整形外科手术主要的治疗对象是各种先、后天因素造成的颅面骨及相应软组织的严重畸形。由于颅颌面部解剖结构复杂,生命感觉器官密布,多数情况下颅颌面手术视野有限,重要神经血管的结构位于骨组织内,或位于后方;同时必须做到容貌和功能兼顾。且整形外科是一门侧重于应用方法学手段解决形态学问题的专业学科,目前仍停留在传统的手工测量、目测估计和拓制模型式手术设计方法上,手术方案受医生个人经验、习惯等主观思维因素影响甚大,不仅效果难以预见,且具有较大的随意性与盲目性,还容易引起医疗纠纷。随着中国整形患者数量的不断增强和整形要求的不断提高,提高整形外科手术精确性和安全性成为整形外科迫切需要解决的问题之一。
研究基于增强现实的颅颌面整形手术辅助机器人系统,将提高整形外科手术精确性和安全性,提高手术医疗水平。随着我国经济水平的提高,除了先天畸形和创伤的整形需要,美容整形的需求也在在增加,基于增强现实的颅颌面整形手术辅助机器人系统有广阔的市场需求,自主研发的机器人辅助手术系统可以打破国外的垄断,降低医疗费用。
针对颅颌面整形手术中的解剖结构精细复杂、术野不易暴露、近于盲视等手术问题,搭建了基于咬合板标志物的AR导航系统,中心谢叻团队重点提出了一种Lip ICP匹配算法模型,并优化算法模型的灰度值函数及收敛阈值,通过与其他ICP算法进行仿真实验的比较分析,验证该模型的高匹配精度。
针对整形手术的结果依赖于医生的临床手术经验及技能,手术中医生因手颤而引起误操作,术中不能及时避开重要的血管神经等问题。自主设计了两款颅颌面整形手术机器人,结合导航系统对狗的下颌骨进行钻孔及截骨实验。提出了机器人的力反馈控制策略,设计了力反馈控制算法,并设计了基于力反馈的多层次安全监测模型,进行了人的下颌骨的临床应用表明:机器人系统运动平稳、定位精确,实现了自动、安全地钻孔及截骨操作;术中能实时监督钻孔的力反馈,增强了手术的安全性。