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《第十五届中国医师协会神经外科医师年会摘要集》2020年
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智能人机协同开颅手术机器人系统的研发

【摘要】:目的研发智能人机协同开颅手术机器人系统Cranibot,并通过实验测试其效能方法将UR5机器人(优傲公司,丹麦)、控制主机、双六维力传感器末端、医用开颅钻和开颅动力系统(蛇牌,德国)和Plorias红外光学导航仪(NDI公司,加拿大)、自行设计的导航定位程序以及可视化的图形用户界面整合为一个系统,使得机器人的机械臂能够在导航的指引下与医生实现协同交互控制。结合术前头颅CT数据和术前计划选点,将机械臂的运动锁定在精确的安全范围内。通过3D打印头颅模型和巴马小型猪实验,我们验证了开颅机器人系统的精确性、效率性和安全性。结果成功的研发了开颅手术机器人系统后,我们测试了其机械臂在人机协同交互控制中的流畅性(平均响应时间小于1秒),同时在头颅模型和小型猪上测试了开颅时的力感知反馈的敏感性(钻孔的最大给进力分别为60牛顿和50牛顿)。另外,在模型实验中,同人工组相比机器人组开颅的位置误差更小(1.87±0.66mm VS 3.14±0.73mm,P0.001)、开颅用时更短(6.64±1.15min VS 8.06±1.10min,P=0.001)。同样地,在活体小型猪实验中,机器人组比人工组的开颅位置误差更小(3.26±0.51mm VS 4.39±0.75mm,P=0.008)、开颅用时更短(11.83±0.92min VS 26.10±1.62min,P0.001)。由于实验样本量有限,在比较组织损伤发生率时,我们将不同实验对象的所有实验数据合并比较,机器人组和人工组的组织损伤发生率为(7.7%[2/26] VS 19.2%[5/26],P=0.193)。结论所研发的人机协同开颅手术机器人系统Cranibot成功的实现了流畅的开颅手术并给医生提供了更敏感的力感知反馈,它在精确性和效率性方面明显优于人工开颅,但其安全性有待进一步的大样本研究。
【分类号】:TP242;R651

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