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中国矫形外科杂志 2002 年 9 月第 10 卷第 11 期 Orthop J Chin , Vol. 10 ,No. 11 September 2002 · 1111 ·
·综述·
矫形外科机器人的研究进展和应用2
欧元汉蔡道章金文涛宋永伦
中图分类号 TP24 文献标识码 A 文章编号 1005 - 8478 (2002) 11 - 1113 - 02
1 引言和患者的基准点; (5) 机器人执行手术动作; (6) 整个手术过程
近年来,医疗外科机器人作为一个新的研究领域,把机器严格监视患者的移动。
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人技术、计算机控制技术、数字图像处理技术、虚拟现实技术 2. 2. 3 术后评价
和医疗外科技术相结合,改变了传统医疗外科的许多概念,其(1) 把机器人移离患者; (2) 松开患者; (3) 检查手术效果;
在提高病灶定位精度,减少手术损伤,执行复杂外科手术,提(4) 如果需要进一步切割则重新固定患者; (5) 重新定位并再
高手术成功率等方面有很好的表现,已经在神经外科、矫形外次确定机器人和患者的基准点; (6) 重复术中步聚。
科、泌尿外科和腹腔镜外科等手术临床中得到成功应用,其矫形外科机器人系统主要有以下组成:术前处理系统,包
中,矫形外科手术中往往需要医生在 X 线照射等对人体有伤括医疗图像获取、处理及三维建模、手术规划与仿真等模块;
害的环境下(如骨干骨折交锁髓内钉内固定手术) ,使用手术术中干预系统,包括机械臂执行机构、手术目标三维模型与现
器械做一些精确、重复的切割(如全关节替换手术中假体与骨实空间的配准、安全监控等模块;术后评价系统,包括手术数
头接触面的切割) ,这就迫切要求结合机器人技术以提高手术据分析等模块。各个组成部分在矫形外科手术的不同阶段发
精度、缩短手术过程,减少病人尤其是医生在 X 线下的暴露时挥作用,矫形外科机器人手术的进行分为 3 个步骤: (1) 术前规
间。同时,由于人体骨骼的解剖学特点,骨组织手术目标易于划; (2) 术中干预; (3) 术后评价。
固定而不会象软组织那样容易因受力而产生变形和位移甚
, , 3 矫形外科机器人的研究现状
至还可以在骨头上放置金属钉等定位标志,这些特点使得在
自 20 世纪 80 年代中期, IBM 公司的 Taylor 最早进行用
引入机器人手术时能够较好解决定位配准问题。因此,不管
于髋部外科手术机器人研究的多年时间里〔2〕出现了多种
从手术条件改善的实际需要还是从机器人本身固有的特点来 10 ,
不同的矫形外科机器人。
看,矫形外科手术都是应用机器人技术的一个“理想”的医学
应用于全关节置换手术的机器人系统
领域。 3. 1
在全关节置换手术中,置入假体的金属表面经过特殊处
2 矫形外科机器人的基本概念
理,大都采用无粘结置入手术方法。手术要求精确设计大腿
2. 1 医疗外科机器人是一种具有人工感觉的,由计算机控制
骨中空腔的形状来适合置入假体的形状,另外还要求精确定
的有源机械手能够重复编程以对手术器械进行移动和定位
, , 位空腔相对大腿骨的位置。人工关节与人体关节的吻合程度
来实现一定范围内的手术任务〔1〕。矫形外科机器人是医疗外
以及人工关