【产学研】与红外定位跟踪完美结合的高精度脊柱机器人

医疗器械行业市场每年快速增长，而新医改政策的实施更是促进其市场的飞跃发展，目前我国医疗器械市场已居世界第二位，但高端医疗器械基本都是国外产品。本项目针对脊柱手术的两大关键技术——稳定性重建和减压术进行关键技术突破，研发高精准高感知度的脊柱手术机器人产品，推向市场后具有重大的市场前景，而随着社会老龄化的进展和医疗品质的提高，脊柱手术机器人能带来巨大的经济效益。本文将给大家带来智慧医疗项目——脊柱机器人，曾经获得第十一届深圳高新技术成果交易会“成果转化优秀项目奖”，此项目来自快包近期推出的产学研系列。

脊柱外科手术作为骨科的一个分支，脊柱是脊髓、神经根走行的通道，因其部位的特殊性被认为是高风险外科手术之一。本项目与北京积水潭医院联合开展医疗手术机器人研究工作，以脊柱手术为对象实现关键技术改造与突破，目前已研发出具有安全性高、操作稳定、精度高、重复性好的骨科手术辅助机器人RSSS，在导航系统的引导下，能够实时跟踪手术器械的位置和姿态，辅助医生进行椎弓根螺钉内固定术、椎板切除、椎板减压等手术，提高手术精度和稳定性。目前已成功开发了两代机器人样机。

第二代机器人RSSS II的研发面向手术安全、轻型化、微创化等方向，加强和医院的合作交流，针对多自由度机械臂研发、柔顺的主被动一体化控制、术中介入力感知和实时反馈、精确生物力学建模、多层次的安全过程控制技术及手术规划等研究内容，研发面向临床的自主微创骨科手术辅助机器人系统，结合产、研、用等相关单位，加快微创脊柱手术辅助机器人系统走向临床。

目前第二代脊柱手术机器人已实现了辅助医生更精确稳定的植钉、磨削等操作并取得一系列研究成果。在安全控制方面，基于多信息感知，研究机器人有限自主控制方法，建立了从操作精度到操作灵活型、柔顺性再到操作安全性的机器人逐层安全控制模型；对骨组织物理结构中的骨皮质、骨松质以及两者之间的过渡区域进行研究，建立骨组织物理结构的精细生物力学模型；在介入力感知和反馈方面，创新性地通过力信号和声音信号的融合实现了术中实时反馈，研究达到了国际先进水平。

脊柱手术机器人能够和现有红外跟踪定位设备完美融合，实现术中手术器械的精确实时定位。在脊柱手术机器人方面取得了以下优势技术指标和技术特点。

技术指标：

工作范围：400x200x400mm3；
介入力与力矩精度：0.02N，0.002Nm；
机器人末端承载：3kg；
机器人定位精度：±1mm；
机器人重量：<30kg；

技术特点：

1)多层次的过程安全控制技术；
2)柔顺的随动拖拽控制模式及主被动一体化的控制系统；
3)建立了精细的骨组织生物力学模型；
4)术中介入力感知与实时反馈技术；
5)无缝连接现有现有红外跟踪定位设备。

本项目脊柱手术机器人能够和现有红外定位跟踪设备完美结合起来，能够对手术中病人身上手术靶点和手术机器人操作器械进行实时跟踪与定位，利用术前影像进行手术规划和虚拟操作，可以应用到脊柱外科、腰椎、颈椎和整形外科。脊柱手术机器人能够开展复杂高精度的手术，保证手术可靠性，对提高手术成功率和病人术后康复有极大的帮助，发展拥有知识产权的民族自主手术机器人，打破国外垄断，具有很好的市场前景。

关于快包与“产学研”

产学研即产业、学校、科研机构等相互配合，发挥各自优势，形成强大的研究、开发、生产一体化的先进系统并在运行过程中体现出综合优势。 产学研合作是指企业、科研院所和高等学校之间的合作，通常指以企业为技术需求方，与以科研院所或高等学校为技术供给方之间的合作，其实质是促进技术创新所需各种生产要素的有效组合。

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