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(1.南京航空航天大学机电学院，江苏 南京 210016；2.上海交通大学医学院附属新华医院,上海 200092；2.沈阳自动化研究所，辽宁 沈阳 110016)

基于旋量理论的主动介入导管运动学研究

张健1，陈柏1，陈笋2，耿令波3，吴洪涛1

(1.南京航空航天大学机电学院，江苏 南京 210016；2.上海交通大学医学院附属新华医院,上海 200092；2.沈阳自动化研究所，辽宁 沈阳 110016)

针对介入手术操作环境几何特征各异的特点，为提高介入设备的通用性，提出一种由记忆合金丝SMA(shape memory alloy)与绳索混合驱动的模块化主动介入导管机器人。采用旋量理论和指数积POE(product of exponentials formula)方法推导建立了3关节主动介入导管运动数学模型，对介入导管机器人的工作空间及运动仿真分析，结果验证了所建立运动学模型的正确性。所采用方法大大降低了多节主动介入导管运动学模型的复杂性，为介入导管机器人的实际应用奠定了理论基础。

主动介入导管；指数积方法；运动学；运动仿真；工作空间

0 引言

近年来，微创介入手术MIS(minimally invasive surgery)发展迅速。微创介入手术是指在医学影像的引导下，将导管导丝从病人穿刺部位送至靶血管，进行相应的手术治疗[1]。在介入手术过程中，操作环境的几何特征各异，导管式介入装置通常需要因时因地定制为不同的尺寸、形状，通用性欠佳。为此，一种能随环境管腔主动变形的新型机器人化的介入导管装置的研发显得重要。Komatsubaral M等人提出了由SMA弹簧驱动的一种新型主动微导管，直径为3.5 mm，总长度为60mm。导管通过控制SMA弹簧,可以实现导管尖端至少8个方向的运动[2-3]。……