试用两例病人[18],效果不错,相信设备不断升级,ICG荧光显像在机器人肝切除方面的应用前景将越来越广泛㊂5 肝血流阻断技术 与腹腔镜肝切除类似,目前开放肝切除术中血流阻断技术均可应用于机器人肝切除术㊂对于肿瘤较小㊁位置边缘的情况,完全可以不阻断肝脏血流状态下行肝切除术㊂当然,如确有必要,最常用的还是Pringle法㊂我们的经验是采用红色导尿管+Hem⁃o⁃lok模式[14],反复多次阻断,应用原则是:对于正常肝实质,采用15min持续阻断+5min再灌注的策略;对于肝硬化组织,则采用10min持续阻断+5 min再灌注模式㊂当然,对于一些解剖性切除术,亦可以行区域性血流阻断技术,既有利于血流控制,又可以减少剩余肝脏的缺血再灌注损伤㊂目前肝实质离断过程中,常规使用低中心静脉压技术已经被广泛接受㊂目前有两种低中心静脉技术可供选择:一种是控制性低中心静脉压技术,需要麻醉师配合实施,通过限制输液速度,应用硝酸甘油㊁呋塞米等药物,从而使中心静脉压降至5cmH2O水平以下,甚至更低,但该技术一大缺点就是起效较慢,而且不受外科医师控制;另一种是肝下下腔静脉阻断技术,这种方法由我们首创[19],通过阻断肝下下腔静脉从而减少60%~70%的回心血流,从而使中心静脉压迅速下降㊂当然,并不是所有病人均需要使用这些技术,应根据实际情况灵活运用㊂有时即使出现一些较难处理的出血点,可以采用第3臂暂时予以压迫止血,再采用另两臂进行缝扎止血或其他处理,充分发挥机器人手术的最大优势㊂我们认为这也是一种最直接有效的血流阻断方式,值得推广应用㊂6 肝实质离断技术 与传统腹腔镜肝切除不同的是,机器人肝切除中断肝器械选择比较有限,我们主要采用两种,分别是超声刀和Maryland双极电凝钳㊂超声刀主要用于直线平面的离断㊂由于超声刀头没有内腕设计,其自由度受限,因此对于非直线断面则需要采用Maryland双极电凝钳钳夹法断肝㊂当然不管采用何种器械,其目的只有一个,即在离断肝实质的同时,妥善处理血管和胆管,尽可能减少失血和术后胆漏的发生率㊂对于肝实质离断过程中管道结构的处理,与传统腔镜下处理类似,采用钛夹㊁Hem⁃o⁃lok夹或缝扎妥善处理㊂对于直径较粗的管道结构,可以采用Endopath stapler直接切割闭合处理,有时亦可采用7号丝线预先结扎处理,待管道明显缩窄后再用Hem⁃o⁃lok夹闭处理㊂7 重视机器人肝切除的学习曲线效应 和传统腹腔镜肝切除技术一样,机器人肝切除的学习曲线效应同样存在㊂据报道[20],如果以中转率为主要观察指标,传统腹腔镜肝切除术的学习曲线是60例㊂我们对前期140例机器人肝切除病人资料进行类似统计,发现其学习曲线效应只需要30例,这也和盛冈共识提出的机器人肝切除更容易学习掌握相吻合[21]㊂我们对度过学习曲线后的连续122例机器人肝切除病例进行统计分析发现,仅3例病人需要中转,中转率为2.5%(同期文献[22]报道超过25例病人的机器人肝切除平均中转率在3.7%~20%)㊂而肿瘤数据超过1个㊁肝右后叶切除还是中转的独立危险因素㊂考虑到肿瘤外科治疗的无瘤原则和出血对预后影响等方面因素,我们的经验是初学者建议以左外叶切除或者符合Louisville 宣言的腔镜适应证[23]去选择合适病例,并尽可能选择良性病例,待度过学习曲线后再去尝试HCC的手术治疗㊂8 腹腔镜与机器人治疗HCC的队列研究初步结果 机器人肝切除目前仍处于探索和研究阶段,相关文献报道较少㊂一项包括31项研究的Meta分析显示[11],机器人肝切除与传统腹腔镜肝切除术一样安全㊁可行,但对于肝脏恶性肿瘤的远期疗效证据较少,还需要进一步持续观察㊂中国香港LAI等报道一组135例HCC病人的对比研究[24],其中机器人肝切除100例,传统腹腔镜35例,机器人组手术时间更长,但2组术中出血量及并发症率均相当㊂两组R0切除率㊁无瘤生存期和5年生存率均无明显统计学差异㊂但本组病例传统腹腔镜组例数偏少,且2组在肝切除范围㊁肿瘤大小及位置方面可比性亦不尽如人意㊂我们亦同时进行了一项比较机器人和传统腹腔镜肝切除治疗HCC的队列研究,机器人组共121例病人,传统腹腔镜组共610例病人,2组病例在年龄㊁基础肝病㊁肝功能㊁肿瘤大小及数目㊁BCLC分期等方面均具有可比性,初步结果显示:机器人组手术时间明显更长(297min vs.252min,P< 0.01),但中转率更低(2.0%vs.9.5%,P<0.01)㊂2组病人围手术期并发症率㊁1年和3年的无瘤生存率和总体生存率均无明显差异,提示我们机器人肝切除可以达到腹腔镜肝切除类似的短期和长期效果,其用于HCC肝切除是安全有效的㊂当然,现阶段的达芬奇机器人系统亦有一些弊端,如昂贵的开机费㊁器械使用次数限制㊁器械费用较高㊁床旁机械臂系统过于庞大等,确实亦造成其短期内无法广泛推广使用㊂但是机器人辅助腹腔镜系统确实克服了传统腹腔镜的技术缺陷,具备在腹腔镜下完成复杂操作的能力,随着相应设备的小型化设计和持续改进,相信它仍会引领未来肝脏外科微创化发展的方向㊂[参考文献][1] European Association for the Study of the Liver.Electronic ad⁃dress.European Association for the Study of the Liver.EASL Clin⁃ical Practice Guidelines:management of hepatocellular carcinoma[J].J Hepatol,2018,69(1):182.[2] ZHANG BH,ZHANG BX,ZHANG ZW,et al.42573cases ofhepatectomy in China:a multicenter retrospective investigation[J].Sci China Life Sci,2018,61(6):660.[3] SIEGEL RL,MILLER KD,JEMAL A.Cancer statistics[J].CACancer J Clin,2016,66(1):7.[4] 中华人民共和国卫生和计划生育委员会医政医管局.原发性肝癌诊疗规范(2017版)[J].中华消化外科杂志,2017,16(7):635.[5] 陈孝平,朱鹏.以手术治疗为主的肝癌个体化综合治疗[J].中国实用外科杂志,2016,36(6):596.[6] 夏穗生.肝部分切除手术[J].武汉医学院学报,1958(1):9.[7] CHEN XP,QIU FZ,WU ZD,et al.Long⁃term outcome of resec⁃tion of large hepatocellular 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手术机器人控制系统及手动操纵装置的设计
2、软件设计
主从同步控制：保证主从端操作的同步和一致性，可以采用基于信号延时 的主从同步控制算法进行实现。
2、软件设计
手术路径规划：根据病人体质和手术部位等信息，预先设定最佳手术路径， 减小手术创伤和提高手术成功率。可以采用基于医学图像的三维重建和可视化技 术进行实现。
一、手术机器人控制系统设计
一、手术机器人控制系统设计
手术机器人的控制系统是其核心部分，它需要确保手术的精确性和稳定性。 一般来说，手术机器人的控制系统由以下几个部分组成：
一、手术机器人控制系统设计
1、主控制器：主控制器是整个控制系统的核心，负责接收医生的操作指令， 并控制机器人的运动。主控制器一般采用高性能的微处理器或计算机系统，能够 快速、准确地执行操作。
实验结果及分析
实验结果及分析
为验证本次演示所研究的变刚度单孔手术机器人系统的性能，进行了一系列 实验。实验结果表明，该机器人系统在稳定性、精度和抗干扰能力方面均有所提 高。同时，对比了不同控制策略的效果，发现基于模型的控制器设计和人工智能 算法相结合的控制策略在手术过程中具有更好的适应性。
结论与展望
随着医疗技术的不断发展，微创手术已经成为许多疾病治疗的重要手段。然 而，传统微创手术存在操作复杂、对医生技能要求高等问题。因此，采用机器人 辅助的微创手术已成为发展趋势。本次演示主要探讨主从微创手术机器人的控制 设计。
主从微创手术机器人概述
主从微创手术机器人概述
主从微创手术机器人是一种利用计算机技术和机器人技术，实现远程操控的 微创手术系统。主从机器人系统由主端和从端两部分组成。主端一般由医生操作， 从端则安装有手术器械，通过无线或有线连接实现主从同步操作。
基于LabWindows的肿瘤微波热消融精准治疗计划系统设计
技术与应用生命科学仪器第19卷/1期基于L a b W in d o w s的肿瘤微波热消融精准治疗计划系统设计朱柔君\晋晓飞\邹止寒\俞钦栋\冯宇\钱志佘p，刘珈2(1.南京航空航天大学自动化学院生物医学工程系，江苏南京，210016;2.湖南省肿瘤医院/中南大学湘雅医学院附属肿瘤医院，湖南长沙，410013)摘要：为了满足医生在微波消融治疗前能够精准的控制消融剂量，减少对组织的伤害又能达到完全消融的目的。
因此设计了一款肿瘤微波热消融精准治疗计划软件系统，系统主要包含治疗模块、仿真模块，多参 数术中疗效评估模块软件弥补了不足的同时保留了操作简单，界面简洁易上手的优点，还完成了精准消融的目的。
实验表明，该软件通讯顺畅、延迟小，可以满足0-100W、0-30m i n不同剂量的任意调节，实现温度、近红外光学参数的实时采集、计算、显示与存储，传输速率可达9600b p s:达到降低微波消融手术治疗的难度，提高消融治疗后的患者的手术生存质量。
关键词：微波消融，系统设计，L a b W i n d o w s/C V I中图分类号：R318文献标识码：A D O I: 10.11967/2021190210Design of Precision Treatment Planning System for Tumor MicrowaveThermal Ablation Based on LabWindowsZ H U Roujun', J I N Xiaofei1, Z O U Z h i h a n1,Y U Q i n g d o n g1, F E N G Y u1, Q I A N Z h i y u1*, L I U Jia2 ((1.College of Automation Engineering, Nanjing University of Aeronautics and Astronautics,Nanjing, Jiangsu 210016,China;2.Hunan Cancer Hospital / The Affiliated Cancer Hospital of Xiangya School of Medicine,Central South University,Changsha410013,China)Abstract: In order to satisfy the doctor's ability to accurately control the ablation dos e before the m i c r o w a v e ablation treatment, reduce the d a m a g e to the tissue a n d achieve the goal of c om plete ablation. Therefore, a precision treatment planning software s y s t e m for t u m o r m i c r o w a v e thermal ablation w a s designed. T h e s y s t e m m a in l y includes a treatment m odule, a simulation module, a n d a multi-parameter intraoperative curative effect evaluation modu l e. T h e software m a k e s u p for the shortcomings while retaining the advantages of simple operation, simplea n d easy-to-use interface, a n d c ompletes the purpose of precise ablation. E x per iments s h o w that the software hass m o o t h c o m m u n i c a t i o n a n d l o w delay, can m e e t the arbitrary adjustment o f0-100W, 0-30m i n different doses, realizes real-time collection, calculation, display and storage of temperature a n d near-infrared optical parameters,a n d the transmission rate can reach 9600bps. I t can reduce the difficulty o f m i c r o w a v e ablation surgery and impr o vethe quality o f life o f patients after ablation.K e y w o r d s:M i c r o w a v e ablation, S y s t e m design, L a b W i n d o w s/C V II C L C N u m b e r]R318[D o c u m e n t C o d e l A D O I: 10.11967/2021190210收稿日期：2020-11-24;修回日期：2021-1-03基金项目：自然科学基金国家重大科研仪器研制项目（ 81727804，81827803 )、国家自然科学基金（M875085, 81601532 )，江苏省自然科学基金（B K20160814)，江苏省社会发展计划（BE2016759 )、南京航空航天大学研究生创新基地（实验室）开放基金（吨20丨8U3()4)资助通信作者：钱志余(1963-)，男，教授，Email:zhiyu@:■ 68生命科学仪器2021第19卷/1期技术与应用0引言微波消融治疗技术是当前研究的热点，为肿 瘤治疗开辟了一条新途径，消融技术以微创，可 反复实施，消融范围大等优点得到了广泛的关注〜3]。
穿刺机器人精准微波消融的实验
实验目标与方案
实验目标
评估穿刺机器人辅助精准微波消融技术对肿瘤治疗的临床效果。
实验方案
选取不同类型和分期的肿瘤患者，采用穿刺机器人精准微波消融技术进行治疗，并收集相关数据进行分析。
实验步骤与操作流程
实验步骤 1. 筛选符合条件的肿瘤患者，获取其基本信息和病历资料。
2. 对患者进行穿刺机器人精准微波消融治疗。
穿刺机器人精准微波消融的实验
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目录
• 引言 • 穿刺机器人系统介绍 • 微波消融技术原理及实验 • 穿刺机器人精准微波消融实验设计 • 实验结果分析与讨论 • 结论与展望 • 参考文献
01
引言
研究背景与意义
微波消融技术
微波消融技术是一种用于肿瘤治 疗的热疗方法，通过产生的高频 电磁波热能，使肿瘤组织内部温 度升高，从而达到破坏肿瘤组织
05
实验结果分析与讨论
实验结果展示与描述
01
02
03
04
实验对象
50名患者，年龄30-65岁，患 病类型包括肺癌、肝癌、乳腺
癌等。
实验方法
采用穿刺机器人技术进行精准 微波消融治疗。
实验过程
在专业医生操作下，机器人按 照预设的程序进行微波消融治
疗。
实验数据
治疗过程中，患者的生理指标 、消融范围、治疗效果等数据
研究方法
首先，设计和建立穿刺机器人系统和微波消融装置；其次，通过实验和临床试 验，评估穿刺机器人精准微波消融技术的疗效和安全性；最后，对实验和临床 试验数据进行统计分析和总结。
02
穿刺机器人系统介绍
穿刺机器人结构与特点
结构
穿刺机器人通常由机械臂、控制 系统、微波发生器、图像处理系 统等组成。
导航技术、机器人技术在超声引导肝肿瘤经皮热消融中的应用研究
对采集到的数据进行清洗、整理和分析，提取出有效数据，为后续的统计分析做准备。
数据采集
数据采集与处理
统计分析方法
采用描述性统计和推断性统计相结合的方法，对收集到的数据进行统计分析。描述性统计包括均值、标准差、最大值、最小值等指标；推断性统计包括t检验、方差分析、卡方检验等。
结果解释
通过统计分析，评估导航技术和机器人技术在超声引导肝肿瘤经皮热消融术中的应用效果。具体指标包括手术时间、术中出血量、术后并发症发生率等。同时，通过生存分析等方法2
导航技术与机器人技术概述
导航技术是一种能够在复杂环境中进行定位、定向和路径规划的技术。
导航技术定义
导航技术分类
导航技术原理
根据应用场景的不同，导航技术可分为航空导航、航海导航、陆地导航等。
导航技术主要基于测量设备获取的位置信息，通过计算和分析来确定物体的位置和航向。
03
导航技术概述
通过联合使用导航技术和机器人技术，可以更精确地监控消融针的位置和移动，从而避免对周围器官和血管的损伤，提高手术安全性。
联合应用可以缩短手术时间
通过自动化地完成部分任务并提高医生的效率，联合应用可以缩短手术时间。
01
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03
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实验设计与数据分析
选取50名肝肿瘤患者，年龄、性别、病情等方面具有代表性，且无严重心、肝、肾功能障碍等。
优势
该技术在临床上已经得到广泛应用，对于肝细胞癌、转移性肝癌等均有较好的治疗效果。
应用
超声引导肝肿瘤经皮热消融技术的优势与应用
04
导航技术与机器人技术在超声引导肝肿瘤经皮热消融中的应用研究
导航技术可以提高超声引导的精度
01
通过使用先进的导航技术，可以精确地测量肿瘤的位置和大小，并将其与周围血管和器官的关系可视化，从而帮助医生更准确地引导消融针进入肿瘤。
微波消融技术治疗
A、微波治疗前 B、微波治疗中 C.微波治疗后
D.微波治疗前 E、微波治疗时 F、微波治疗后
G、微波治疗前 H、消后CT坏死区
展望
作为一种肿瘤局部治疗的新技术, 微波消融治疗已 经开始在国内外许多肿瘤中心广泛应用于临床, 而且发 展迅速, 应用领域不断扩大, 疗效也被临床病人员重视。 由于微波消融具有单次治疗体积恒定, 疗效确切、操作 方便、时间短、创伤小、恢复快、受患者因素影响小 等特点, 对病灶局限、体积适宜和数目不多的实质性肿 瘤等, 微波消融技术已成为临床主要的治疗选择之一。 在严格掌握适应证, 强调术前、术后肿瘤综合治疗的条 件下, 微波消融正在成为一项极有潜力, 有效的肿瘤局 部治疗技术。
作为肿瘤局部治疗的物理方法, 同样强调肿瘤的综 合治疗和肿瘤外科治疗原则。受微波消融针治疗体积 的限制, 原则上对明显超过极限体积的肿瘤在进行微 波消融治疗的同时还必须有其他相应的治疗措施。考 虑到实际操作, 显像监视和治疗靶器官的接受程度, 微 波消融治疗对多发病灶有一定局限性。在选择肝肿瘤 适应证时要考虑肿瘤大小、数目以及邻近肝门结构, 血管、肠管、胆囊、膈肌位置和肝包膜等。肝单发病 灶要5cm以内为好。肝多发灶要求多发病灶体积比单 发病灶要小, 一般在3-4个。能够进行超范围即包括肿 瘤边缘1-2cm的正常肝组织的微波消融治疗, 是防止肿 瘤局部复发的理想措施。
微波治疗是在影像监视下进行的，尽管CT、MRI、 超声都可引导为微波电极针的布置；但是，由于超声 简便、动态、快速、经济，成为临床最常用的引导方 法，在肝脏肿瘤的治疗上，基本上均采用超声引用为 微波消融。
肿瘤的微波消融有3种途径: 经皮、经腹腔镜和开腹 术进行微波消融，经皮途径是最常用的方法，创伤最 小，局部麻醉，费用低，可以重复进行。对于诊断明 确，定位清晰、邻近没有易损脏器或血管的肿瘤，经 皮是最好的选择。
2023肝肿瘤消融穿刺路径规划数字化研究进展(全文)
2023肝肿瘤消融穿刺路径规划数字化研究进展(全文)影像引导下经皮消融治疗是在影像设备引导下，将消融针穿刺入肿瘤内，通过物理或化学能量毁损肿瘤组织的一种局部治疗技术，对于直径<3cm 的肝肿瘤疗效确切、安全性好、重复性高[1-3 ]。
消融治疗包括术前规划、术中实施以及术后评估三个阶段，其中基于影像的术前穿刺路径规划尤为重要。
为实现精准、规范的消融布针穿刺路径术前规划，医生需要充分掌握不同消融技术的消融灶热场与消融条件的量效关系、器官组织的影像断层图像识别与重建，并对可能引起的并发症有充分的预判，在保证肿瘤彻底消融的前提下，尽可能减少对周围组织的损伤。
当前消融穿刺路径规划依赖医生个人经验，主观性较强；而具备丰富消融规划经验的医生资源高度集中，有限的优质医疗资源难以满足日益增长的消融治疗需求。
当前世界逐步迈入数字时代，大数据、人工智能、云计算等数字技术日新月异，数字化正改变着社会发展方式。
在医疗卫生领域，数字化技术带来翻天覆地的改变[4]。
从数字化的角度来看，消融治疗以标准化的影像图像为基础，是最有可能实现诊疗场景数字化的技术之一，有望实现全闭环工作流程数字化技术覆盖。
目前针对消融穿刺路径规划的研究，根据研究技术路线及方法可分为四类，分别是基于三维重建的规划、热场模拟规划、机器人穿刺规划、实际穿刺路径规划。
本文概述穿刺路径规划的数字化研究进展。
1 基于三维重建的规划穿刺路径自动规划通常建立在腹部脏器三维重建的基础上，根据直观显示的各关键结构的相对位置和法线距离，确定穿刺路径走向。
早期研究者将阈值法、区域生长等方法用于肝脏和肝肿瘤的分割及三维重建，但由于所提取图像特征简单，重建效果不理想[5-6]。
后来又有研究者基于随机特征子空间集合的极限学习(ELM)、支持向量机(SVM) 等机器学习方法对肝脏分割并优化[7-8 ]。
还有以 U-Net 为代表的深度卷积神经网络针对肝内肿瘤不规则、边缘模糊的特点，对于肝脏及肿瘤分割可获得较满意结果[9]。
【课题申报】肝胆外科手术的机器人导航系统
肝胆外科手术的机器人导航系统《肝胆外科手术的机器人导航系统》课题申报一、课题背景与意义肝胆外科手术是一种复杂而高风险的手术，对医生的专业水平有着较高的要求。
而传统的肝胆外科手术面临着许多困难和挑战，如手术精确度不高、难以保证手术安全性、对医生经验依赖度高等问题。
因此，开发一种机器人导航系统，应对这些问题，提高手术效果和安全性，具有重要的研究意义和应用价值。
二、课题内容与目标本课题的核心内容是研发一种针对肝胆外科手术的机器人导航系统。
通过对患者的肝胆结构进行准确的识别和重建，结合医生的操作需求，该系统能够提供精确的手术规划和导航，实现手术的高精确度、低创伤和高安全性。
本课题的目标如下：1. 开发一套完整的机器人导航系统，包括数据采集、图像处理、手术规划、导航引导等功能模块；2. 实现对患者肝胆结构的准确识别和重建，提供高质量的手术参考；3. 建立基于机器学习和深度学习的手术规划和导航模型，实现精确的手术过程规划和操作引导；4. 实现系统的实时性和稳定性，满足临床应用的需求；5. 评估机器人导航系统在肝胆外科手术中的效果，对比传统手术方法，分析其优缺点。
三、研究方法与技术路线本课题将采用以下研究方法和技术路线：1. 数据采集与预处理：收集患者肝胆相关数据，包括CT、MRI、超声等图像数据，并进行标准化处理，准备用于后续的图像处理和分析；2. 图像处理与分析：应用先进的图像处理和分析算法，对患者肝胆结构进行准确识别和重建；3. 手术规划与导航：基于机器学习和深度学习技术，建立手术规划和导航模型，实现精确的手术过程规划和操作引导；4. 系统设计与开发：设计和实现机器人导航系统的各个功能模块，保证系统具有良好的实时性和稳定性；5. 系统评估与优化：通过临床实验，评估系统在肝胆外科手术中的效果，对比传统手术方法，分析系统的优缺点，进一步优化系统的性能和功能。
四、预期成果与创新点本课题的预期成果包括：1. 开发出一套完整的机器人导航系统，包括数据采集、图像处理、手术规划、导航引导等功能模块；2. 实现对患者肝胆结构的准确识别和重建，提供高质量的手术参考；3. 建立基于机器学习和深度学习的手术规划和导航模型，实现精确的手术过程规划和操作引导；4. 实现系统的实时性和稳定性，满足临床应用的需求；5. 通过临床实验，证明机器人导航系统在肝胆外科手术中能够提高手术效果和安全性。
5G远程操控与混合现实引导的肝肿瘤微波消融手术导航
5G远程操控与混合现实引导的肝肿瘤微波消融手术导航范敬凡;张紫馨;肖德强;付天宇;林毓聪;艾丹妮;宋红;王涌天;杨健
【期刊名称】《中国数字医学》
【年(卷),期】2022(17)6
【摘要】研究基于5G远程操控的混合现实肝肿瘤微波消融手术导航机器人,建立新型的精准远程操控微波消融手术导航体系,实现远程术前科学规划、术中精准消融、术后客观评估,推动远程治疗技术迈入程序化、自动化以及规范化的科学发展新阶段,针对当前医疗资源分布不均衡的现实问题提供有效的解决方案,从而促进临床医学达到有效的实用新高度。
【总页数】5页(P15-19)
【作者】范敬凡;张紫馨;肖德强;付天宇;林毓聪;艾丹妮;宋红;王涌天;杨健
【作者单位】北京理工大学光电学院;北京理工大学医学技术学院;北京理工大学计算机学院
【正文语种】中文
【中图分类】R319
【相关文献】
1.基于磁定位导航的影像融合联合针尖追踪技术引导微波消融治疗肝脏肿瘤1例
2.导航及机器人辅助系统三维空间信息对超声引导肝肿瘤经皮热消融治疗的作用:临床应用的准确性与可行性
3.喉罩全麻下闭合式MRI引导微波消融治疗膈下肝恶性肿瘤
4.四维电磁导航系统辅助CT引导下肝肿瘤热消融的临床应用
5.超声造影融合虚拟导航技术引导肝肿瘤消融治疗的疗效分析
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毕业设计题目肝肿瘤消融机器人控制系统设计1 前言1.1课题研究的背景及意义从20世纪90年代以来，机器人在医疗领域的应用已经发生了天翻地覆的变化。
随着机器人技术的发展，机器人将在医疗领域为人类做出重大的贡献。
肝肿瘤消融机器人是机器人研究的一个热点，它是随着超声引导技术在治疗肿瘤方面的应用而在国内外迅速兴起的。
随着它的发展，这种技术正成为一种非手术治疗肿瘤的有效手段。
该技术往往通过与先进的影像技术相结合，在准确的对肿瘤部位进行定位的前提下，应用加热的方法直接作用于肿瘤组织，通过这种方法来达到使肿瘤细胞坏死的目的。
为了对肿瘤进行准确的定位，现在，人们正在借鉴其他导航系统并结合三维空间定位技术，准备对肿瘤位置进行更为精确的定位。
这样在能够构建三维空间坐标的基础上，应用肝肿瘤消融机器人实现精确定位和辅助操作。
肝肿瘤消融机器人治疗肿瘤具有很多的优点。
它可以通过图像监控来实的确定计划选定的目标肿瘤，可以对肿瘤进行更为准确的定位，机器人可以在医生的控制下，自由的运动，运动精度高，治疗的整个过程可以控制。
整个的治疗过程无创伤、不出血、不需麻醉、真正实现从体外治疗肿瘤的目的。
这在很大程度上减轻了患者的痛苦机器人灵巧的结构和装置的精度，可实现精确的定位和保持稳定的手术图像，从而能进行精确地外科手术。
先进的机器人控制技术和友好的人机接口技术可以提高外科手术医生手术的精度和灵巧性，避免人手的震颤。
机器人可连续工作，不会疲劳，不仅工作可靠，而且可减少劳动力成本[1]。
机器人装置的紧凑性和兼容性占用较少的手术台空间，可适用于多种的外科手术。
可提供一个适合人类工程学的操作环境，使外科医生的疲劳程度降低到最小，从而提高手术的安全度。
该机器人的研制成功可以有效对肝肿瘤患者的治疗发挥重大作用。
因此从经济意义和社会效益方面来讲，这一项研究意义十分重大）1.2肝肿瘤消融机器人国内外研究现状肝肿瘤机器人作为一种高端的医疗机器人，随着它在治疗领域的发展进步，它越来越受到世界各国机器人研究机构的重视。
国内的机器人技术处于发展阶段，我国也加大了对机器人的研发力度，因此，医疗机器人的的发展正处与一个黄金时期。
在国内，北京航空航天大学机器人研究所与清华大学，解放军海军总医院合作，在国内率先开展了远程脑外科机器人辅助手术系统的研究，先后研制成功了应用于临床的机器人辅助脑外科立体定向手术系统CRAS-BH1,CRAS-BH2,CRAS-BH3和黎元BH-600。
该系统主要由影响获取传输，虚拟手术规划，智能机器臂，病人头部固定装置等部分组成，可以完成确定手术靶点，重建三维病灶轮廓，引导定位器械，定向手术系统等多个复杂步骤，治疗脑部纵深病变无需开颅[2]。
这一手术突破了传统脑外科手术的定式，病人头上不必再戴厚重的金属框架以辅助定位，病人造成的创伤面比传统的手术小的多，定位也比传统手术精确。
北京理工大学等一些高校已经对此投入了巨大的财力物力，并且取得了一定的成果，也获得了众多具有自主知识产权的专利。
进入七八十年代，德国、以色列等国家也相继开始机器人的研究工作。
至今他们这些国家的机器人技术已经比较成熟了。
上世纪90年代，国际先进机器人计划召开过多届医疗外科机器人研讨会。
欧共体技术专家Maurice在IEEE SPECTRNM期刊中表示，欧共体正在制定一项新的计划，其中将机器人辅助外科手术及模拟医疗技术仿真作为重点研究发展计划之一。
日本也制定国家计划开展高科技医疗器械研究发展[3]。
1.3肝肿瘤机器人的发展趋势通过对国内外肝肿瘤消融机器人和一些辅助治疗机器人的现状的分析，可以看出肝肿瘤医疗机器人今后的发展有以下几个方面的趋势：（1）结构上，趋向微小型，占地面积越来越少。
（2）安全方面越来越高，采用大规模的功能更加强大集成电路，有可能通过减少自由度来提高系统的稳定性。
（3）在功能上，趋向于智能多元化。
采用速度运算更快的控制器，机器人的操作越来越简单，更加利于医生的操作。
（4）高精度化。
定位精度越来越高，与三维定位结合，这对于肝肿瘤的消除具有重大的意义。
（5）成本越来越低，应用越来越普遍，现在由于处于起步阶段，肝肿瘤消融机器人的应用较少，相信在不久的将来，肝肿瘤机器人可以在广大的医院普及，而不是仅应用在大医院里。
1.4本文研究的内容和要解决的问题基于对国内外医疗机器人研究现状的分析，本文主要设计肝肿瘤消融机器人的控制系统以及一些外围电路的扩展设计。
（1）肝肿瘤消融机器人的主控机设计和选择。
（2）肝肿瘤消融机器人控制方案设计。
（2）肝肿瘤消融机器人控制驱动器的设计及选型。
（3）肝肿瘤消融机器人控制驱动器外围硬件电路设计。
（4）肝肿瘤消融机器人机械壁的部分设计。
（5）肝肿瘤消融机器人驱动电机选择。
2肝肿瘤消融机器人总体设计2.1肝肿瘤消融机器人总体构成为实现肝肿瘤消融机器人的功能，同时能够完成工作任务，，要实现肝肿瘤消融机器人的安全的可控型的移动工作，还需要一套辅助系统。
图2-2 肝肿瘤消融机器人总体系统示意图2.2肝肿瘤消融机器人控制系统构成图2-1 肝肿瘤消融机器人控制系统构成图2.3肝肿瘤消融机械部分介绍肝肿瘤消融机器人手臂的作用是为了能实现对肿瘤的定位，因此，它必须能够到达一定范围内的任意位置，因此肝肿瘤机器人必须至少具有三个自由度。
机器人的手臂典型结构有：关节坐标型、极坐标型、圆柱坐标型、S ＣARR 型、直角坐标型[4]。
根据转动关节和移动关节的不同组合，根据手术对机器人结构设计的要求，可以从工作范围大，占据空间小，定位精度高，运动直观性强，运动对姿态影响小，这几个指标对典型机器人手臂结构型式进行比较。
我们选择的是关节坐标型。
肝肿瘤消融术的医疗机器人要求手术工具能够在切点一定的条件下围绕球而旋转，因此将手腕设计为二个自由度，这样不但简化了手腕的结构，同时满足了手术的要求。
根据以上的分析，共采用五个自由度[5]。
前三个自由度为机器人手臂，主要完成手术空间位置定位。
后两个自由度为机器人手腕，可使手术工具实现工作空间的任意姿态。
肝肿瘤机器人的机械臂必须结构紧凑，不能占据太大的空间。
如果机械臂体积太大，不仅不利于控制，也不利于安放，因此本章首先提出了肝肿瘤消融机器人的设计方案；其次对机器人的总体结构进行简单介绍，由于本文主要研究肝肿瘤消融机器人的控制系统，因此对机器人的机械部分设计只作简单介绍。
3肝肿瘤消融机器人控制系统设计3.1主控制系统的选择肝肿瘤机器人的控制归根到底实际上是对直流伺服电机的控制。
一般选用的控制计算机可分为：可编程控制器，单片机以及PC机。
1．可编程控制器可编程控制器简称PLC。
它是将继电器技术逻辑控制技术与计算机技术相结合而发展起来的一种工业控制计算机系统。
它以顺序控制为主，能完成各种逻辑运算、定时、计数、记忆和算术运算功能，它既能控制开关量，又能控制模拟量，它采用了存储器技术，将控制过程用简单的“用户语言”编成程序，并存入计算机[5]。
它的主要特点是控制程序可变，具有很好的柔性，可靠性高，编程简单，使用方便。
它的主要缺点，不能实现顺序的改变控制，不能实现复杂的运动形式的控制。
2．单片机单片机是把计算机系统硬件的主要部分如CPU、存储器、I/O口、定时/计数器及中断控制器等都集中在一个芯片上的单芯片计算机[6]。
单片机的主要特点是可靠性高，易扩展，控制功能强。
它的主要缺点是受集成度限制，片内存储容量较小，运算位数较小，运算功能和运算速度都有一定的限制.3．PC机总线型结构的PC机，根据功能要求把控制系统划分成具有一种或几种独立功能的硬件模块，从内总线入手把各功能模块设计成“标准”的印制电路板插件，每块插件之间的信息通过底板进行交换，从而达到控制系统的整体模块。
由于总线型结构的控制计算机系统将一个较复杂的系统分解成具有独立功能的模块，再把所需的功能模块插到底板上[7]。
因而PC机得控制具有如下优点：它可以提高设计效率，缩短设计和制造周期，大大提高了系统的可靠性，便于调试和维修，能适应技术发展的需要，迅速改进系统的性能。
根据肝肿瘤机器人的工作对象和对于计算机的要求，选择PC机控制，PC机不仅具有功能强大，可靠性强，还有方便的人机接口，利于医生的操作。
当然，选择PC 机控制，成本相对较大。
3.2控制方案的选择控制方案一般分为两种,一种是分布式控制，一种是集中式控制。
分布式控制是一种高保密性的控制。
它是一种支持分布式控制和实时控制的串行通信网络，它有很多的优点。
它属于现场总线的范围，与其他的总线相比，它是一种分散式、数字化、双向多站点的通信系统，具有速度高、可靠性好、智能化高、连接方便等优点[8]。
因此，分布式控制方式被广泛应用于测试和工业生产中。
分布式控制方式一般有四部分组成。
主控制机一般是微机或者PC机，这是控制系统的大脑，负责整个控制系统的运行和管理。
CAN适配卡，它相当于联络站，负责完成主控机和CAN协议标准信号之间的转换。
CAN总线，相当于运输工具，负责完成数字信号的传输[9]。
智能的节点，相当于副控机，它一方面接收主控机指令，完成对电机的控制，还要向微机随时报告电机的运行状态信息。
集中式控制系统只需要一台计算机以及有关的外部设备即可完成系统功能。
也就是说集中控制系统由一台计算机来完成系统的所有功能和控制系统中所有被控制的对象。
由于是集中的方式现场状态集中在一台计算机中处理，中央计算机可以根据全面情况进行控制计算和判断，在控制方式的选择上可以进行统一的调度和安排。
另外，集中式的控制库很容易管理，并容易保证数据的一致性。
因此集中控制系统的优点是硬件成本较低，便于信息的采集和分析，易于实现系统的最优控制，整体性与协调性较好。
经过分析，借鉴各种控制系统的优点，针对微波消融医疗机器人的任务要求，本课题采用上位PC机加下位控制驱动器相结合的方式，利用CAN卡进行上位机与控制器驱动的通讯。
上位机完成人机对话，对超声图像进行处理，由医生使用手术规划软件进行术前规划，包括勾画病灶、确定规划路径和手术点位置等操作，再由运动规划程序根据医生的手术规划给出机器人运动轨迹规划，通过ＡＣＫ控制系统控制驱动器，驱动电机，从而实现机器人的运动，同时，上位机上载各电机的运动数据，进行分析和处理，对运动轨迹进行记录和监控。
3.3 CAN卡方案选择CAN(Controller AreaNetwork)总线是一种支持分布式实时控制系统的串行通信的局域网络。
CAN总线有很多的优良的特性，比如它的性能高，可靠性高，实时性好，还可以对其进行独特的设计，已广泛应用控制系统中检测和执行机构之间的数据通信。
Can总线的主要特点有[10]:多主总线，各节点均可在任意时刻主动向网络上的其它节点发送信息；采用独特的非破坏性总线仲裁技术，优先级高的节点优先传送数据，能满足实时性要求；具有点对点、一点对多点及全局广播传送数据的功能；CAN总线上每帧有效字节数最多为8 个，并有CRC 及其它校验措施，数据出错率极低，万一某一节点出现严重错误，可自动脱离总线，总线上的其它操作不受影响；通信距离远达10km(5kb/s),通信速率最高可达到1MB/s(40m),节点数目实际可达110个，通信介质采用双绞线，也可用光纤； CAN 总线只有两根导线，系统扩充时，直接将新节点挂接在总线上即可，系统易扩充，改型灵活。