基于医学影像导引的四肢骨折精准复位固定技术基础研究
批准号:
52075301
项目类别:
面上项目
资助金额:
58.0 万元
负责人:
张勤河
依托单位:
学科分类:
加工制造
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
张勤河
中文摘要
针对四肢骨折临床治疗存在的复位精度低,稳定性差难题,结合传统骨折复位固定理论与机械自动化技术,提出“基于医学影像导引的四肢骨折精准复位固定技术基础研究”。研究不确定状态下骨折影像全景建模、位姿优化和目标实时追踪关键技术原理,实现基于医学影像导引的实体追踪;研究基于螺纹针穿刺的骨折术前夹持及术后固定的精确定位机理,包括本构模型构建、螺纹针针头几何形状对定位影响、螺纹针与骨骼结合面的生/机结合机制与力能交互作用规律等,实现骨折远近端术中准确夹持及术后精确定位;研究四肢骨折精准复位轨迹路径规划及机械臂应用系统集成,构建面向四肢骨折精准复位及固定手术系统平台;研究四肢骨折精准复位系统应用生物力学性能测试与效果评估,形成四肢骨折精准复位及固定一体化系统的安全性、有效性检测规范与评估方法。本项目研制成功将提高我国四肢骨折精准复位及固定手术自动化、精准化水平,技术经济和社会效益显著。
英文摘要
Aiming at the problems of low reduction accuracy and poor stability in the clinical treatment of arms and legs fracture, combined with traditional theory of fracture reduction and fixation and mechanical automation, "Basic research on accurate reduction and fixation of arms and legs fracture based on medical imaging guidance" is proposed. The key technical principles of panoramic modeling, pose optimization and target real-time tracking of fracture images in uncertain state is studied, and solid tracking based on medical image guidance is realized. The mechanism of pre-operation clamping and post-operation fixation of fracture based on thread needle puncture is studied, including the construction of constitutive model, the influence of thread needle geometry on positioning, the interaction of raw / machine binding mechanism and force energy action between thread needle and bone binding surface, etc., and the accurate fixation and accurate positioning of the near and far end of the fracture bones are achieved. The trajectory and path planning for accurate reduction of arms/legs fractures and the integration of robotic arm application system are studied, and the construction of the surgical system for accurate reduction and fixation of arms/legs fractures is completed. The biomechanical performance application test and effect evaluation in the precision reduction system of arms/legs fracture is studied, the safety and effectiveness test standard and evaluation method of the integrated system for accurate reduction and fixation of arms/legs fracture is formed. The successful development of this project will improve the automation and precision level of arms/legs fracture reduction and fixation in China, and the technical, economic and social benefits are remarkable.
针对四肢骨折临床治疗存在的复位精度低,稳定性差难题,结合传统骨折复位固定理论与机械自动化技术,提出基于医学影像导引的四肢骨折精准复位固定技术基础研究。研究了不确定状态下骨折影像全景建模、位姿优化和目标实时追踪关键技术原理,提出了一种基于形态学的骨块分割算法和八目光学定位导航方案,实现了基于医学影像分割、导引和实体追踪;研究了基于螺纹针穿刺的骨折术前夹持及术后固定的精确定位机理,包括本构模型构建、螺纹针结构和固定方式对定位影响、螺纹针与骨骼结合面的生/机结合机制与力能交互作用规律等,实现了骨折远近端术中准确夹持及术后精确定位;研究了四肢骨折精准复位轨迹路径规划及机械臂应用系统集成,以C++为基础利用Visual Studio软件作为平台搭配QT软件构建骨折复位手术导航软件平台,根据骨折部位的具体情况,自动规划出最佳的复位路径和复位手法,实现了面向四肢骨折精准复位及固定手术系统的构建;研究了四肢骨折精准复位系统应用生物力学性能测试与效果评估,利用研究的手术机器人系统对羊胫骨骨折进行复位试验,通过安装在串联机器人和并联机器人末端的力学传感器对断骨复位过程中的生物力学信息进行提取,并对骨折复位效果进行在线评估,形成了四肢骨折精准复位及固定一体化系统的安全性、有效性检测规范与评估方法。项目构建了骨折复位手术效果评价理论体系,设计了骨折复位手术机器人本体及导航系统,搭建了骨折复位手术机器人控制系统,并通过实验证明了该手术系统可以极大地提高骨折复位手术精度和手术效率,对于手术机器人技术发展具有重要参考价值。项目实施过程中共发表SCI论文8篇,发表中文核心期刊论文1篇,授权发明专利5项,授权实用新型专利1项,培养博士研究生2人,硕士研究生5人。本项目研究成果将提高我国四肢骨折复位及固定手术自动化、精准化水平,技术经济和社会效益显著。
微细电火花加工技术中的精度控制理论及方法
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批准号:51775316
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项目类别:面上项目
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资助金额:63.0万元
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批准年份:2017
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负责人:张勤河
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依托单位:
微细电火花加工中的尺度效应研究
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批准号:51375274
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项目类别:面上项目
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资助金额:85.0万元
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批准年份:2013
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负责人:张勤河
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依托单位:
混粉准干式电火花加工技术研究
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批准号:51075239
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项目类别:面上项目
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资助金额:42.0万元
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批准年份:2010
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负责人:张勤河
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依托单位:
压电自激脉冲式微细电火花加工技术研究
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批准号:50775128
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项目类别:面上项目
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资助金额:32.0万元
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批准年份:2007
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负责人:张勤河
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依托单位:
超声振动辅助气中放电加工技术研究
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批准号:50575128
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项目类别:面上项目
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资助金额:26.0万元
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批准年份:2005
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负责人:张勤河
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依托单位:
基于气体介质的超声振动辅助电火花加工技术及机理研究
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批准号:50305018
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项目类别:青年科学基金项目
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资助金额:8.0万元
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批准年份:2003
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负责人:张勤河
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依托单位:
国内基金
海外基金