1997年--外文翻译--机器人辅助外科手术中的骨骼注册法：脊椎固定螺钉的插入（译文）

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1、中文 6360 字 ,5330 单词， 28800 英文字符 毕业设计 (论文 )外文资料翻译 学院 （ 系）： 机械工程学院 专 业： 工业工程 姓 名： 学 号： 外文出处： Imeche Journal of Engineering in Medicine, 1997.211(Part H):221-233. 附 件： 1.外文资料翻译译文； 2.外文原文。 指导教师评语： 翻译基本正确，中文叙述通顺 签名： 年 月 日 注： 请将该封面与附件装订成册。 (用外文写 ) 附件 1：外文资料翻译译文 机器人辅助外科手术中的骨骼注册法： 脊椎固定螺钉的插入 摘要 (Summary)： 骨骼注

2、册法指的是在一个机械 手臂的协助下识别骨骼的几何形状。这种方法适用于各种内部矫形的固定，并且在脊柱体的关节中插入螺钉来固定脊椎。这种方法是基于其所获得的关于脊柱体的图像信息。计算机辅助工程系统（ CAES）使用 CT扫描仪对脊椎和用来固定脊椎的印模来进行扫描，将扫描出来的 CT 图片进行三维重构。通过这种重构，外科医生能做出术前计划，包括螺钉直径的选择、螺钉插入椎弓根的 方向、进入点的位置、啮合的长度。外科手术医生也可以根据三维图像来确定用来固定脊椎的印模的位置，通过一个和这个印模紧密相连的机械装置来定位内部的病灶点的位置，因而可以使操作 臂的末端执行器辨别整个脊柱体的相对坐标，在理论上，假设

3、脊柱与印模之间没有发生相对移动，则使用一个五个自由度的操作臂是可行的。 关键词 (Key words)： 机器人辅助外科手术 矫形外科 脊椎固定螺钉 内部定位 术前计划 注册 1. 引言 (Introduction) 机器人对制造业产生了重要的影响，提高了生产效率和产量，但是对医疗行业还没有产生重大的影响。机器人在医疗行业中的应用受到使用工具的限制，这正是现在需要开发的。与用于制造业的机器人不同的是，医用机器人对视觉效果和操作臂的控制有更高的要求，同时还需要能够提 供详细的术前模拟机会，这些方面都是外科医生十分感兴趣的话题。 本文所提到的这种方法的目的在于开发出机器人注册和控制系统，使得机械操

4、作臂能辅助外科医生安全地插入脊椎固定螺钉，对骨骼进行定位。注册指的是在操作臂的协助下完成对骨骼几何形状的识别。这项研究是由 爱荷华州 大学生物力学实验室、计算机辅助设计中心和退伍军人医疗管理中心委员会合作完成。 在脊柱外科手术中，一些脊柱仪器常用来矫正变形和固定受伤的脊椎，这样可以提高愈合的速度和质量，常用到的脊柱仪器有挂钩、金属丝、螺钉等，其中脊椎固定螺钉是短弦定位的最佳选择。脊椎 固定螺钉的精确插入是手术成功的关键因素，插入时可以按照解剖标志插入，或使用荧光透视法插入，不过这样会使病人和手术小组人员都受到严重的辐射，还可以通过过渡解剖 椎弓根 来增大插入的空间，或者综合上述方法来插入。因此

5、，理论上的理想位置要精确地实现是很难的事，因为能够用来插入螺钉的空间十分有限，而且在这周围有大量的血管组织和神经末梢。 随着机械臂机器人的使用，医疗器械行业力图达到高的精度和程序控制的自动化。在髋骨和膝盖骨的替换手术、脑部肿瘤切除手术等方面取得了一些成就。近年来，机器人技术进步明显，精确度达到 0.0001，往复能力达到 0.0005。 现在该项研究的长期目标是为机器人辅助外科手术开发一个系统化的方法，其中在机器人的协助下插入螺钉是最具有挑战性的问题之一。这个目标系统由以下部分组成：（ 1）、一个 CT/MRI 扫描系统，用来描绘出骨骼几何形状的三维图像。（ 2）、一个机械臂来协助完成螺钉的准

6、确插入。（ 3）、一个计算机辅助工程界面，用来模拟出骨骼的几何形状，并对手术路径做出规划。这个系统工具加强了外科医生对螺钉插入的可控制性，可以帮助外科医生提高手术的成功率，有利于降低医疗行业的成本。 2. 资料回顾 (Literature Review) 因为这项研究内容涉及很多学科，这里将回顾两个主要部分的相关资料：第一部分是与螺钉固定器械相关的论述，第二部分是与计算机辅助外科手术以及骨骼注册法相关的论述。 2. 1 脊椎固定螺钉的插入 螺钉插入后的牢固程度与骨骼和脉络的接触表面以及骨组织的构造有关，从定位孔中流出来的组织液可能会引起定位的失效。因此螺钉定位的稳定性取决于螺钉与骨骼之间摩擦力的大小以及组织液的流