ロボットによる皮質骨処理における掘削性能に対するツールセンターポイントの角度の影響

科学分野:

• 手術 に 関する ロボット
• バイオメカニカルエンジニアリング
• 整形 術

背景:

• 皮質骨のドリリングは 整形外科の手術において 重要な役割を果たし 螺旋の固定と手術の結果に影響を及ぼします
• ロボットアシストドリリング (RAD) は精度を高めることができますが,ツール方向性などのパラメータの最適化が必要です.
• ロボットシステムの動的振る舞いを理解することは 精度向上と合併症の軽減に不可欠です

研究 の 目的:

• 工具の中央点 (TCP) の角度が,皮質骨の掘削精度と精度に与える影響を調査する.
• 骨のドリリング中に異なるロボット構成に関連したダイナミックな特徴と振動を分析する.
• 掘削性能メトリックと穴の品質に対するTCP角度最適化の効果を評価する.

主な方法:

• 六軸ロボットを活用して,様々なツールセンターポイント (TCP) の角度と,皮質骨の掘削のためのロボットの姿勢を実装した.
• 異なる構成の自然周波数とダッピング比率を決定する実験的モダル分析を行った.
• 掘削振動を定量化するためにスピンドルの位移を測定し,皮質骨の標本で掘削実験を行った.

主要な成果:

• 掘削振動を大幅に減らす特定のTCP角度構成を特定しました.
• 平均して 20.77% のドリリングトルクと 7.42% のデラミネーション・ファクター (DF) を達成した.
• TCPの角度選択,振動の減少,および穴の質の改善の間の相関を示した.

結論:

• ツールセンターポイント (TCP) の角度の選択は,ロボット支援の皮質骨手術における掘削性能と穴の質に影響を与える重要な要因です.
• ロボットアシストドリリング (RAD) での最適化されたTCP角度制御は,トルクの減少,デラミネーションの最小化,および潜在的により強いスクルーボーン固定につながる可能性があります.
• 発見は,整形手術におけるロボットシステムの有効性と安全性を高めるために,角度パラメータを考慮することの重要性を強調しています.