CN104644266A - 一种用于测量不同术式颌骨切削力的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于测量不同术式颌骨切削力的方法，包括以下步骤：将万能测力仪安置于手术床的刚性支架的头部，将全麻中的患者头部放置并固定于测力仪上，常规消毒铺巾；利用术前导航规划软件技术完成术前规划，利用机械臂沿术前规划的手术路径在导航的指引下完成手术切削，并同时采集手术切割力数据。本发明通过术前外科医生在患者的颌面部CT数据上进行标准手术路径规划，利用导航和机器人技术实时按照术前规划方案进行截骨，应用精密测力仪定量、客观地测量真实手术中切削力的大小和方向，力学数据赋值入力触觉反馈设备中，实现基于真实手术的触觉反馈模拟，进而达到更逼真的虚拟手术培训效果。

Description

一种用于测量不同术式颌骨切削力的方法

技术领域

本发明涉及医疗设备技术领域，特别涉及一种用于测量不同术式颌骨切削力的方法。

背景技术

基于虚拟现实技术的手术培训系统具有传统手术培训方法不能比拟的优势，越来越成为手术培训研究的热点。视觉、力触觉、听觉等感官的模拟是虚拟现实手术培训成败的关键。真实的沿手术路径的组织切割力测量是虚拟手术力触觉反馈逼真模拟的重要保证。

在虚拟手术培训中，实现逼真的模拟术者手上的组织切割的感觉（触觉反馈）是十分重要的。目前的方法主要包括以下三种：（1）临床医生主观地为切割不同组织的切割力赋值；（2）切割动物皮质骨（牛骨、猪骨、小鼠骨等）或福尔马林浸泡过的尸体骨块，采集切割力；（3）将微型传感器连接到手术器械上，在外科医生手术过程中直接测量出切割力。

方法一不能客观、定量地采集力学数据，不同医生的手感不同，影响“主观指定”切割力数值的因素太多。方法二中，动物或福尔马林浸泡过的人骨与新鲜人骨存在明显差异，另外不同手术经验的医生手术方式与路径不同，因而切割力的大小也不同；运用机械平台采集标准骨块的切割力方法不能直接精确的测量出沿手术路径采集切割力，需要后期力学数据的处理并整合，在计算过程中难免出现误差。方法三中，要求传感器的体型足够小，不影响手术操作，满足医学消毒的要求，以及测量精度足够高，满足以上所有要求的传感器几乎未见报道。

传统的方法存在一些问题，不能真实的、准确的测量出不同术式的真实切割力：（1）测量的是皮质骨的切割力，缺乏真实的不同组织的切割力测量；（2）缺乏沿着真实的手术路径测量出来的切割力；（3）缺乏基于新鲜的人体颌骨组织的切割力，特别是基于术中真实病人的切割力；（4）微型传感器不容易消毒、难于研制、精度往往不高，不易满足手术室管理要求，与手术器械的连接存在困难，可能妨碍术中手术操作。

发明内容

为了解决目前传统方法采集颌骨切削力存在的上述问题，现提供了一种用于测量不同术式颌骨切削力的方法。具体技术方案如下：

将万能测力仪安置于手术床的刚性支架的头部，将全麻中的患者头部放置并固定于测力仪上，常规消毒铺巾；

利用导航机器人技术辅助颅颌面畸形整复手术，采集手术切割力数据。

进一步的，采集手术切割力的步骤包括：

对患者进行颌面部CT平扫，构建颅颌面骨三维可视计算机模型；

通过各种方式（点配准、面配准等），对术前患者颅颌面骨三维可视计算机模型坐标、手术机器人实时坐标（手术器械实时坐标）、术中患者头颅实际坐标、精密测力仪坐标之间进行精确配准，同时模拟颅颌面骨畸形整复并规划手术路径；

在医师完成创面切开、暴露之后，在实时导航的指引下，由机械臂夹持手术器械按照术前外科医生规划好的手术路径完成截骨、固定操作；

沿手术截骨路径直接测量出切割力的大小和方向，得到切割力变化曲线。

与现有技术相比，上述技术方案提供的用于测量不同术式颌骨切削力的方法具有以下优点：通过外科医生进行标准手术路径规划，采用手术导航机器人技术，按照术前规划方案进行截骨，应用精密测力仪，定量、客观地测量真实手术中切削力的大小和方向，力学数据赋值入力触觉反馈设备中，实现基于真实手术的触觉反馈模拟，进而达到更逼真的虚拟手术培训效果。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明实施方式作进一步地详细描述。

本发明实施例提供了一种用于测量不同术式颌骨切削力的方法，首先将Kistler精密测力仪置于手术床的刚性支架的头部，将全麻中的患者头颅放置于测力仪上并固定，常规消毒铺巾。

第二步、机械臂辅助颅颌面畸形整复手术：采用通过导航技术、机械人技术实现精确采集手术切割力。具体步骤如下，（1）术前利用患者的颌面部CT平扫，构建颅颌面骨三维可视计算机模型。（2）通过各种方式（点配准、面配准等），对术前患者颅颌面骨三维可视计算机模型坐标、手术机器人实时坐标（手术器械实时坐标）、术中患者头颅实际坐标、精密测力仪坐标之间进行精确配准，同时模拟颅颌面骨畸形整复并规划手术路径。（3）在医师监控下实现机械臂辅助手术，在医师完成创面切开、暴露之后，在实时导航的指引下，由机械臂夹持手术器械按照术前规划好的手术路径完成截骨、固定等操作，沿手术截骨路径直接测量出切割力的大小和方向，得到切割力变化曲线。

最后，由医师完成创口的缝合等后续操作。

通过Kislter自带的处理软件可以得出切割力变动曲线，整合入力触觉反馈装置后，可以得到更加真实的、有效的、逼真的力触觉反馈。最终得到的虚拟现实手术培训系统更具有逼真感，真正建立起一种经济、安全、高效、系统的虚拟手术培训模式。

本发明为虚拟手术培训系统实现逼真的力触觉反馈功能提供了一种可能的方法。可以在病人身上真实手术的过程中测量出不同手术路径的切削力，具有较强的逼真性具有广阔潜在经济价值和大范围推广应用价值的方法。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种用于测量不同术式颌骨切削力的方法，其特征在于，包括以下步骤，

将万能测力仪安置于手术床的刚性支架的头部，将全麻中的患者头部放置并固定于测力仪上，常规消毒铺巾；

利用术前导航规划软件技术完成术前规划；

在导航的实时引导下，利用机械臂沿术前规划的手术路径完成颌骨切削，并同时采集手术切割力数据。

2.根据权利要求1所述的用于测量不同术式颌骨切削力的方法，其特征在于，采集手术切割力的步骤包括，

对患者进行颌面部CT平扫，构建颅颌面骨三维可视计算机模型；

通过各种方式（点配准、面配准等），对术前患者颅颌面骨三维可视计算机模型坐标、手术机器人实时坐标（手术器械实时坐标）、术中患者头颅实际坐标、精密测力仪坐标之间进行精确配准，同时模拟颅颌面骨畸形整复并规划手术路径；

在医师完成创面切开、暴露之后，在实时导航的指引下，由机械臂夹持手术器械按照术前外科医生规划好的手术路径完成截骨、固定操作；

沿手术截骨路径直接测量出切割力的大小和方向，得到切割力变化曲线。