脊柱手术机器人的柔顺控制及骨削手术规划的开题报告

脊柱手术机器人的柔顺控制及骨削手术规划的开题报告一、研究背景随着老龄化社会的不断发展，脊柱疾病成为日益突出的医学难题。传统手术方式需要手术医师长时间集中操作，手术难度大，创伤大，恢复周期长。机器人技术具有高精度、高效率、降低手术风险、缩短手术时间等优点，能够为脊柱手术带来很大的改善和突破。目前，国内外已有多台脊柱手术机器人投入使用，如麻省理工学院的SurgiScope、美敦力的Mazor、Medtronic的MazorX等。这些机器人通过实时影像传输、定位等技术，实现了较高的精度和安全性。但是在柔顺控制和骨削手术规划方面仍存在一定的技术难题，需要针对这些问题进行进一步的研究和探索。二、研究内容1.柔顺控制方面：尝试通过控制机械臂自身的刚度、采用柔顺机构、引入智能控制算法等方式，实现对机械臂运动轨迹的柔顺控制，提高机器人的操作精度和安全性。2.骨削手术规划方面：开展对脊柱手术医生的访谈和观察，分析医生手术规划的过程和方法，并在此基础上设计机器人辅助手术规划系统，使机器人能够根据手术区域的具体情况进行规划和优化。三、研究方法1.柔顺控制方面：采用仿真模拟、实验测试等方法，对柔顺控制算法进行验证和优化。其中，载荷匹配、反馈控制等技术将被优先探索和使用。2.骨削手术规划方面：采用系统工程学和人机交互设计等方法，对手术规划系统进行分析和设计。运用多学科综合思维导出关键模块，并推动模块间协同工作，最后将这些模块编成一个程序并测试其效果。四、研究意义本研究将突破当前脊柱手术机器人技术发展面临的柔性控制和规划难题，从而显著提高机器人的操作精度和安全性。此外，机器人辅助骨削手术规划系统的研究将增强脊柱手术的精准性和个性化，提高患者治愈率和生活质量。五、进度安排第一学期：1.深入了解脊柱手术机器人相关技术，阅读相关文献和论文，掌握国内外研究动态。2.完成柔顺控制方面的仿真模拟和实验测试。第二学期：1.优化柔顺控制算法。2.设计骨削手术规划系统的关键模块，进行系统分析和设计。第三学期：1.编程实现骨削手术规划系统并进行测试和优化。2.进行柔顺控制和骨削手术规划的综合实验测试。第四学期：1.分析实验数据，撰写研究报告和论文，提交毕设作品。2.参与国内外学术会议和专家评审，获取反馈和改进指导。六、参考文献1.Zhangetal.(2018).Developmentofarobotic-assistedspinalsurgerysystemanditsinitialapplicationsininterlaminardecompression.InternationalJournalofComputerAssistedRadiologyandSurgery,13(10),1653-1667.2.Lietal.(2019).Developmentandapplicationofacompactcable-drivenrobotforspinesurgery.TheInternationalJournalofMedicalRoboticsandComputerAssistedSurgery,15(1),e1959.3.Choetal.(2018).Virtualrealitysimulationforroboticspinesurgery:areview.JournalofRobotSurgery,12(2),209-213.4.Shietal.(2017).Anovelrobot-assistedspinesurgerysystem:feasibility,accuracy,and