本文關鍵詞：長骨骨折精準手術機器人系統研究

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【摘要】：第一部分長骨骨折復位機器人系統研發(fā)及測試目的：基于實際臨床需要,研制適用于股骨干骨折閉合復位髓內釘固定術的復位機器人系統,搭建臨床環(huán)境,制定臨床流程規(guī)范,并進行復位精度測試。方法：通過分析股骨周圍血管神經肌肉安全界面、實現股骨復位操作所需的力學要求,明確了復位機器人的技術需求,提出了基于Stewart平臺的串并聯復位機器人及專用持股器。采用基于健側骨鏡像的點云配準策略,引入Micron Tracker光學跟蹤系統進行實時輔助導航。制定了安全性監(jiān)控策略以減少術中醫(yī)源性損傷。進行了30次3D打印模型股骨點云配準實驗、120次豬后腿骨點云配準實驗,以測量配準策略誤差，，并在此基礎上進行了基于模型骨的復位機器人精度測試實驗。結果：3D打印模型股骨點云配準實驗中,股骨近端點云集配準誤差為1.02±0.81mm,股骨遠端點云集配準誤差為1.13±0.97mm。豬后腿骨點云配準實驗中,豬后腿骨近端點云集配準誤差為1.52±1.81mm，遠端點云集配準誤差為1.73±1.67mmm。基于模型股骨的復位機器人精度測試實驗中,軸向位移誤差為2.2±1.4nm,側向位移誤差為2.7±1.9rmm,內外翻成角誤差為1.9±2.1。,前后成角誤差為1.2±1.6。,內外旋轉誤差為1.7±1.8。。結論：我們研制的長骨骨折復位機器人系統,機械結構設計合理,點云配準策略精度高,整體復位精度完全能夠滿足實際臨床需求,為股骨干骨折閉合復位髓內釘手術復位過程提供了一種智能、微創(chuàng)、精準的創(chuàng)新解決方案。第二部分定位機器人系統研發(fā)及測試目的：研發(fā)一種通用定位機器人系統,可用于股骨髓內釘遠端鎖定孔精確定位,并對其整體定位性能進行初步測試。方法：基于UR機械臂開發(fā)6自由度串聯定位機器人系統硬件結構。利用視覺跟蹤系統導航,建立定位機器人、C臂、股骨X線圖像、導航系統四者之間的空間映射關系。自主開發(fā)了配套軟件,可進行X線圖像處理并獲取定位機器人運動參數。采用Synbone模型股骨進行初步模擬定位實驗,對定位機器人的性能進行測試。共進行了髓內釘鎖定孔植入實驗60次，其中機器人定位組和徒手定位組各30次。比較兩組在X線累計時間、總體實驗時間、克氏針植入失敗率方面的差異。結果：對于X線累計時間,機器人定位組和徒手定位組分別為3.5±2.1s和6.4±1.9s,有統計學差異(P0.05)。對于總體實驗時間,機器人定位組和徒手定位組分別為15.2±3.8min和7.6±2.5min,有統計學差異(P0.05)。機器人定位組和徒手定位組的克式針植入失敗次數分別為2(6.7%)次和5次(16.7%),有統計學學差異(P0.05)。結論：與臨床最常用的傳統徒手定位方法相比,定位機器人系統能顯著提高髓內釘鎖定孔定位成功率,同時顯著降低術中X線輻射劑量,為解決髓內釘鎖定孔精確定位這一長久難題提供了可靠方案，具有廣闊的臨床應用價值和前景。
【學位授予單位】：中國人民解放軍醫(yī)學院
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：R687.3;TP242

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本文編號：1274160