本文關(guān)鍵詞：長骨骨折精準(zhǔn)手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)研究

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【摘要】：第一部分長骨骨折復(fù)位機(jī)器人系統(tǒng)研發(fā)及測試目的：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)誤差為1.52±1.81mm，遠(yuǎn)端點(diǎn)云集配準(zhǔn)誤差為1.73±1.67mmm�；谀Ｐ凸晒堑膹�(fù)位機(jī)器人精度測試實(shí)驗(yàn)中,軸向位移誤差為2.2±1.4nm,側(cè)向位移誤差為2.7±1.9rmm,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)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線圖像處理并獲取定位機(jī)器人運(yùn)動(dòng)參數(shù)。采用Synbone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(P0.05)。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)計(jì)學(xué)差異(P0.05)。機(jī)器人定位組和徒手定位組的克式針植入失敗次數(shù)分別為2(6.7%)次和5次(16.7%),有統(tǒng)計(jì)學(xué)學(xué)差異(P0.05)。結(jié)論：與臨床最常用的傳統(tǒng)徒手定位方法相比,定位機(jī)器人系統(tǒng)能顯著提高髓內(nèi)釘鎖定孔定位成功率,同時(shí)顯著降低術(shù)中X線輻射劑量,為解決髓內(nèi)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(yīng)用價(jià)值和前景。
【學(xué)位授予單位】：中國人民解放軍醫(yī)學(xué)院
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：R687.3;TP242

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本文編號(hào)：1274160