用于提升颅底手术情境感知的触觉辅助协作机器人框架

颅底手术是一项极具挑战性的领域，外科医生需在颅骨内部及周边进行操作，同时避开包括神经和血管在内的关键解剖结构。尽管图像引导手术导航是现行标准，但仍存在局限性，需要个性化规划并认识到熟练外科医生不可替代的作用。本文提出了一种专为颅底手术辅助钻孔设计的协作控制机器人系统。我们的核心假设是，该协作系统通过增强触觉辅助模式以实施虚拟 fixture，具有显著提升手术安全性、简化效率并减轻外科医生体力负担的潜力。本文描述了为实现这些基于触觉辅助模式的虚拟 fixture 所需的复杂系统开发工作。为验证系统的性能与有效性，我们进行了一项初步可行性实验，参与者包括一名医学生和两名经验丰富的外科医生。实验聚焦于在皮质乳突切除术后的关键结构周围进行钻孔，使用了牙科石膏体模和尸体模型。实验结果表明，与缺乏触觉辅助的系统相比，我们提出的触觉反馈机制提升了在关键结构周围钻孔的安全性。借助我们的系统，即使在手术视野受阻的情况下，外科医生也能安全地对关键结构进行骨骼化操作，而不会破坏任何关键结构。