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天大團隊設(shè)計的骨折精準復位與量化康復機器人獲一等獎

時間:2022-09-21 21:33:50 推薦 721

科技日報記者陳曦通訊員賈晨航?劉曉艷

隨著經(jīng)濟社會進展、人口老齡化加劇、交通運輸規(guī)模膨脹等多種因素的交叉妨礙,創(chuàng)傷性骨折疾病頻繁發(fā)生,日趨成為妨礙人類生命和健康的突出咨詢題。來自天津大學MRS實驗室的骨科醫(yī)療機器人團隊目前研發(fā)設(shè)計的“下肢骨折復位與康復一體化機器人”能夠?qū)崿F(xiàn)對骨折患者的個性化精準復位與量化康復。該項目不久前在第四屆中國研究生機器人創(chuàng)新設(shè)計大賽中獲國家一等獎,團隊共有五名參賽隊員,孫濤教授、連賓賓副教授為指導教師。

傳統(tǒng)骨折手術(shù)受制于醫(yī)師經(jīng)驗和術(shù)中設(shè)備,存在手術(shù)風險高、創(chuàng)傷大、復雜術(shù)式難普及等不足,易發(fā)生復位不精準、二次感染等風險。自20世紀90年代中期,機器人技術(shù)開始被引入骨科領(lǐng)域,在臨床上輔助大夫進行精準操縱、微創(chuàng)操作,在提高手術(shù)精度、降低手術(shù)傷害、減輕醫(yī)師勞動強度等方面優(yōu)勢明顯。

但在臨床上,目前下肢骨折復位與康復臨床存在著復位精度差、力/位反饋缺失、復位/康復脫節(jié)、康復盲目化和康復周期長等咨詢題。針對這些咨詢題,該團隊提出利用機器人技術(shù)實現(xiàn)骨折精準復位和術(shù)后量化康復的一體化理念。圍繞該課題,他們研制出了世界首款分量小于2kg的可穿戴式骨折手術(shù)與康復一體化機器人,并形成了與之配套的骨折復位軌跡規(guī)劃軟件。該套系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)1.1mm和1.2°以內(nèi)復位精度,有效提高骨折復位的效果。

該獲獎團隊隊長、天津大學博士生賀志遠介紹,團隊研發(fā)的這款一體化機器人,可經(jīng)過力采集系統(tǒng)獲取機器人末端的受力,采用基于關(guān)節(jié)空間的導納操縱器,實現(xiàn)機器人對骨折主被動康復的柔順安全操縱。思考機械刺激調(diào)控細胞組織分化,團隊又提出了一套骨組織生長算法,描述宏觀刺激調(diào)控微觀粒子生長的骨折二次愈合機理,并形成了完整的力學調(diào)控模型,實現(xiàn)對患者術(shù)后骨折愈合的個性化分析。“這實際上算是依據(jù)骨愈合機理,經(jīng)過對骨折部位定期施加外力刺激來促進骨頭的愈合過程,這能夠縮短患者的康復周期?!辟R志遠解釋,這樣一來,便能利用機器人技術(shù)貫通骨折復位手術(shù)、術(shù)后固定和康復鍛煉的全過程,實現(xiàn)骨折復位與康復的一體化。

除此之外,研究還形成了一套面向骨折手術(shù)與術(shù)后康復全周期的信息采集監(jiān)測與評價系統(tǒng)。該系統(tǒng)可實現(xiàn)骨折治療不同時期的運動/力信息采集,并依靠斷骨位移和成角畸形參數(shù)、靜態(tài)負重比、動態(tài)負重比和踝關(guān)節(jié)活動度等指標進行手術(shù)與康復的量化評價,輔助醫(yī)師規(guī)劃患者的康復治療方案。

目前,團隊正在與中國人民解放軍總醫(yī)院第一醫(yī)學中心、天津大學天津醫(yī)院、北京通和立泰生物科技有限公司合作開展動物實驗和臨床試驗。

第四屆中國研究生機器人創(chuàng)新設(shè)計大賽由教育部學位治理與研究生教育司指導,中國學位與研究生教育學會、中國科協(xié)青少年科技中心主辦。以“人機共生,賦能以后”為主題。本屆大賽共有來自174所高校和科研院所的884支隊伍參賽,其中一等獎15項。

來源:中國科技網(wǎng)