长骨骨折精准手术机器人系统研究

发布时间：2017-12-10 10:26

  本文关键词：长骨骨折精准手术机器人系统研究

  更多相关文章： 长骨骨折 髓内钉 复位 机器人 光学视觉导航 髓内钉 锁定孔定位 机器人 导航

【摘要】：第一部分长骨骨折复位机器人系统研发及测试目的：基于实际临床需要,研制适用于股骨干骨折闭合复位髓内钉固定术的复位机器人系统,搭建临床环境,制定临床流程规范,并进行复位精度测试。方法：通过分析股骨周围血管神经肌肉安全界面、实现股骨复位操作所需的力学要求,明确了复位机器人的技术需求,提出了基于Stewart平台的串并联复位机器人及专用持股器。采用基于健侧骨镜像的点云配准策略,引入Micron Tracker光学跟踪系统进行实时辅助导航。制定了安全性监控策略以减少术中医源性损伤。进行了30次3D打印模型股骨点云配准实验、120次猪后腿骨点云配准实验,以测量配准策略误差，，并在此基础上进行了基于模型骨的复位机器人精度测试实验。结果：3D打印模型股骨点云配准实验中,股骨近端点云集配准误差为1.02±0.81mm,股骨远端点云集配准误差为1.13±0.97mm。猪后腿骨点云配准实验中,猪后腿骨近端点云集配准误差为1.52±1.81mm，远端点云集配准误差为1.73±1.67mmm。基于模型股骨的复位机器人精度测试实验中,轴向位移误差为2.2±1.4nm,侧向位移误差为2.7±1.9rmm,内外翻成角误差为1.9±2.1。,前后成角误差为1.2±1.6。,内外旋转误差为1.7±1.8。。结论：我们研制的长骨骨折复位机器人系统,机械结构设计合理,点云配准策略精度高,整体复位精度完全能够满足实际临床需求,为股骨干骨折闭合复位髓内钉手术复位过程提供了一种智能、微创、精准的创新解决方案。第二部分定位机器人系统研发及测试目的：研发一种通用定位机器人系统,可用于股骨髓内钉远端锁定孔精确定位,并对其整体定位性能进行初步测试。方法：基于UR机械臂开发6自由度串联定位机器人系统硬件结构。利用视觉跟踪系统导航,建立定位机器人、C臂、股骨X线图像、导航系统四者之间的空间映射关系。自主开发了配套软件,可进行X线图像处理并获取定位机器人运动参数。采用Synbone模型股骨进行初步模拟定位实验,对定位机器人的性能进行测试。共进行了髓内钉锁定孔植入实验60次，其中机器人定位组和徒手定位组各30次。比较两组在X线累计时间、总体实验时间、克氏针植入失败率方面的差异。结果：对于X线累计时间,机器人定位组和徒手定位组分别为3.5±2.1s和6.4±1.9s,有统计学差异(P0.05)。对于总体实验时间,机器人定位组和徒手定位组分别为15.2±3.8min和7.6±2.5min,有统计学差异(P0.05)。机器人定位组和徒手定位组的克式针植入失败次数分别为2(6.7%)次和5次(16.7%),有统计学学差异(P0.05)。结论：与临床最常用的传统徒手定位方法相比,定位机器人系统能显著提高髓内钉锁定孔定位成功率,同时显著降低术中X线辐射剂量,为解决髓内钉锁定孔精确定位这一长久难题提供了可靠方案，具有广阔的临床应用价值和前景。
【学位授予单位】：中国人民解放军医学院
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：R687.3;TP242

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本文编号：1274160