《高精度腦外科微創雷射燒蝕治療方法關鍵科學問題研究》是依託清華大學，由蘇柏泉擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：高精度腦外科微創雷射燒蝕治療方法關鍵科學問題研究
- 依託單位：清華大學
- 項目負責人：蘇柏泉
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
針對當前腦外科手術致殘率和復發率難以降低的問題，基於雷射優良的臨床人體互動特性，以實現高精度腦外科微創雷射燒蝕治療方法為目的，解決其所依賴的基礎科學問題。從雷射組織互動現象觀測出發，揭示雷射組織燒蝕時變互動多模態映射機理，包含雷射參數與凝結壞死區空間形態參數動態映射關係；雷射參數與燒蝕組織光斑臨近區顏色動態映射關係；雷射參數與燒蝕煙霧動態映射關係。在該多模態映射機理基礎上，針對任意病灶空間形態，研究雷射燒蝕規划算法。針對制約操作精度的物理載體環節，研究微創雷射燒蝕治療系統設計實現問題，並揭示系統終端雷射光斑定位精度與機器人結構參數之間的關係。基於燒蝕系統模型和軌跡規劃路徑，推導軌跡跟蹤雷射燒蝕控制算法。最後進行實現和實驗驗證。為解決高精度腦外科微創雷射燒蝕治療機器人實現自主燒蝕治療能力提供理論指導，為未來微創雷射燒蝕治療機器人面向臨床提供關鍵技術支撐。因而具備理論和工程的研究意義。
結題摘要
針對當前腦外科手術致殘率和復發率難以降低的問題，基於雷射優良的臨床人體互動特性，以實現高精度腦外科微創雷射燒蝕治療方法為目的，解決其所依賴的基礎科學問題。在雷射組織互動現象觀測方面，通過白光CCD和紅外CCD以及煙霧質譜觀測腫瘤的凝結壞死和雷射參數的關係，獲得了圖像對應關係，同時獲得了腫瘤雷射燒蝕的煙霧成分，與腫瘤建立了對應關係；在規划算法方面，基於有限元法設計了雷射燒蝕規划算法，提出了雷射燒蝕腫瘤的定量描述指標，為本領域雷射燒蝕治療各個方法間效果比較提供了定量比較標準；在雷射機器人系統實物方面，搭建了雷射燒蝕治療機器人系統樣機；在雷射燒蝕控制方法設計方面，在搭建的機器人平台上，根據病變形態，制定並測試了雷射燒蝕治療機器人的燒蝕控制方法；在雷射系統實驗方面，測試了雷射燒蝕治療機器人系統的可行性；在計畫研究的相關外延研究方面，設計了活檢針系統、設計了病變識別算法、設計了柔性機器人以便於將雷射終端進投送至人體深部病變區域等。本研究為腦腫瘤高精度雷射治療方法提供了可行的技術途徑，在本項目已經發表和即將發表的工作基礎上，可以逐步開展臨床測試，為腦腫瘤提供一種可行的高精度機器人雷射治療方法。
