机器人辅助脊柱椎板减压手术的图像导航与状态感知研究
发布时间：2021-10-07 22:19
椎板减压手术是治疗椎管狭窄等骨科疾病的重要手段,医生长时间手持器械对椎板进行精细切削会造成身体疲劳,有一定几率导致硬膜撕裂等情况发生,可能会引起脑脊液漏或导致血肿对神经形成压迫。手术机器人具有高精度、高可靠性、容易交互、无疲劳等特点,可在医生的规划下辅助医生完成精细的减压手术,提高手术效率,同时减少并发症的发生几率。在脊柱手术中,机器人主要基于2D图像规划与导航辅助完成脊柱椎弓根钉的置入操作,其主要实现的是在图像导航引导下的定位功能,目前缺少面向椎板减压手术的规划方法,脊柱椎板在3D图像空间中为自由曲面,存在重建表面不完整、交互容易干涉等问题。机器人夹持超声骨刀切削时,呼吸引起的脊柱生理运动会产生附加正压力,影响切削稳定性;机器人夹持高速磨钻磨削时,外力作用引起的脊柱牵连运动会产生附加位移,影响磨削精度,机器人对这种动态环境尚不具备类似医生的适应能力;椎板减压无法通过内窥镜实时观察椎骨内部情况,需要通过对传感器信号在线分析实现手术状态感知,进而对手术操作提供状态预警或急停处理,提高机器人辅助手术的安全性,但目前的状态感知技术准确度不高,且缺少统一的判断标准。通过深度学习方法对医学图像进...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：148 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
椎板减压手术流程示意图[5]
哈尔滨工业大学工学博士学位论文-4-1.2.1脊柱手术机器人系统以色列MazorRobotics公司是在脊柱手术机器人领域最具实力的公司，其旗下MazorX与Renaissance系统[6,7]截止目前已累计完成250,000余例植入物置入手术，如图1-3所示，这两种系统分别采用了并联与串联式结构，结合术中医学影像与导航技术实现对椎弓根钉置入的规划与引导，其辅助椎弓根钉置入准确率达98.5%，这两款系统均取得了美国FDA认证。a）MazorX机器人系统b）Renaissance机器人系统图1-3Mazor公司的脊柱手术机器人系统Figure1-3SpinalsurgeryrobotsystemsoftheMazorInc.法国Medtech公司的ROSASpine系统[8]在胸椎、腰椎经皮椎弓根钉置入的尸体实验[9]中显示，通过该系统的辅助可以获得非常高的椎弓根钉置入准确度。如图1-4所示，该系统采用串联构型，可以覆盖较大的手术范围，其采用术中平板计算机断层扫描（flat-panelcomputedtomography,fpCT）图像进行规划，并通过NDI光学跟踪系统引导机器人实现实时定位。a）椎弓根钉置入辅助导向b）基于立体视觉的实时导航图1-4Medtech公司的ROSASpine系统Figure1-4ROSASpinesystemoftheMedtechInc.美国GlobusMedical公司的ExcelsiusGPS系统[10]使用术中O-Arm获得计算机断层扫描（computedtomography,CT）数据并完成轨迹规划，临床结果统计显示，腰椎椎弓根钉置入的钉端与钉尾的实际位置与规划位置的平均偏差分
哈尔滨工业大学工学博士学位论文-4-1.2.1脊柱手术机器人系统以色列MazorRobotics公司是在脊柱手术机器人领域最具实力的公司，其旗下MazorX与Renaissance系统[6,7]截止目前已累计完成250,000余例植入物置入手术，如图1-3所示，这两种系统分别采用了并联与串联式结构，结合术中医学影像与导航技术实现对椎弓根钉置入的规划与引导，其辅助椎弓根钉置入准确率达98.5%，这两款系统均取得了美国FDA认证。a）MazorX机器人系统b）Renaissance机器人系统图1-3Mazor公司的脊柱手术机器人系统Figure1-3SpinalsurgeryrobotsystemsoftheMazorInc.法国Medtech公司的ROSASpine系统[8]在胸椎、腰椎经皮椎弓根钉置入的尸体实验[9]中显示，通过该系统的辅助可以获得非常高的椎弓根钉置入准确度。如图1-4所示，该系统采用串联构型，可以覆盖较大的手术范围，其采用术中平板计算机断层扫描（flat-panelcomputedtomography,fpCT）图像进行规划，并通过NDI光学跟踪系统引导机器人实现实时定位。a）椎弓根钉置入辅助导向b）基于立体视觉的实时导航图1-4Medtech公司的ROSASpine系统Figure1-4ROSASpinesystemoftheMedtechInc.美国GlobusMedical公司的ExcelsiusGPS系统[10]使用术中O-Arm获得计算机断层扫描（computedtomography,CT）数据并完成轨迹规划，临床结果统计显示，腰椎椎弓根钉置入的钉端与钉尾的实际位置与规划位置的平均偏差分
本文编号：3422880
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：148 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
椎板减压手术流程示意图[5]
哈尔滨工业大学工学博士学位论文-4-1.2.1脊柱手术机器人系统以色列MazorRobotics公司是在脊柱手术机器人领域最具实力的公司，其旗下MazorX与Renaissance系统[6,7]截止目前已累计完成250,000余例植入物置入手术，如图1-3所示，这两种系统分别采用了并联与串联式结构，结合术中医学影像与导航技术实现对椎弓根钉置入的规划与引导，其辅助椎弓根钉置入准确率达98.5%，这两款系统均取得了美国FDA认证。a）MazorX机器人系统b）Renaissance机器人系统图1-3Mazor公司的脊柱手术机器人系统Figure1-3SpinalsurgeryrobotsystemsoftheMazorInc.法国Medtech公司的ROSASpine系统[8]在胸椎、腰椎经皮椎弓根钉置入的尸体实验[9]中显示，通过该系统的辅助可以获得非常高的椎弓根钉置入准确度。如图1-4所示，该系统采用串联构型，可以覆盖较大的手术范围，其采用术中平板计算机断层扫描（flat-panelcomputedtomography,fpCT）图像进行规划，并通过NDI光学跟踪系统引导机器人实现实时定位。a）椎弓根钉置入辅助导向b）基于立体视觉的实时导航图1-4Medtech公司的ROSASpine系统Figure1-4ROSASpinesystemoftheMedtechInc.美国GlobusMedical公司的ExcelsiusGPS系统[10]使用术中O-Arm获得计算机断层扫描（computedtomography,CT）数据并完成轨迹规划，临床结果统计显示，腰椎椎弓根钉置入的钉端与钉尾的实际位置与规划位置的平均偏差分
哈尔滨工业大学工学博士学位论文-4-1.2.1脊柱手术机器人系统以色列MazorRobotics公司是在脊柱手术机器人领域最具实力的公司，其旗下MazorX与Renaissance系统[6,7]截止目前已累计完成250,000余例植入物置入手术，如图1-3所示，这两种系统分别采用了并联与串联式结构，结合术中医学影像与导航技术实现对椎弓根钉置入的规划与引导，其辅助椎弓根钉置入准确率达98.5%，这两款系统均取得了美国FDA认证。a）MazorX机器人系统b）Renaissance机器人系统图1-3Mazor公司的脊柱手术机器人系统Figure1-3SpinalsurgeryrobotsystemsoftheMazorInc.法国Medtech公司的ROSASpine系统[8]在胸椎、腰椎经皮椎弓根钉置入的尸体实验[9]中显示，通过该系统的辅助可以获得非常高的椎弓根钉置入准确度。如图1-4所示，该系统采用串联构型，可以覆盖较大的手术范围，其采用术中平板计算机断层扫描（flat-panelcomputedtomography,fpCT）图像进行规划，并通过NDI光学跟踪系统引导机器人实现实时定位。a）椎弓根钉置入辅助导向b）基于立体视觉的实时导航图1-4Medtech公司的ROSASpine系统Figure1-4ROSASpinesystemoftheMedtechInc.美国GlobusMedical公司的ExcelsiusGPS系统[10]使用术中O-Arm获得计算机断层扫描（computedtomography,CT）数据并完成轨迹规划，临床结果统计显示，腰椎椎弓根钉置入的钉端与钉尾的实际位置与规划位置的平均偏差分
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