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Human–Robot Shared Control for Osteotomy Procedure
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AI
DOI：10.1109/TBME.2025.3549867.png)
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摘要
En 中文
脊柱介入手术可受益于机器人系统的进步，尤其是在人机交互（HRI）领域。尽管机器人技术潜力巨大，但仍仅限于部分脊柱手术。同时，复杂且耗时的手术（如截骨术）仍需手动操作，影响外科医生的工作负荷和压力。本文介绍了一种机器人系统，用于辅助外科医生进行椎体钻孔，提高精度并改善患者预后。该系统集成了用于设定所需矫正角度的术前规划工具、基于虚拟夹具的阻抗控制算法，以辅助用户遵循切割轨迹并保护周围结构，以及用于增强手术引导的导航工具。该系统由一个7自由度机器人操作臂组成，其末端执行器上安装了钻孔系统。系统精度在5个椎体 phantom 上进行了验证，实现跟踪误差为 0.39 ± 0.033 mm 和 0.74 ± 0.07 mm，边缘误差为 0.84 ± 0.17 mm 和 0.19 ± 0.5 mm，矢状面和冠状面的角度对齐误差分别为 0.34 ± 0.16 和 0.13 ± 0.27°。此外，系统性能在真实猪骨上进行了评估，结果表明在真实力学特性下具有类似的精度和鲁棒性。一项用户研究评估了该系统是否较手动控制策略有效提升了用户表现。结果显示，使用该系统时偏离预定路径的程度更低，且系统超出预设限制区域的次数更少。此外，参与者认为与传统的控制策略相比，该系统在精神和体力上的负担更小。
Keyword:
Human-robot shared control
virtual fixture
impedance control
robotic spinal surgery
osteotomy
期刊
I
IF:
4.5
论文数:
540
被引数:
2.8W
机构
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