骨盆快速复位系统的设计与实现

作     者：杨皓翔 

作者单位：电子科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：杨平

授予年度：2021年

学科分类：0831[工学-生物医学工程（可授工学、理学、医学学位）] 08[工学] 080202[工学-机械电子工程] 0802[工学-机械工程] 

主      题：不稳定骨盆骨折 骨盆复位 骨盆复位机器人 机器人辅助 

摘      要：随着机器人技术的不断发展,手术机器人已经成为了热门的研究领域,大多用于外科领域,但涉及骨盆骨折的手术机器人以导航定位功能为主,在进行使用机器人进行骨盆复位方面尚处于研究阶段。不稳定骨盆骨折是世界上最为危险的骨折之一,骨盆骨折通常还伴随着其他更为危险的身体损伤,为了挽救生命通常不能在第一时间对骨盆予以校正,错过对骨盆的最佳救治时间。并且为了达到满意的效果,医生在进行骨盆复位时在术中不断使用X射线进行检查以对复位进行修正,医生受到大量的辐射伤害,克服患者肌肉阻力的手术动作也十分耗费体力,这样骨盆的机器人复位装置的研究就显得尤为必要。本课题来源于电子科大与四川大学华西医院的合作项目,着重研究涉及针对Tile分型中C1型骨盆骨折的复位装置,本文的主要工作有:(1)阐述了骨盆骨折治疗方式的发展历程,以及国内外手术机器人的研究现状。再对骨盆的解剖结构进行阐述,并介绍了骨盆骨折的分型,明确了C1型骨盆骨折的特征。并阐述了临床医生的手术大体方式与影像学知识,利用已经通过mimics软件对临床患者的CT图像建立的骨盆三维实体,对骨盆骨折的典型运动旋转移位进行估算。(2)对骨盆复位系统进行了方案设计,对采用并联机构或是串联机构方案进行分析,对已经有用于研究的一款使用并联机构进行骨盆骨折复位的样机进行了运动学建模和针对骨盆特定旋转方式的逆解,阐述了本文使用串联机械臂的理由。在移位角度估算的需求分析参数要求下对串联机器人进行了调研分析,选取了合适的一款串联机械臂并对其进行了运动学建模。(3)对比了自设计三平动三旋转关节的六自由度复位装置与全旋转关节六自由度机械臂这两种方案各自的优劣,针对所选串联机械臂提出了两种连接骨盆复位螺钉与机械臂末端的思路,对其进行了机械结构设计,证明了其可行性。并提出了控制系统的设计方案。