国家自然基金-青年科学基金项目：面向脊柱手术机器人术中交互的环境感知与融合定位方法研究

当前术中定位、控制和交互是手术机器人的主要技术壁垒，导致优质高效的机器人辅助脊柱手术很难实现，脊柱手术机器人的研究面临的共性问题包括：（一）增强机器人的定位精确性：术中误触或患者椎间位移易产生脊柱靶标零位偏差，需要重复术中标定及X光校验，导致术中辐射增加、进程拖滞。如何充分利用非接触光学感知技术，高质量感知与融合术前、术中多源样态变化实现机器人术中精确定位，降低术中辐射；（二）提高机器人的控制稳定性：为了适应术区的非结构化环境，机器人规划与控制需要综合分析术者、患者以及医疗器械实时的空间信息，基于脊柱节段的实时位姿动态调整规划与控制策略；（三）优化机器人交互的友好性：高效人机交互是机器人辅助实现高质量脊柱手术的关键，如何利用有限术野实现术者与机器人术中的高效便捷交互是至关重要的。

本项目结合前期手术机器人在目标定位、规划控制和动态交互等研究基础上，围绕目前脊柱手术在临床应用面临的共性问题，提出了面向脊柱手术的机器人定位、控制与交互机制研究，提高机器人辅助脊柱手术的精度和质量，增强脊柱手术机器人精确性、稳定性和友好性等综合性能，如图1所示。

研究内容围绕高时空分辨率术中环境感知、多模态脊柱影像精准融合定位、高精度机器人规划与伺服控制和高效术中信息人机交互等而展开。

图1 面向脊柱手术的机器人的术中定位、控制与交互机制