4.激光眼外科手术机器人

小组成员：陈亨健，俞帅东，姜燕丹激光眼外科手术机器人激光手术指用二氧化碳发光管射出高功率光线作用于病理组织，能使炎症吸收破坏肿瘤，低功率可以祛斑美化皮肤。

激光治疗近视是通过一种冷激光准分子激光，作用于人眼的角膜，使得角膜中央区域的一部分组织发生消融，因此角膜中央区变薄，角膜就变成了一种类似的凹透镜，起到了发散光线的作用，也就可以矫正近视了。人们一般说的“准分子激光手术”，即“准分子激光屈光性角膜手术”，主要包括三种术式：（1）准分子激光角膜表面切削术（简称PRK），是最早用于临床的方法。目前认为PRK矫正中低度近视、远视及散光安全有效，但因其术后疼痛、屈光回退等并发症，现较少使用。（2）准分子激光原位角膜磨镶术（LASIK），这是目前主流术式。它在角膜瓣下的基质层切削，保持了角膜上皮及前弹力层的完整，可避免PRK的大多数并发症。特点是拓宽了近视度数的矫治范围，术中术后无疼痛，视力恢复快，角膜不遗留斑翳。可用于低、中、高度近视。LASIK也有角膜瓣带来的缺陷，即角膜瓣皱褶、移位、角膜瓣下上皮植入、散光以及过度切削，造成角膜扩张、圆锥角膜等（据调查，有80%的圆锥角膜患者都与LASIK有关）。

（3）准分子激光上皮下原位角膜磨镶术（LASEK），是PRK手术的改良术式。LASEK手术后疼痛较PRK明显减轻，加上瓣薄，可以用于角膜厚度相对较薄、瞳孔较大的患者。LASEK无LASIK做角膜瓣的并发症，缩短了PRK手术后角膜上皮愈合时间，减轻了疼痛反应及角膜混浊（haze）的程度，但手术中角膜上皮瓣破损和水肿与PRK同，而且手术后视力恢复及屈光稳定速度比LASIK慢。因此主要适用于角膜较薄、职业特点容易发生眼外伤导致角膜瓣移位或其他不宜进行LASIK的患者。另外前不久，希腊医师Ioannis又率先提出Epi－LASIK的术式。认为Epi－LASIK能综合LASEK和LASIK手术的优点，较好地避免两者的不足，在最大限度地“节约”角膜厚度的同时，术后刺激症状也很小，发生角膜混浊（Haze）的机会比较PRK少，近视回退发生率低。

准分子激光手术的分类

激光手术的工作原理有两个：光传输原理和光爆破原理。

光传输原理：手术前医生将患者的基本信息资料和手术数据输入电脑（包括激光聚焦、光爆破切削的深度，角膜瓣的直径、蒂的大小和宽度；激光切削的能量等数据）。手术中医生操作飞秒激光机，用压平锥镜将角膜压平，这样就可以保证飞秒激光发射头到角膜各层组织的聚焦点之间的精准距离。激光聚焦的深度，也就是压平锥镜镜片底部到激光聚焦点的距离，飞秒激光机按照医生设定的模式传输激光脉冲,在角膜上进行各种靶向切削。工作原理

光爆破原理：激光脉冲聚焦到角膜组织中，产生光爆破；每一个脉冲的光爆破，产生一个微离子；每一个微离子，蒸发大约1微米的角膜组织；蒸发角膜组织产生扩展的水泡和CO2气泡，水泡和气泡被角膜组织吸收之后，角膜组织之间因此被分离。

可以考虑做眼准分子激光手术的条件：年满18岁以上，有健康心理状态，有摘掉眼镜的愿望；眼部没有活动性眼病；最近两年近视度数比较稳定，每年加深不超过50度；如果配戴隐形眼镜，软性镜应摘去2周，硬性镜应摘去4周以上（可以换戴框架眼镜，才能做手术前检查）；经过医生检查，眼部各项指标符合手术要求；假如是第二次手术，LASIK要间隔3～6个月，PRK要间隔1年；穿透性角膜移植手术后有远、近视和散光的，也要间隔1年以上；全身无手术限制的疾病。有下列情况的人不适宜做准分子激光手术：患有眼的急性、活动性炎症，干眼症，眼睑闭合不全，青光眼，白内障，色素膜炎，视网膜脱离，缺血性眼病，单纯疱疹等病毒性眼病，及下列全身病如：糖尿病，胶原性疾病（红斑狼疮等），风湿性关节炎，痛风，精神病服药者，艾滋病，有某些疾病影响伤口愈合者或虽符合手术条件但对手术有顾虑或期望值过高的人，以及妊娠和哺乳期妇女。

研究背景：

激光被用在眼镜外科手术已经有25年。它可以切除组织或者在凝固中起辅助作用。激光允许眼科医师以可控的方式把热作用到眼睛某个位置上。激光可以用来将脱落的视网膜“缝合”在内壁的合适位置。位置的自动控制使得眼科医师能够给控制器标明治疗点的位置，然后控制器监视视网膜并且控制激光的位置，使得每个治疗点都在合适的位置。监视视网膜需要用一个广角视频摄像系统，在照射过程中如果眼睛移动，激光必须该向或者关闭。由图得所以则输入的传递函数为扰动的传递函数为误差传递函数为位置控制系统：当输入为阶跃信号或

稳态误差为时，由上式可知，不管取何值都能满足稳态误差为0.扰动的传递函数为为使扰动影响最小，要尽可能的大为了保证暂态性能能够接受，所以，可取。根据课本上P16页的状态空间模型推广式，可直接写出它的一个状态空间模型：状态空间模型：状态变量图如下：由状态空间模型可知：能控性判别矩阵是满秩的，所以系统是状态完全能控的。输出能控性矩阵是行满秩的，所以系统是输出能控的。能观性矩阵是列满秩的，所以系统是状态完全能观的。/***************************************/Matlab仿真：>>num=[00018];>>den=[1540];>>[A,B,C,D]=tf2ss(num,den)A=-5-40100010B=100C=0018D=0/***************************************/得系统的一个状态空间模型：离散化状态空间模型为：取采样时间为/***********************************/>>A=[-5-40;100;010];B=[1;0;0];[G,H]=c2d(A,B,0.05)G=0.7746-0.176700.04420.995400.00120.04991.0000H=0.04420.00120.0000/***********************************/得离散化的状态空间模型：能控性分析：/*********************************/>>A=[-5-40;100;010];B=[1;0;0];>>rank(ctrb(A,B))ans=3/*********************************/即能控性矩阵的秩等于3，等于系统的阶数，故系统是能控的的能观性分析：/********************************/>>A=[-5-40;100;010];C=[0018];obsv(A,C)ans=001801801800/********************************/所以，该矩阵是完全满秩的故该系统是能观的。