一种远程操作机器人系统辅助经皮经髂骶螺钉固定技术

骨科手术中使用的第一个机器人应用是1992年采用的ROBODOC系统¹。从那时起，机器人辅助手术系统迅速发展。机器人辅助手术通过增强外科医生恢复肢体对齐和关节生理运动学的能力来改善关节成形术².在脊柱手术中，使用机器人放置椎弓根螺钉是安全准确的;它还减少了外科医生的^{辐射暴露3}。然而，由于创伤性骨科疾病的异质性，对机器人辅助手术的研究受到限制。现有骨科创伤机器人手术研究主要集中在骨盆环骨折的机器人辅助骶髂关节螺钉和耻骨螺钉^固定4，股骨颈空心螺钉^固定5，髓内钉的入口点和远端锁定螺栓⁶，^7，经皮骨折复位⁸，^9，以及军事领域重伤患者的治疗¹⁰。

经皮螺钉技术可以使用 2D 和 3D 导航支持进行。骶髂螺钉、前柱、后柱螺钉、髋臼上螺钉和魔术螺钉是盆腔和髋臼护理最常见的经皮技术¹¹.经皮经髂-经骶螺钉技术对外科医生来说仍然具有挑战性。该手术需要了解骨盆解剖结构和 X 射线透视、准确定位和长期手部稳定性。遥控机器人系统可以很好地满足这些要求。本研究利用远程操作机器人系统完成骨盆环骨折的经皮经髂骨-骶骨螺钉固定。该协议的详细信息和工作流程如下所示。

机器人系统
主从骨定位引导系统（MSOPGS）主要由三部分组成：具有七自由度（DOF）的手术机器人（从机械手），具有力反馈的主机械手和控制台。该系统有四种操作模式：手动牵引、主从操作、远程运动中心 （ROM） 和紧急。 图 1 显示了 MSOPPG;其主要组成部分简要说明如下。

手术机器人（见 材料表）是一个七自由度机械手，经过预先认证，可集成到医疗产品^中12。机器人具有力反馈传感器，可以检测力的变化。机械臂可以手动或远程操作。扭矩传感器安装在尖端并映射到“主机械手”，从而实现实时力反馈。机械臂上的最大负载足以抵抗软组织力并减少手术器械的颤动。机器人连接到移动平台，以获得可操作的工作场所并确保稳定性。底座连接到“主机械手”和操作系统，可以处理来自操作系统的指令。

“主机械手”专为医疗保健行业设计，用于精确控制机器人。该器件提供七个有源自由度，包括高精度力反馈抓取功能。它的末端执行器涵盖了人手的自然运动范围。采用增量控制策略实现对机械臂的直观控制。

该操作系统提供四种控制机械臂的方法：手动牵引、主从操作模式、远程运动中心 （RCM） 和紧急情况。操作系统将外科医生和机器人连接起来，并提供安全警报。手动牵引模式允许机械手在特定的工作范围内自由拖动。机器人在停止5秒后自动锁定。在主从模式下，外科医生可以使用“主机械手”来控制机械臂的运动。RCM 模式允许手术器械围绕器械末端旋转。RCM 模式最适合在通道的轴向透视视图上重新定向，例如髋臼上通道的放射影像泪滴征和经髂-经骶骨通路的真实骶视图。机械手可用于任何位置的紧急制动。 图 2 显示了系统的工作流程。