第十六届“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛
2019
省赛
课外学术科技作品竞赛（主体赛）
特等奖
技术许可（使用权授权）
是
本团队参赛作品为机器人引导肝癌消融精准穿刺技术，作品的应用目的是利用光学引导工业机器人完成肝癌消融手术，重点解决肿瘤靶点的精准定位与自动穿刺两大难题。为此，本团队自主研制了基于FPGA的双目视觉定位仪，设计了手术工具注册与空间自动注册算法实现了手术空间与图像空间的精确配准，奠定影像导航的基础；同时，团队提出了基于呼吸门控的机器人位姿控制算法，从而遥控机器人实现肝癌肿瘤的精准穿刺，精度可达临床需求。
"目前肝癌消融介入术的定位穿刺主要依靠医学影像的引导和医生的临床经验进行手动穿刺，手术过程操作复杂、定位精度低、手动穿刺精度低、病人创伤大且伴有并发症风险。手术导航系统素有“外科之眼”的美称，其能够帮助外科医生观察患者体内的病灶并精确定位手术病灶，减少手术创伤，提高手术的安全性、精确性和有效性；同时，随着机器人技术在多功能性、高稳定性、运动敏捷性和触觉反馈等方面持续30多年的发展，其已在神经外科手术和脊椎穿刺治疗等手术场景得到迅速应用，以改善手术效果提高手术效率。但腹腔中肝脏器官因呼吸、心跳等因素引起的形变和位移制约了手术导航和手术机器人在肝癌消融介入术中的应用，在全球范围内，肝癌消融穿刺手术机器人方面仍然是一片空白。 基于上述问题，本团队研究了机器人引导肝癌消融精准穿刺技术，主要包括光学定位仪、手术机器人和相关的软件算法：构建的基于FPGA的双目定位仪，定位精度达0.2mm，改善了市场主流产品频繁出现伪点的问题；研究了双目定位仪-机器人-CT影像-病人之间的标定方法，获取了系统中各坐标系之间的变换关系；研究了基于视觉伺服的机器人控制技术，实现了光学定位系统指导机器人运动的功能；研究了光学定位仪实时获取呼吸曲线的技术，并和机器人控制过程相结合，以最大程度上抑制患者呼吸运动带来的影响，提高穿刺精度，改善手术效果并提高手术效率。 目前本团队成员已基于该作品以一作身份发表SCI论文2篇，申请发明专利3项。广东省人民医院影像医学部主任兼放射科主任梁长虹教授评价此系统大大提高了手术机器人和导航定位系统的临床应用价值，降低了医生的操作要求，缩短了手术时间，为光学定位系统和手术机器人系统的国产化提供了很好的理论和应用基础。另外，本作品已获得两位业内专家的实名推荐，分别是广东工业大学自动化学院鲁仁全教授（“长江学者奖励计划”特聘教授）以及暨南大学信息技术学院翁健院长（入围广东省高等学校“千百十工程”国家级培养对象），他们均对本团队的作品做出较高的评价。鲁仁全教授对本作品评价：该团队在手术导航、手术机器人相关研究领域研究深入，并取得了很好的研究成果。对于相关研究内容进行了多次体模和动物实验，模型实验模拟呼吸运动其有效穿刺时间误差在3mm以内，满足实际要求。对于基于双目视觉的精度验证和机器人标定精度验证，其实验结果也达到了预期要求。该研究成果未来可作为临床肝癌消融手术的辅助技术，帮助实现肝癌消融穿刺的精准化。翁健教授对本作品的评价：该团队在双目视觉手术导航、手术机器人等方面取得了较多创新研究成果，实现了双目视觉手术导航中的双目标定、手术工具标定和空间注册、手术机器人系统的三环路标定和控制算法、两系统的手眼标定、结合呼吸门控的肝癌消融穿刺等方法。在该研究领域提出了新颖的方法，并发表多篇论文，具有重要的应用价值和推广前景。"
暂未公开
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