長骨骨折精準(zhǔn)手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)研究.pdf

1、本文主要講述了以下幾個(gè)方面：
　　第一部分 長骨骨折復(fù)位機(jī)器人系統(tǒng)研發(fā)及測(cè)試
　　目的:基于實(shí)際臨床需要，研制適用于股骨干骨折閉合復(fù)位髓內(nèi)釘固定術(shù)的復(fù)位機(jī)器人系統(tǒng)，搭建臨床環(huán)境，制定臨床流程規(guī)范，并進(jìn)行復(fù)位精度測(cè)試。
　　方法:通過分析股骨周圍血管神經(jīng)肌肉安全界面、實(shí)現(xiàn)股骨復(fù)位操作所需的力學(xué)要求，明確了復(fù)位機(jī)器人的技術(shù)需求，提出了基于Stewart平臺(tái)的串并聯(lián)復(fù)位機(jī)器人及專用持股器。采用基于健側(cè)骨鏡像的點(diǎn)云配準(zhǔn)策略，引

2、入Micron Tracker光學(xué)跟蹤系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)輔助導(dǎo)航。制定了安全性監(jiān)控策略以減少術(shù)中醫(yī)源性損傷。進(jìn)行了30次3D打印模型股骨點(diǎn)云配準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)、120次豬后腿骨點(diǎn)云配準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)，以測(cè)量配準(zhǔn)策略誤差，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了基于模型骨的復(fù)位機(jī)器人精度測(cè)試實(shí)驗(yàn)。
　　結(jié)果:3D打印模型股骨點(diǎn)云配準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)中，股骨近端點(diǎn)云集配準(zhǔn)誤差為1％02±0％81mm,股骨遠(yuǎn)端點(diǎn)云集配準(zhǔn)誤差為1％13±0.97mm。豬后腿骨點(diǎn)云配準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)中，豬后腿骨近端點(diǎn)云集配準(zhǔn)

3、誤差為1.52±1.81mm，遠(yuǎn)端點(diǎn)云集配準(zhǔn)誤差為1.73±1.67mm?；谀Ｐ凸晒堑膹?fù)位機(jī)器人精度測(cè)試實(shí)驗(yàn)中，軸向位移誤差為2.2±1.4mm，側(cè)向位移誤差為2.7±1.9mm，內(nèi)外翻成角誤差為1.9±2.1°，前后成角誤差為1.2±1.6°，內(nèi)外旋轉(zhuǎn)誤差為1.7±1.8°。
　　結(jié)論:我們研制的長骨骨折復(fù)位機(jī)器人系統(tǒng)，機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，點(diǎn)云配準(zhǔn)策略精度高，整體復(fù)位精度完全能夠滿足實(shí)際臨床需求，為股骨干骨折閉合復(fù)位髓內(nèi)釘手術(shù)復(fù)

4、位過程提供了一種智能、微創(chuàng)、精準(zhǔn)的創(chuàng)新解決方案。
　　第二部分 定位機(jī)器人系統(tǒng)研發(fā)及測(cè)試
　　目的:研發(fā)一種通用定位機(jī)器人系統(tǒng)，可用于股骨髓內(nèi)釘遠(yuǎn)端鎖定孔精確定位，并對(duì)其整體定位性能進(jìn)行初步測(cè)試。
　　方法:基于UR機(jī)械臂開發(fā)6自由度串聯(lián)定位機(jī)器人系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)。利用視覺跟蹤系統(tǒng)導(dǎo)航，建立定位機(jī)器人、C臂、股骨X線圖像、導(dǎo)航系統(tǒng)四者之間的空間映射關(guān)系。自主開發(fā)了配套軟件，可進(jìn)行X線圖像處理并荻取定位機(jī)器人運(yùn)動(dòng)參數(shù)。采用S

5、ynbone模型股骨進(jìn)行初步模擬定位實(shí)驗(yàn)，對(duì)定位機(jī)器人的性能進(jìn)行測(cè)試。共進(jìn)行了髓內(nèi)釘鎖定孔植入實(shí)驗(yàn)60次，其中機(jī)器人定位組和徒手定位組各30次。比較兩組在X線累計(jì)時(shí)間、總體實(shí)驗(yàn)時(shí)間、克氏針植入失敗率方面的差異。
　　結(jié)果:對(duì)于X線累計(jì)時(shí)間，機(jī)器人定位組和徒手定位組分別為3.5±2.1s和6.4±1.9s，有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P＜0.05)。對(duì)于總體實(shí)驗(yàn)時(shí)間，機(jī)器人定位組和徒手定位組分別為15.2±3.8min和7.6±2.5min，有統(tǒng)