Dual-robot Surgical System for Collaborative Maxillofacial Osteotomy

作者：LUO Xuejin, ZHANG Runshi, DENG Yingyan, MO Hao, ZHU Jiayu, LIU Xinyu, HE Yang, WANG Junchen · 发表于：Journal of Mechanical Engineering · 年份：2025 · DOI：10.3901/jme.2025.03.212 · 被引用次数：1 · 研究领域：Soft Robotics and Applications、Dental Implant Techniques and Outcomes、Temporomandibular Joint Disorders

摘要： 颅颌面解剖结构复杂以及微创入路视野狭窄导致手术难度高、需要多名医助配合、手术结果过于依赖医生经验等问题。颅颌面手术机器人结合智能影像建模分析技术与精准导航技术可以有效降低术者体力负担，提高手术精准性和效率。为了提高颅颌面手术机器人的操作效率，提出一种高实时性的双臂协同颅颌面截骨手术机器人系统。采用深度卷积自监督预训练学习网络实现了人体颅颌面部多组织自动分割和三维重建，并在重建的三维模型上实现了截骨路径的自动规划；采用鲁棒点云配准算法进行空间配准，通过光学跟踪定位和空间配准将规划轨迹从图像空间映射到机器人任务空间；基于EtherCAT总线技术实现了1 kHz的高实时性控制框架，并提出一种结合导纳控制算法与视觉伺服跟踪算法的混合截骨控制方法。开展了机器人截骨模型实验，实验结果表明了该系统具有良好的人机柔顺交互能力，下颌骨分割Dice系数为94.95%，截骨误差为1.68±0.26 mm，验证了系统的有效性。