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科技日報記者 陳曦 通訊員 賈晨航?劉曉艷
隨著經濟社會發展、人口老齡化加劇、交通運輸規模膨脹等多種因素的交叉影響，創傷性骨折疾病頻繁發生，日趨成為影響人類生命和健康的突出問題。來自天津大學MRS實驗室的骨科醫療機器人團隊目前研發設計的“下肢骨折復位與康復一體化機器人”可以實現對骨折患者的個性化精準復位與量化康復。該項目不久前在第四屆中國研究生機器人創新設計大賽中獲國家一等獎，團隊共有五名參賽隊員，孫濤教授、連賓賓副教授為指導教師。
傳統骨折手術受制于醫師經驗和術中設備，存在手術風險高、創傷大、復雜術式難普及等不足，易發生復位不精準、二次感染等風險。自20世紀90年代中期，機器人技術開始被引入骨科領域，在臨床上輔助醫生進行精準控制、微創操作，在提高手術精度、降低手術傷害、減輕醫師勞動強度等方面優勢明顯。
但在臨床上，目前下肢骨折復位與康復臨床存在著復位精度差、力/位反饋缺失、復位/康復脫節、康復盲目化和康復周期長等問題。針對這些問題，該團隊提出利用機器人技術實現骨折精準復位和術后量化康復的一體化理念。圍繞該課題，他們研制出了世界首款重量小于2kg的可穿戴式骨折手術與康復一體化機器人，并形成了與之配套的骨折復位軌跡規劃軟件。該套系統可以實現1.1mm和1.2°以內復位精度，有效提高骨折復位的效果。
該獲獎團隊隊長、天津大學博士生賀志遠介紹，團隊研發的這款一體化機器人，可通過力采集系統獲取機器人末端的受力，采用基于關節空間的導納控制器，實現機器人對骨折主被動康復的柔順安全控制。考慮機械刺激調控細胞組織分化，團隊又提出了一套骨組織生長算法，描述宏觀刺激調控微觀粒子生長的骨折二次愈合機理，并形成了完整的力學調控模型，實現對患者術后骨折愈合的個性化分析。“這實際上就是依據骨愈合機理，通過對骨折部位定期施加外力刺激來促進骨頭的愈合過程，這可以縮短患者的康復周期。”賀志遠解釋，如此一來，便能利用機器人技術貫穿骨折復位手術、術后固定和康復鍛煉的全過程，實現骨折復位與康復的一體化。
除此之外，研究還形成了一套面向骨折手術與術后康復全周期的信息采集監測與評價系統。該系統可實現骨折治療不同階段的運動/力信息采集，并依靠斷骨位移和成角畸形參數、靜態負重比、動態負重比和踝關節活動度等指標進行手術與康復的量化評價，輔助醫師規劃患者的康復治療方案。
目前，團隊正在與中國人民解放軍總醫院第一醫學中心、天津大學天津醫院、北京通和立泰生物科技有限公司合作開展動物實驗和臨床試驗。
第四屆中國研究生機器人創新設計大賽由教育部學位管理與研究生教育司指導，中國學位與研究生教育學會、中國科協青少年科技中心主辦。以“人機共生，賦能未來”為主題。本屆大賽共有來自174所高校和科研院所的884支隊伍參賽，其中一等獎15項。
