未来骨科医工融合—文献集萃（十四）机器人辅助减压椎板切除术中基于力信息的多级模糊控制

发布日期： 2024-11-27 18:49:15 阅读量： 10

尚华清（中国科学院深圳先进技术研究院）

摘要

本文提出了一种基于力信息的多层模糊控制方法，应用于机器人辅助减压椎板切除术中以提高操作的精度和动态性能。利用预处理的CT图像重建3D模型进行路径规划，并通过2D/3D注册实现图像与机器人之间的映射。设计了多层模糊控制器（MLFC）来调节进给速度，确保磨削力的稳定性，并提出了一种骨纹理特征提取方法，以提高骨组织分类的精度。实验结果表明，该系统在动态稳定性和状态识别上表现良好。

方法

研究通过3D重建和2D/3D注册方法实现椎板磨削路径规划，确保磨削路径平行于脊髓管壁，避免损伤脊髓。采用多层模糊控制器来自动调节进给速度，并根据骨密度和组织类型进行调整。骨纹理识别方法基于能耗密度（ECD）特征，有助于在磨削过程中识别不同的骨组织状态，避免过度磨削。

总结

该研究实现了从术前路径规划到术中磨削力控制的全流程优化。多层模糊控制器在骨质不同的情况下能动态调整进给速度，提高了磨削稳定性和效率。实验显示，该方法在提高手术精度和安全性方面具有显著优势，尤其是避免了关键区域的损伤。

创新点

1. **多层模糊控制器**：在非线性和时间变化系统中提供了较高的适应性。

2. **骨纹理识别**：采用能耗密度特征来提高骨组织分类精度。

3. **自动化路径规划**：结合2D/3D注册实现手术工具的精确导航。

4. **效率提升**：实验中，采用MLFC后手术耗时减少45%以上，力的波动系数降低80%以上。