時間:2021-04-29 20:49:57來源:胡穎團隊
人體脊柱椎管狹窄是一種常見的骨科疾病, 可引起一系列神經系統(tǒng)癥狀。椎板減壓切除術是治 療椎管狹窄癥的常見方法,由于該手術區(qū)域靠近 脆弱的脊柱神經,手術精度要求高、耗時長,因 此經驗豐富的醫(yī)師方可進行此類手術。隨著科技的發(fā)展,采用機器人輔助手術越來越多地被人們 所接受。為了防止機器人執(zhí)行器械末端磨頭磨穿 椎板并傷害神經,該研究提出一種基于磨削力模 型的實時磨削深度監(jiān)控方法,以確保手術安全。 具體地,首先基于球形磨頭的幾何形狀建立 其在不同深度的切削力模型;然后,采用牛骨作為 磨削實驗材料, 并采集實驗中的機器人末端執(zhí)行器 械的力信號,對切削力模型中的未知參數通過粒子群優(yōu)化算法進行辨識;最后,通過多次實驗建立 機器人磨削深度與磨削力之間的相互關系模型。實 驗 結 果 表 明 , 當 機 器 人 磨 削 深 度 在 [0.8, 1.2] mm 時,基于磨削力的磨削深度預測結 果精度可達 ±0.1 mm;當深度增加到 [1.2, 1.6] mm 時,預測精度為 ±0.2 mm。
該研究所提出的基于磨削力模型的機器人磨 削深度實時監(jiān)控方法,具有較好的臨床應用價 值,可實現機器人輔助椎板減壓手術的術中狀態(tài) 精細感知,確保機器人手術安全。同時, 相關技 術可以很好地應用在機器人輔助神經外科、關節(jié) 置換等手術中。
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