【《骨盆骨折复位模拟系统发展现状文献综述》2800字】

骨盆骨折复位模拟系统发展现状文献综述1.1骨折复位机器人CPHS系统将人的主观能动性因素考虑在内的信息物理融合系统(Cyber-PhysicalandHumanSystems,CPHS)是一个人、机、物以及环境共融的系统模型(图1-2)，连接起了物理系统与信息系统，充分考虑了人的情感、动作、思维等状态在整个系统中的作用，将面临的多信息，多维度，干扰不确定等因素融入了系统中，使系统有了感知分析能力[7]。以信息物理融合思想构建的手术机器人系统，能够感知患者病情，感知环境，具有分析判断能力，控制执行能力及医学伦理道德，更加智能化帮助医生为患者服务，极大地减少医生因经验及思想情感等因素造成对病情的误判。CPHS将信息系统和物理系统融合在了一起，将医学库和实际病历数据进行结合，进行虚实交互，模拟复位，随着病例的增加，CPHS系统的知识感知库更加完善，辅助医生判断病情会更加精确。图1-2CPHS系统构成CPHS骨折模拟复位机器人的复位过程提供预先的骨折模拟复位(图1-3)，根据骨折三维模型中所确定的测量值，预先在交互界面上对骨折部位进行模拟复位，根据骨折的不同情形选择不同的复位步骤进行复位效果的观察，最终确定一套行之有效的复位方案和手术步骤，最后将规划的手术执行命令发送给机器人进行执行(图1-4)。在执行的过程中模型和实体实时映射，能够时刻反映当前机器人执行复位的情况，在可控可观保证安全的条件下进行复位操作[7]。图1-3骨折复位拟矫正图1-4机器人复位流程应用CPHS系统进行骨折复位模拟，帮助医生解决很多的问题，可以帮助医生分析规划手术路径，但该系统实验的骨折对象没有涉及到骨盆的骨折，对于人体四肢的骨折，该复位模拟系统能起到很大的作用，但是对于复杂的骨盆骨折，其效果可能并不尽如人意。该系统对于骨折的模拟复位过程，主要针对的是位置模拟，并且多为平面内位置的模拟，但是骨盆位置深，结构复杂，周围软组织及韧带血管丰富，并且盆腔内还有人体的重要脏器，手术过程又有很大的不可见性，手术难度也很大。该系统中根据骨折三维模型中确定的测量值，预先在交互界面进行模拟复位这种方法无法考虑到骨盆周边复杂的软组织及韧带血管。仅对骨盆骨折位置进行位置的模拟，并不能完成整体的复位过程，因为骨盆周围存在的大量肌肉韧带及软组织对骨盆起到很大的牵引作用，在骨盆的复位模拟中，必然要涉及肌肉韧带及软组织对骨盆的牵引力。因为该模拟系统只进行了骨折复位的位置模拟，并没有进行肌肉韧带及软组织对骨盆牵引力的模拟，所以，该模拟系统对于普通骨折复位模拟可以起到非常好的作用，但对于骨盆的骨折复位还存在一些问题需要解决。本课题目的是为医生提供实物复位模拟，虽然该系统是应用虚拟软件进行复位模拟后交由机器人进行复位操作，但该系统也为本课题提供了一个很好地研究方向，后期可根据该系统的思路完善本课题所设计的骨盆骨折复位模拟系统。1.2辅助骨盆骨折复位的弹性牵引装置该装置提出一种新的理论——弹性牵引理论，即通过下肢弹性牵引装置平衡骨盆周围主要肌肉的阻力[1]，为了提升医生在手术操作中的灵活性，因此利用弹性牵引装置中弹性体在被牵引时产生的弹性形变来满足灵活性的要求，用这种方法来解决现有机器人无法同时满足大负载和灵活性的要求。并且进行了反复的实验来模拟复位过程中肌肉的约束力，以此来探究骨盆骨折复位中，弹簧牵引对骨盆骨折复位操作的影响以及对操作灵活度的影响。同时为骨盆骨折复位机器人的研究设计提供了良好的实验依据。该研究中对含肌肉骨盆骨折的情况进行了模拟，研究表明生物体软组织具有黏弹性或超弹性，但对于骨盆周围复杂的肌肉系统，多数研究者将肌肉假设为弹性体进行分析。该模拟中用不同弹性参数的弹簧来模拟骨盆附近的主要肌肉约束力并将其连接在骨盆的相应位点上，同时完成对骨盆周围肌肉位置的模拟，以完成骨盆骨折的模拟真实性(图1-5、1-6)。图中(1-5、1-6)将模型骨盆患侧的骶髂关节分离，模拟临床中常见的骶髂关节脱位的骨折情况。当发生骨盆骨折时，患者的骨盆因为弹簧弹力作用下，发生了较为明显的向上位移及开书式旋转，这与临床中的骨折情况基本一致。由此可知，本课题骨盆骨折复位模拟系统中，对模拟肌肉韧带及软组织的方法可以参考该模拟复位实验平台中的不同弹性参数的弹簧，以此来模拟出肌肉韧带及软组织的状态，且上述实验平台模拟的结果与临床中常见的情况基本一致。该模拟实验平台虽然可以将肌肉对骨盆的牵引力大小及牵引方向进行模拟，但是因为用的是不同弹性参数的弹簧，弹性参数都是固定不变的，因此，无法对不同骨盆骨折状态及不同性别、年龄、人种进行模拟。不同骨盆骨折状态下，肌肉韧带及软组织的状态是不同的，并且不同的年龄、性别、人种的肌肉状态也是不一样的，如果采用弹性参数固定的弹簧，无法对不同情况下的骨盆骨折进行模拟。而本课题将设计一种通过绳索驱动的可调节的模拟骨盆骨折复位的装置，本课题所设计的模拟复位装置可以根据不同的骨盆骨折状态进行复位的模拟，无需进行装置配件替换即可对不同性别、年龄、人种及不同骨盆骨折状态的复位模拟。图1-5含肌肉骨盆示意图图1-6含肌肉骨盆骨折模拟复位实验平台参考文献许珂,朱罡,王豫,等.辅助骨盆骨折复位的弹性牵引装置实验研究[J].北京生物医学工程,2019,38(2):126-133.王芸.骨盆复位机器人系统研究[D]:[硕士学位论文].北京.北京航空航天大学.2013.彭烨,张立海,唐佩福.严重骨盆骨折的治疗[J].国际骨科学杂志.2018,39(1):5-8.叶龙飞,吴敏,陈笑天等.内置外固定架治疗骨盆前环损伤临床疗效探讨[N].河北北方学院学报.2020,36(12):14-17.彭林,王朝阳,孙军健等.骨盆后环损伤的内固定治疗[J].临床骨科杂志,2013,16(6):643-645.殷振华,韩健.骨盆骨折闭合复位内固定技术的探讨[J].中国医学工程,2020,28(2):33-35.傅卓鑫,孙昊,陈建文,郭悦,陈金.基于信息物理融合的骨折复位机器人系统构建.计算机应用.2020季如宁.基于绳索驱动的骨盆运动控制机器人设计[D]:[硕士学位论文].苏州.苏州大学.2018.韩晓光,刘亚军,范明星,田伟.骨科手术机器人技术发展及临床应用[N].科技导报,2017,35(10):19-25.唐经励,刘搏宇,胡居正等.Starr架辅助复位INFIX内固定治疗TileB/C型骨盆骨折临床观察[J].实用骨科杂志,2019,25(3):262-265.张成,李超,韩向东等.骨科手术机器人临床应用综述[J].医疗卫生装备,2021,42（1）：97-101.徐九峰,韩巍,王军强等.骨盆复位机器人试验研究[J].中华骨与关节外科杂志.2015,8(3):242-245.李悦,李辉,李天宇等.骨盆复位架在骨盆骨折闭合复位和微创固定的初步临床应用[J].创伤外科杂志,2021,23(1):5-9.陈华,齐红哲,王彬彬,唐佩福.机器人体外通道螺钉定位系统联合骨盆随意外架辅助复位微创治疗复杂骨盆骨折一例[J].中国修复重建外科杂志,2016,30(7):915-917.杨雷,王洪飞,王中海.经皮骶髂螺钉与骶髂关节前方钢板固定治疗不稳定性骨盆骨折的临床疗效分析[J].海南医学,2012,23(15):45-47.何红英,张建政,王浩,孙天胜.微创技术治疗老年骨盆骨折的研究进展[J].中国骨与关节杂志,2021,10(2):148-151林锋,庄勤武,任帅等.外固定架治疗骨盆骨折的经验[J].中国矫形外科杂志,2020,28(17):1625-1626.ElabjerE,Nikolic＇V,Matejcic＇A,etal．Analysisofmuscleforcesactingonfragmentsinpelvicfractures［J］．CollegiumAntropologicum,2009,33(4):1095－1101．MarcucciL,ＲeggianiC,NataliAN,etal．Fromsinglemusclefibertowholemusclemechanics:afiniteelementmodelofamusclebundlewithfastandslowfibers［J］．BiomechanicsandModelinginMechanobiology,2017,16(6):1833－1843．EadMahaS,

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