导航机器人系统应用于下颌骨精确截骨的实验研究

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背景:本文与扬州大学合作,课题来源于江苏省2015年科技计划项目(BE2015711):受限空间中基于虚拟映射和触觉反馈的颌骨精确手术导航。由中大医院提供患者头部CT扫描数据,扬州大学自主研制的软硬件系统进行模型实验。随着人们爱美和崇尚美的精神需求地日益增加,对面容的整形成为当今社会的热点,要求改善下颌角肥大,塑造“瓜子脸”的求美者日益增多。下颌角截骨手术效果明确,获得了越来越多的关注。当前口内入路的手术方式由于具有切口隐蔽、面神经损伤风险小等优点,成为首选方案。但是口内入路因其视野受限、手术操作空间狭小等,易造成截骨量不精确、血管神经束损伤、双侧不对称等并发症,甚至有严重出血、窒息导致死亡的报道,因此,如何做到下颌骨精确截骨一直是研究的热点。陈小平等尝试将内镜技术用于下颌角截骨手术,可以获得清晰的视野,但是在截骨定位方面仍依赖于经验。Goh等发明了下颌角截骨钩尺,将钩尺通过弯钩套在下颌骨下缘标示安全的截骨区域,虽减少了神经血管束损伤的可能,但仍不精确。国内多家单位采取了截骨导板用于引导截骨,提高了手术效果,但是因局部空间受限,操作上存在不便,且因下颌角区三维结构复杂,可能出现匹配度低,以及不能实现个性化截骨等缺点。目前随着三维数字化技术的发展以及机器人技术的进步,运用机器人技术施行手术,以其微创、精准、安全的特点受到欢迎,在诊疗前设计、路径规划、微创、可视化、虚拟甚至远程操作方面有着得天独厚的优势,下颌角截骨手术区域解剖结构复杂,操作视野狭窄,机器人辅助诊疗延伸了医师的视觉范围和可操作空间,在导航系统的帮助下,可实现精准治疗、减少创伤,开拓了微创诊疗的新发展方向。目的:基于以上背景,本课题组和扬州大学合作,研制出国产化的下颌骨手术导航机器人系统,并进行了模型截骨实验,验证该系统的精确性以及稳定性,并为下一步的动物实验以及临床实验提供了研究基础。方法:1.利用mimics软件导出下颌角三维数字模型,并利用3D打印技术加工成实物模型;2、通过自主设计的截骨导航机器人系统(包括手术规划导航软件Face Graph,串联六自由度机械臂,以及配套的三维扫描仪等),在系统中预设截骨线,在下颌骨三维模型上进行截骨手术,通过比较虚拟图像中预设截骨线和实体模型上的实际截骨线的偏差情况,分析导航系统的精确性以及稳定性。结果:1.快速原型系统制作的实体模型和CT三维重建的虚拟模型匹配精度较高;2.在对5个下颌骨聚乳酸模型进行截除的实验过程中,机器人末端铣刀运行平稳,能够根据实验前设定的截骨线行走,模型上的实际截骨线光滑、自然;3.在选定的位置统计实际截骨线与预设截骨线偏差值0.92±0.43mm(95%CI:0.78-1.05mm),5个模型截骨后的偏差值相互间无统计学差异。结论:在手术者控制下,导航机器人系统能够按照预设的截骨线精确、稳定地对下颌骨模型进行截骨,本实验验证了导航机器人系统辅助下颌骨截骨的可行性,为其下一步的动物实验以及临床应用提供了研究基础。
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