机器人全膝关节置换手术项目策划.ppt

机器人全膝关节置换手术系统项目策划 内容 机器人膝关节手术系统方案可行性 项目目标、经费、时间安排 项目所需资源保证 对保守治疗无效的膝关节疾病，TKA手术是一种有效的方法。主要分为如下方法： 常规方法 微创手术方法 计算机辅助导航手术 机器人膝关节手术 CAOS及医用机器人技术会显著提高创伤骨科的治疗效果，使手术更微创、更精确、更安全。 成功的TKA手术应该做到 精确的假体对线和关节线 良好的软组织平衡 相等的伸屈位间隙 正确的髌骨轨迹 合适的假体型号 可靠的骨水泥固定 …… 机器人膝关节手术系统 研究现状 北京积水潭医院与北航机器人研究所 上海交通大学 WATO 广西人民医院骨科 台北医院 德国海德堡大学 现有的机器人膝关节手术系统 ROBODOC髋机器人系统 1992年 AESOP系列手术机器人 1994年 Da Vinci外科手术机器人系统 2000年 德国ZEISS公司 MKM/SMN机器人系统 日本Immi公司 NetroMate神经外科机器人系统 瑞士LEICA公司 WILDM695神经外科机器人系统 北京航空航天大学机器人研究所与积水潭医院骨科 王田苗 王满宜 上海交通大学 刘允才教授 哈尔滨工业大学 遥操作辅助正骨机器人系统 南开大学 机器人辅助显微镜外科手术机器人系统 大多处于研究阶段，离临床阶段还很远 几个方向 有CT与无CT 1）术前标定结合CT扫描，计算，术中利用该数据手眼式机器人 ——上海交大 2）术前CT扫描，术中结构光，机器人手术 ——北航 有导航与无导航 依赖图像的导航与非依赖图像的导航 是否利用可见光导航 有机器人及无机器人 是否有智能化支撑装置 我们的目标及限制条件 目标：设计一个辅助膝关节手术机器人，能有效减少上述各种手术方法中的不足，提高手术成功率，尽量能商品化 限制条件： 1）经费有限，尽量利用现有手术设施条件 2）人员有限 3）已有一定的研究先例，从理论创新性上超过比较困难 建议 利用现有的技术及设施，在此基础上进行局部优化和改善 例如导航时的探针标定。 开发影像依赖型与非影像依赖型结合的导航系统，成为影像加强型导航，从现有技术过渡到机器人系统。 机器人膝关节手术系统 CAOS与其他光学定位系统结合，研究除红外光学定位外的其他光学定位方法，搭建精确立体定位平台，通过医用机器人来完成手术。设计专用的手术机械系统，固定患肢，并测量其位姿，机器人安装于其上，与机器人相互协调构成随动系统。 手术过程 术前CT影像，术中将线结构光测头安装在六自由度机器人的末端，构成自由曲面非接触测量系统，进行结构光扫描，通过配准，确定手术方案，更换机器人末端，实行机器人TKA手术，是否可行？ 配准方法 术前CT图像，重建、分割及交互式操作得到医学图像特征点云 结构光定位仪实时采集患膝部位点云 基于ICP算法的特征点云配准 股骨头中心 膝关节中心 患肢的固定与装夹 下肢力线的确定 目前在测量患者下肢力线时，均是在手术过程中进行具体测定，几乎没有患者的参与，能否在术前设计实验，通过患者配合进行测定？通过在患膝上固定标识，采集运动、受力状况。测得精确的下肢力线后，经过CT扫描，在打开膝关节后，经过结构光扫描配准，确定股骨远端中心点，以及胫骨中心点，这样比确定通过探针事先确定中心点要准确。 三维重建 利用三维激光扫描（三角形法、结构光法、计算机视觉法、激光干涉法、激光衍射法、CT测量法、MRI测量、超声波法和层析法）和CAD技术对人体膝关节进行扫描，并对所输出的点云数据进行处理（如snake分割算法），利用工程软件Geomagic和UG进行膝关节三维实体模型重建，得到非常精确的膝关节三维模型，实现股骨模型可视化。 改进张力/平衡装置 计算机化，进行软组织松解 智能化骨锯 接触周围软组织时，自动停止工作 术后分析及康复 评价假体置换是否合理 带假体的膝关节有限元分析模型 其他手术方案 选定目前最主流的方案 计算机导航手术技术的兼容性？是否可以做点工作 兼容的计算机辅助骨科手术系统 市场上尚无兼容的CAOS系统，各有优势，虽然原理大致相同，但软硬件上无法兼容：能否设计各个环节的通用接口，具体实现不用指定，每个接口上的数据格式、文件格式以及操作流程等做到一致 项目目标、经费、时间安排 项目所需资源保证 总体把握 1名 理论研究 1名 医生 2名 系统结构搭建 1名 软件工程师 2名 硬件工程师 1名 定期协调机制：邮件、电话 需要医生确定的问题 * * 2009/12/18 依照计算机介入程度从无到有、术者经验由多变少 由医生控制平台、多功能手术床、各种手术器械和图像处理设备组成。手术医生在控制台上通过“主手”操作机器人动作，通过脚踏板来控制高质量的视觉系