A robot-assisted surgical system using a force-image control method for pedicle screw insertion

doi:10.1371/journal.pone.0086346

.2014年1月22日；9（1）：e86346。

doi:10.1371/journal.pone.0086346。 2014年电子收集。

采用力图像控制方法的椎弓根螺钉植入机器人辅助手术系统

魏天¹, 韩晓光², 刘波（Bo Liu）¹, 刘亚军¹, Ying Hu（音）^三, 肖翰¹, 徐云峰², 明星粉丝¹, 金海阳^三

附属公司

¹北京积水潭医院脊柱外科，北京，中国。
²北京积水潭医院脊柱外科；清华大学医学中心，北京，中国。
^三中国科学院深圳高级技术研究院，中国深圳。

PMID： 24466043
预防性维修识别码：项目经理3899254
DOI（操作界面）： 10.1371/日志.pone.0086346

采用力图像控制方法的椎弓根螺钉植入机器人辅助手术系统

魏天等。公共科学图书馆一号. 2014.

.2014年1月22日；9（1）：e86346。

doi:10.1371/journal.pone.0086346。 2014年电子收集。

作者

魏天¹, 韩晓光², 刘波（Bo Liu）¹, 刘亚军¹, Ying Hu（音）^三, 肖翰¹, 徐云峰², 明星粉丝¹, 金海阳^三

附属公司

¹北京积水潭医院脊柱外科，北京，中国。
²北京积水潭医院脊柱外科；清华大学医学中心，北京，中国。
^三中国科学院深圳高级技术研究院，中国深圳。

PMID： 24466043
预防性维修识别码：项目经理3899254
DOI（操作界面）： 10.1371/日记本.0086346

摘要

目标：介绍一种脊柱后路固定机器人辅助手术系统，该系统能够根据力和图像信息自动识别钻孔状态并阻止潜在的皮质穿透，并进一步评估羊椎弓根螺钉置入机器人的准确性和安全性。

方法：机器人脊柱手术系统（RSSS）由光学跟踪系统、导航和规划系统以及配备6自由度力/力矩传感器的手术机器人组成。该机器人利用图像信息和力信号来感知不同的操作状态，并防止椎弓根螺钉植入手术中潜在的皮质穿透。为了评估RSSS的准确性和安全性，进行了32次螺钉植入。此外，为了探索机器人是否能够识别不同的钻孔状态并立即阻止皮层穿透，故意错误地规划了六条轨迹。

结果：所有32枚椎弓根螺钉均置入椎弓根内，椎弓根壁无任何断裂。与术前计划相比，轴位和矢位视图中入口点的平均偏差分别为0.50±0.33和0.65±0.40 mm，轴位与矢位视图角度的平均偏差为1.9±0.82°和1.48±1.2°。机器人成功识别了不同的钻孔状态，并阻止了潜在的皮层穿透。在故意错误规划的轨迹实验中，机器人成功地阻止了皮层的穿透。

结论：这些结果验证了RSSS的准确性和安全性，支持其在脊柱手术中的潜在应用。

PubMed免责声明

利益冲突声明

竞争利益：提交人声明，不存在相互竞争的利益。

数字

**图7。术后CT扫描确定的螺钉位置精度测量。**
A、计划合并实际布局。B、在入口点和角度处比较平移螺钉和插入螺钉。

**图8。实验的代表力信号图。**
A、初始状态（第一块皮质骨保持不变）；B、第一皮层状态（明显峰值）；C、松质状态（低力水平）和D，第二皮层状态（力信号开始增加）。

**图9。故意错误规划轨迹。**
当钻头接触到第二块皮质骨时，力信号出现明显峰值，机器人自发停止钻孔。

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