Design and Experimental Evaluation of a Haptic Robot-Assisted System for Femur Fracture Surgery

要約

大腿骨骨折手術中に遭遇する課題（高率の不正アライメントや術者のX線被爆など）に直面して、ロボット支援手術が従来の最先端の手術方法に代わるものとして台頭してきました。
この論文では、ロボット支援による大腿骨骨折手術用の触覚システムである Robossis の開発について紹介します。
Robossis は、7-DOF 触覚コントローラーと 6-DOF 手術ロボットで構成されます。
片側制御アーキテクチャは、ハプティック コントローラーと Robossis 手術ロボットの間の運動学的不一致と動作伝達に対処するために開発されました。
リアルタイム モーション コントロール パイプラインはモーション転送に対処するように設計されており、実験テストを通じて評価されます。
この分析により、Robossis 手術ロボットは、平均並進誤差 0.32 mm、回転誤差 0.07 度で触覚コントローラーからの望ましい軌道に従うことができることが示されています。
さらに、触覚レンダリング パイプラインは、触覚コントローラー (ユーザーの手) の動きを Robossis 手術ロボットの許容関節制限内に制限することで運動学的不一致を解決するために開発されています。
最後に、死体臨床検査では、Robossis システムが模擬大腿骨骨折手術中に外科医を支援しました。
この結果は、Robossis が外科医に大腿骨骨折手術を行うための直感的なソリューションを提供できることを示しています。

要約(オリジナル)

In the face of challenges encountered during femur fracture surgery, such as the high rates of malalignment and X-ray exposure to operating personnel, robot-assisted surgery has emerged as an alternative to conventional state-of-the-art surgical methods. This paper introduces the development of Robossis, a haptic system for robot-assisted femur fracture surgery. Robossis comprises a 7-DOF haptic controller and a 6-DOF surgical robot. A unilateral control architecture is developed to address the kinematic mismatch and the motion transfer between the haptic controller and the Robossis surgical robot. A real-time motion control pipeline is designed to address the motion transfer and evaluated through experimental testing. The analysis illustrates that the Robossis surgical robot can adhere to the desired trajectory from the haptic controller with an average translational error of 0.32 mm and a rotational error of 0.07 deg. Additionally, a haptic rendering pipeline is developed to resolve the kinematic mismatch by constraining the haptic controller (user hand) movement within the permissible joint limits of the Robossis surgical robot. Lastly, in a cadaveric lab test, the Robossis system assisted surgeons during a mock femur fracture surgery. The result shows that Robossis can provide an intuitive solution for surgeons to perform femur fracture surgery.

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