基于力感知的连续体型结肠镜机器人无创介入机理与控制研究

基本信息
批准号:61203349
项目类别:青年科学基金项目
资助金额:24.00
负责人:胡海燕
学科分类:
依托单位:苏州大学
批准年份:2012
结题年份:2015
起止时间:2013-01-01 - 2015-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:李伟达,李卫东,郁树梅,秦佳,刘磊
关键词:
无创介入连续体型结构结肠镜机器人力感知医疗机器人
结项摘要

According to the current status of continuum robot and the disadvantages of traditional colonoscope: lack of active bending ability and causing colon tissue injury, the research of this project focuses on the non-invasive intervention mechanism and control of continuum colonoscopic robot based on force sensing. Firstly, with the analysis result of the nonlinear constraints of human colon and the bionic principle of continuum robot, the continuum structure of colonoscopic robot is optimized. The kinematics model of robot is built on the goal of high real-time performance. Secondly, the biomechanical property of colon tissue is studied. The multidimensional biomechanical model, including pressure-tissue deformation, pressure-mucosa breakage and pressure-changes of blood flow velocity, are constructed. Then, the non-invasive intervention mechanism is researched and the evaluation basis and criterion are established. Thirdly, the data of pressure sensors array, which are integrated on the surface of colonoscopic robot, is collected. The force sensing of colon tract is realized by processing and identifying of the feedback of sensors array. Aimed at the continuum structure of colonoscopic robot, a compliance control strategy based on the biomechanical property of colon tissue is proposed. Finally, the colonoscopic robot system is designed and the experiment platform is constructed. The experiments with simulated colon and living animal are performed to validate the design and theory analysis. This research will lay a new foundation and method for the diagnosis and treatment of colon diseases, and have important theoretical and practical significance for the development of diagnosis and treatment technology.

针对传统结肠镜主动弯曲能力不足、易损伤肠道组织的缺点,结合连续体型机器人的研究现状,本项目对连续体型结肠镜机器人无创介入机理与控制展开研究。首先,基于肠腔非线性约束和连续体型机器人的仿生原理对结肠镜机器人的连续体型结构进行优化,以高实时性为目标构建其运动学映射模型。然后,研究肠腔组织生物力学特性,建立综合压力-组织变形、压力-黏膜破损和压力-血流速度变化的多维生物力学模型;在此基础上,研究结肠镜机器人无创介入机理,构建无创评价依据。其次,根据机器人表面传感器阵列的反馈信息,基于信息融合与辨识方法实现对肠腔环境的力感知;提出基于肠腔环境力感知的结肠镜机器人柔顺控制策略。最后,研制结肠镜机器人系统,搭建实验平台,开展模拟结肠实验和活体动物实验,验证设计与理论分析的有效性。本项目的研究成果将为结肠疾病诊疗提供新的研究基础与方法,对促进我国结肠疾病诊疗技术的发展具有重要的理论和现实意义。

项目摘要

针对传统结肠内窥镜的缺点,本项目对连续体型结肠镜机器人无创介入机理与控制展开研究。在对人体结肠的解剖学特征和连续体型机器人的仿生原理进行分析的基础上,设计了具有多关节段连续体型结构的结肠内窥镜机器人。机器人分为5段,每段各具有2个自由度,通过绳索驱动方式实现对各关节段的运动控制。提出了一种高效并具有良好实时性的连续体型机器人运动学分析方法,利用该分析方法对内窥镜机器人关节段的驱动空间、关节空间以及操作空间三者的位置映射关系进行了分析。研究了人体结肠组织的生物力学特性,确立了结肠内窥镜机器人与结肠壁接触压力的安全阈值,分析了机器人肠腔环境的无创介入机理,为结肠内窥镜机器人对结肠肠腔环境的柔顺控制研究提供了依据。设计了用于测量机器人关节段与肠道壁接触力的压力传感器并进行了集成。在此基础上,提出了一种基于力感知信息的内窥镜机器人柔顺控制策略。搭建了结肠内窥镜机器人实验系统,开展模拟结肠实验,验证机器人及柔顺控制策略在肠腔非结构环境中的有效性。

项目成果
{{index+1}}

{{i.achievement_title}}

{{i.achievement_title}}

DOI:{{i.doi}}
发表时间:{{i.publish_year}}

暂无此项成果

数据更新时间:2023-05-31

其他相关文献

1

演化经济地理学视角下的产业结构演替与分叉研究评述

演化经济地理学视角下的产业结构演替与分叉研究评述

DOI:10.15957/j.cnki.jjdl.2016.12.031
发表时间:2016
2

基于 Kronecker 压缩感知的宽带 MIMO 雷达高分辨三维成像

基于 Kronecker 压缩感知的宽带 MIMO 雷达高分辨三维成像

DOI:10.11999/JEIT150995
发表时间:2016
3

基于SSVEP 直接脑控机器人方向和速度研究

基于SSVEP 直接脑控机器人方向和速度研究

DOI:10.16383/j.aas.2016.c150880
发表时间:2016
4

基于细粒度词表示的命名实体识别研究

基于细粒度词表示的命名实体识别研究

DOI:10.3969/j.issn.1003-0077.2018.11.009
发表时间:2018
5

惯性约束聚变内爆中基于多块结构网格的高效辐射扩散并行算法

惯性约束聚变内爆中基于多块结构网格的高效辐射扩散并行算法

DOI:10.19596/j.cnki.1001-246x.8419
发表时间:2022

胡海燕的其他基金

批准号:41472122
批准年份:2014
资助金额:95.00
项目类别:面上项目
批准号:30800486
批准年份:2008
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81372873
批准年份:2013
资助金额:70.00
项目类别:面上项目
批准号:81573896
批准年份:2015
资助金额:58.00
项目类别:面上项目
批准号:41303098
批准年份:2013
资助金额:26.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81173045
批准年份:2011
资助金额:62.00
项目类别:面上项目
批准号:81072176
批准年份:2010
资助金额:31.00
项目类别:面上项目
批准号:30973780
批准年份:2009
资助金额:31.00
项目类别:面上项目
批准号:81773659
批准年份:2017
资助金额:48.00
项目类别:面上项目
批准号:41106066
批准年份:2011
资助金额:27.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:41573078
批准年份:2015
资助金额:73.00
项目类别:面上项目
批准号:81600521
批准年份:2016
资助金额:17.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81473154
批准年份:2014
资助金额:60.00
项目类别:面上项目
批准号:41401578
批准年份:2014
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:41002045
批准年份:2010
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目

相似国自然基金

1

穿戴式精确定位介入手术机器人的力觉感知与导丝操控机理研究

批准号:U1713219
批准年份:2017
负责人:王磊
学科分类:F0306
资助金额:298.00
项目类别:联合基金项目
2

冠状动脉慢性完全闭塞介入手术机器人导丝的精确力感知机理分析与力传感集成设计

批准号:51905379
批准年份:2019
负责人:齐鹏
学科分类:E0501
资助金额:26.00
项目类别:青年科学基金项目
3

面向微创手术的力感知空间并联RCM机构创成及其柔顺控制研究

批准号:61403108
批准年份:2014
负责人:于洪健
学科分类:F0306
资助金额:26.00
项目类别:青年科学基金项目
4

基于非均匀切口连续体的单孔微创手术机器人机构综合与控制方法研究

批准号:61673139
批准年份:2016
负责人:杜志江
学科分类:F0306
资助金额:63.00
项目类别:面上项目