CT与C型臂辅助遥控型性脊柱微创手术机器人系统临床前期打.docx

CT与C型曾辅助遥控型性脊柱微创手术机器人系统临床前期打孔研究:题目问题的回带格式的：字体颜色：红色答：由于与文献1题目类似，故本文改名如上).张酒王洪伟筋走达赵忆文，周 跃(100037重庆.第三军医大学新桥医院骨科：110016辽宁沈阳.中图 科学院沈阳自动化研究所机器人孚重点实脸室I摘要目的 通过利用术前电子计算机X射线断层扫描技术(CT)和术中C型臂X线机辅助遥控型许柱 微创手术机器人系统进行牛肯骨标本打孔，评价该系统的精确性。探讨实验前CT、术中C型臂系统辅助遥控型 脊柱手术机器人系统打孔的可行性。方法遥控型脊柱微创手术机器人系统是由中科院沈阳自动化研究所与第 三军医大学新桥医院骨科合作研发二的可进行遥控打孔的手术机器人系统。由于该系统目前尚不能与虚拟手术系 统或导航系统结合，因此左疝史姗傀预先在牛脊骨标本棘突置.入克氏针作为标志物，样后进行CT摄影并 以此为依据进行术前计划。实验中根据C型臂X线机影像调整手术机器人系统前端夹持气钻位置，当C型臂 X线机影像显示该气钻位置与椎弓根理想置钉位置重合时，遥控机器人系统进行打孔操作。之后再次拍摄CT并 评估该系统精确性。结果通过遥控许柱微创手术机器人系统进行打孔操作，可避免打孔过程中X射线对医师的 损伤，而该系统平均打孔时间为330孔(280378孔)，平均X线透视次数为6 (5-8)次。对实?捡后CT影像 可测虽数据与计划角度差值进行统计学分析(单.样本f检验)，打孔数据与计划角度差值无统计学差异(PE.2O9)。 该系统存在一定的学习曲线，熟悉该系统后，应用此方法角度偏差能控制在4之内。结论本实验说明脊柱微 创手术机器人系统打孔精确(打孔站果与术前计划无统计学本异)且可避免打孔过程中X射线对医师的损击， 但熟悉该系统个学习过程.另外.屯也说明通过利川实验前CT扫描结果进行点实必前计划，根据该计划 辅以C型愕系统遥控脊柱微创手术机器人系统进行打孔具有可行性，也为与该机器人系统配套的虚拟手术系统 奠定了一定的临威前期实验基础。遥控型样柱徵创手术机器人系统可避免打孔过程中X射线对医师的损害,应 用CT及C型借X线机辅助该系统打孔，置入克氏针。术前计划无统计学差异，该系统存在一定的学曲线询 题I：结论仅是结果的重复？建议讴写纵论，与甘的呼应。)回答1：己对中戈结论部分进行相关修改)-I关键词1计算机辅助骨科手术：机器人；微创脊柱外科中图法分类号文献标志码A基金项目军队临床高新技术重大项目(2010gxjs072) 通信作者周跃，电话：(023) 68755608, E-mail: haDDhou(3) Prevlinical drilling study of Minimally invasive spine surgery robotic system (remote type) Zhang He1. Wang Hongwei1, Han Jianda2, Zhao Yiwen，, Zhou Yue1. (Department of orthopedic, the second Affiliated Hospital of the Third Military Medical University. Chongqing. 400037. China; 2ShcnYang Institute of Automation Chinese Academy of Sciences, Shenyang, Liaoning Province, 110016. China)(Abstract) Objective To evaluate the accuracy of Minimally invasive spine surgery robotic system (remote type) assisted by computed tomography(CT) and C-arm system, and preliminary investigate the possibility of the combination of the imaging equipment and this robotic system. Methods Minimally invasive spine surgery robotic system (remote type), which is research and developn)eni jointly by Shenyang Institute of Automation Chinese Academy of Sciences and our department, is used to drilling(remote) in spine surgery. ?nd right now. it still lack of the assisted of the navigation system or virtual surgery system, therefore this study in advance of drilling holes into the spinous process of the bovine spine specimens and then pul K-wires into lhem as markers, (hen CT scanning as a basis for surgical planning. In (he experiment, according to the C-arin X-ray machine operation robot system to adjust the gas drilling clampings position, till the image of the gas drilling position and surgery plan coincidence, then drilling remotely. Then CT scan again after the experiment for assessing. Results Minimally invasive spine surgery robotic system (remote type) could drill precisely and avoid radiation injury to lhe doctor. And lhe system average drilling time is 330s / holes (280 378s), while the average number of X-ray is 6 times (5 to 8 times). The result of the statistical analysis of the CT photography after the experiment (one-sample t-test): p = 0.209 0.05. which means there no statistical diflerence between the data of the drilling and the surgical plan. The system has a certain learning curve, and the application of this method to controlthe angle of deviation within 4 Conclusion /ninimally invasive spine surgery robotic system (remote type) can avoid radiation injury to the doctor during drilling, meanwhile it still have a greal accuracy of driving, n。statisiically differences between the preopcrative plan and the Kirschner wire, through this experiment Besides these process still make the robotic syslcm drilling assisted by CT scan and C-arm sYslcm possible and effective, which could be one of the foundaliuns of lhe binding of vinual wreeryand robolic 罚7冲.、?而册1 by CT and C-arm “Tem, ihere is no staiistkally difiereiwes letweet pfejwrave plan aiul the Kirsehtier wire, while Uie rolMHk; !ysave-a certain learning curve its own. , , , .,(Key Words| computer assistant orthopedic surgery; robot; minimally invasive spine surgery:帝格式的：字体色：红色）带格式的：字体颜色：红色）带格式的：字体颜色：红色）:帝格式的：字体色：红色）带格式的：字体颜色：红色）带格式的：字体颜色：红色）Supported by the Special Project of the TweMh Five-year Plan for Medical Science PeveloDment of PLA (2010gxjsQ72) the-Newand-AdaneeHnieMke/DFoieetsin-miHiaFVhosDi 机WW. 2,机衩兔ilft.敏统：ffii机#人系统的坦成图2实能前牛猿骨牛有的准备及术前计划尖中&褛七舞佻4善人叫倒注虬4,*-44用就4心卷第5部础i 住我处格号根琲勒邮两条域& J移队君昭第埃上供蛀踣*雄”硬共*伟却我4分以&巾1，3岳行一彳技盗，白.梅雄林仙祖弗在1裂3的*山她，. 片碎珥命呢；只找?一中央陌：，,篷夕-4、区广_t、K|,%电才，同时整卜佝用莲位4心1、调够匕检也#为X，制号K役曲缶此“，（“为或3。段4Aic-iiWKiw m . iiL-ai Miwi ra_m Zo i 7 in ic.tfdkw a, 2iir ift/. .mi *,111111 mwi riuuAtti（何题4：对图片进行简要叙述，详细描写请移至正文中恰用位置.）（可答4： L3i细抽气:样到H3中）图3 C型冒X统机屏辑重现实歧前计划在C里C X线机屏掉上金盖保I?袋.之后再打孔前计妁波出椎弓根理想置钉位置输线奂1坦5：这段文字,*该足对图片的简餐描述、偌格式的：,进：首行缩近：0.”犀米图题U应该是什么呢？）（|可答5：已添加1.2.3 遥控机器人系统打孔 通过C祟臂 找机影像辅 助，遥控调艇许柱微创手术机器人系统前辩夹持气钻位置与方 向，使该r钻轴税位置与c型皆x线机辟幕上显示的推弓根理 怨置钉位置一致时.遥控智柱微创手术机嚣人系统进行打孔操 作，并在孔洞中放置克氏针。1.3测量及统计学处理对实验后牛许骨悻本进行CT摄影，采用Adobe Photoshop CS3 Extended软件，根据CT结果测依预先放迪的克氏针轴技 与实际打孔后置入克氏针轴线之间的央角（简称实际置钉央 角），将测量的实际置钉夹角与理想置钉夹角做差.并对其差侦 进行单样本$检验,统计软件使用PASW Statistics 18.1 结果2. 1打孔及计时姑果通过遥控许柱微创手术机器人系统进行打孔操作，避免打 孔过程中X射线时医师的伤害.通过该系统辅助打孔时间平均 为330 （ 280 -378） s/孔.平均X线透视次数为6 （5-8）次。实验后牛有骨标本CT图像可测鼠数据共55个，其中有3 枚克氏弱51入椎弓眼之外，用甬离怕度分别为1L0、IQ： ftl 17.4- - !置入椎弓根内的52个也据巾应实耶面打孔if 划数据相酸，并进行统计学分折：t=-1.271. SITW19,双 侧：检验簌率P=0.209, 99%可侑区间为-l.9924F.7090,说明 收入推片根的克氐针情况与实验前打孔H划商#无统计学爰 异 （何题6：哪两者对比研究？请交待清楚）（回答6：此处 的西者指的是实必前根抿CT打描站果进行的实必计划敖据马 实验后CT扫描结果中实际置入克氐针数期，相应说明已添加. 另外.该内容任与统H学处HT 部分己做过说明，是否 要删除该说明？2.2_习曲线一（何题7：引用文献交待分组依据.或为自创？诱在2.（） : B. 2.1-4.00 : C. 4.1-6.0 ： D. 6.18.（尸 4 0-2JBUJ-G,46lDl-6-8=（问8：分扪 的数值仃重夏的地方.渚悔改）。（I叫答8：埋丈02“原意指的 是:有数值“ 0Wt2,其余类推，叩包括下极而不包括上极.法改，）其中.A级29个,B 级12个，C欢8个,D级3个，将7具牛骨按打孔先后顺序分 为2祖，前3具（共23个孔为第I组，后4具共29个孔） 为第2组.第1组偏离分别为A级8个（34.8%）、B级4个 17.4%）, C 级 8 个（34.8%）、D 级 3 个（13.0%）： % 2 组偏 离分别为A级21个（72.4%）、B姐8个（27.6%）. C级和D 级均为0个4四.第2组偏差较第1狙明显减小，说明该系 统有_定的学习曲我.再对这两组打孔结果进行偏离度分析. 第1坦打孔结果在1倍标准为（ISD）之内的仃12个52.2%）. 见2狙打孔馅果在1倍标席差之内仃28个（96,4%）,相比笫I 组，第2纽打孔结果偏离程度，明显提高（图5）,图4前后两洲打孔站果分级对比104X67/2W金 J64OW7 28038-10图5 实际操作与班此前il起的偏阳伸度（何些9：结果占无图片讪据？注成图题、图汗、图中标 志的地弛化）1“1答）：学月曲戏结果中图片据及招关正义部 分己渗加。讨论第三军医大学新桥医院骨科联合中国科学院沈阳 自动化研究所，自2008年开展脊柱微创手术机器人相 关研究，针对脊柱微创外科的特点，充分考虑骨科手 术室现状及未来外科发展方向，自主研发了遥控型f 柱微创手术机器人系统，由1部分组成，其中系统机 械皆可以提供6个自由度的全方位活动，具有无龈动 锁定的实时锁定系统.同时可进行医疗消毒：机械臂 基座是控制机械臂运动的核心部件，与机械臀和医生 控制台相连，能处理医师控制台的指令以控制机械筲： 医师控制&舞提供操作界面和操纵杆，操纵界面中共 有5种操作模式：视觉胞视系统可以远距离观察钻孔 情况。医师可在安全距离遥控机械臂进行打孔操作， 避免术中X射线造成的损伤。本研究应用术前CT摄影及术中C型肾X线机辅 助定位遥控脊柱微创手术机器人系统进行打孔操作. 以评价该系统精确性。结果显示，通过CT与C型臂 X线机的辅助，该机器人系统可按照术前计划精确打 孔.但其中仍仃3枚克氏针未置入牛晋骨标本椎弓根 内，其偏离角度分别为HA。、肉：9。和W.4。，旦均 出现在第I组牛骨骨标本内。此时对于C型臀X线机 侧位片的拍摄，还难以保证该手术机器人系统夹持气 钻与预先置入克氏针在同一平面内。由于C型臀X线 机不能同时拍摄两个平面，因此在侧位片将该手术机 器人系统夹持的气钻与预先置入克氏针放置在同一平 面尤为重要，如放置不当，会导致克氏针置入位置与 术前计划偏差较大。本研究并未采用临床上应用的C 型臂X线机正、侧位片影像辅助，而是采取C型臀X 线机侧、横断位片影像为依据确定实际打孔位置，一 方面是由丁横断位片与CT片方向一致，便丁绘制术前 计划：另方面牛脊骨标本各节段脊柱相对位置不会 发生变化，同时也能解决由于工业设计，致使该手术 机器人系统关节5和关机6在C型宵X线机正位片出 现的遮挡问题也手割器人彩细|以尽管该方法不适应于临床，但也为该系统的 临床应用奠定了一定的基础。近年来，随着先进机器人技术卜、导航技术及计算 机技术等的发展，计算机轴助骨科手术的应用日渐广 泛，而骨科手术机器人系统除了 Robodoc系统心】、 CASPAR 系统I、Arthrobol 系统*、praxitelcs 系统 向、BRIGIT系统I 等关节外科手术机器人系统外， 微创脊柱外科亦出现了以色列生产的SpineAssist系统 51、韩国的SPINEBOT系统,【址5及德国的微创手 术机器人系统I等，这些系统能增加置入物的准 确性并减少神经源性损伤的风险155.同时，导航 系统、虚拟手术系统的发展也为各种手术机器人系统 提供了新的突破点，为将来把导航系统、机器人系统、数字化手术室、智能麻醉诱导系统及手术患者运输系 统融为一体的手术系统提供了可能。目前，遥控型脊柱微创手术机隔人系统尚不能与 虚拟手术或导航系统结合，因此需要对该系统与影像 学设备的结合方式进行相关研究，并探讨出一种新的 结合方式。而随若该手术机器人系统相关软硬件的完 善，其与虚拟手术或导航系统结合之后，由虚拟手术 系统执行术前计划及术中匹配的任务，导航系统则指 引机器人系统完成具体操作，再加上医师的监督指导， 相信能达到理想的手术效果。当然，要达到这个目标 还有很长的一段路要走。参考文献：r JJT TW _ I py- n TTT Trk Uh 第一芥仔大/TMunomaukM/ig，（问题10：引用本刊近年相关攵献）（1”1井10： 已添加为文献2）（IJ-JfcR.Waii.Wtt. Yf柱角创F木机器人黛统城助打孔的实技研. 中华创伤针科朵忠,201L 13 12）i 65-68.（2饶美.略群.李宵玲.等.达芬奇；人H全n切除术的用手术期护理几免二*阳大学学极,2011,33:44,49.私只并*卅 3 i7 Pierre N, Benin N LucienB, ?l-L BRIG1L h robotized Loo 1 guidefor orihopedic sin蛇r)J.【CRA, 2005: 211-216. ML81H I, Uli suk.? X, Mark V K, ?t nl. Bw. munt.?i rnini at urcrobotic guidance for pedicle screar and translanirmriicel $crw pluc -t l. BonLmuniwd inialure mhotic auidanco for pgdicl。$ctm imd tnin&lwiiruir fncN scrw plticepcnt: piirt 2Emluation of systen accuracy：. N(nircsun;ery.9ftft7 I9Q-I1A Qnwg G n一 ks Yi H I_ i CuLmu tUmiv W 0 W J J / Xi X TTUiiI Vmal of C小*10 Lee F L Ki，K 3 “ Cooper&Uve robolic asslMani wilhdril 1-bypir? Md-Hfector for spinal fusion surgery J. Ind Robot:：. :-t .1. JIAI*. r. :h.；!. 72UI I4.S I U.,.八 II,S. V： .J,12 .Qrsnicr L 肝任比 Dobol- S al. Expcrinenii oa4 Kwi D S.、eMJ. n【Med 引艮，20%, 2 “)：3S(l-36& Zf 6 膈痴福“暗时戒j，|种环麻岫.tea藉Acnoxs nx13 N, Horel G, Oriaafer I el al. N/chaironic design of 8 nc robot for forcr cmtrol in sinitnlly imrasiv surgry【J(6 PigC Cinquin P la-.Jle&S, cl al- IinimvrIEEE/AS曜 TIUKSAmflhS ON MEnNTRflMCS, 2007, I (12): 143一 】A. Xtiu T & Urlwaiet* 礼 ) Aft e4 6hsH?t4“Ht *i吁Iwn* 6，时珅（.，.Jw J侦$&卬2OUKboat? tnunled rabot kir minimi uccgg lulal knee arthroplastyJJ.InierikiEg】 J(xnrd of Wedcal Robolics and Cci|XJl3 AgstWSurgery, 2005. 4: 6，79. 陌秘：片*.队州布&“&枫4袖禺“ 47卜叫*用4“血比.34 gyido fgHusying A Rnu T S. Ortnaicr T it nl. An nutonat妙d insertion toal for cochlear inplananother %tep loiirds 担Irauml jc cochlear ifdrK gur*ryJ) Int J Guput AgslM Radiol Sum 2010,5：163-1门.占 Ety” 2，什 HUEied； lE，lEhl dbkhLf ，年t由I 州日J， 而 *fI伶$ X 8妙妙*”出Kpciovail。, N A, SheYeleif, 1 Kornienko, V X, et h.AppHcHtiixi uf rulxitic assistance in surgical trealwnl of dogMerRiive diseax nf lunbnsttcnd spineJ. Zh lopr Neirvkhir【n N N Bunfenko, 2DH.3;KH5.DP. WftL DieLfe-ef FGSml Az5Es4 4”fF16 DrvitoD P Kuplmn【. Dietl R. d M. Clinicitl Accrpumcc midAccuracy AzHssmcrH of Spirml I顽Fits Guided Vi th SpirwAi%lSurgical Robot: Reirogpeciive SiudyJ, Spine, 2010, 35: 2109-2115.2011-12-19： ttM)(母机龙松