生体力学を考慮した可撓性椎弓根スクリュー用の操縦可能ドリルロボットの設計
Towards Biomechanics-Aware Design of a Steerable Drilling Robot for Spinal Fixation Procedures with Flexible Pedicle Screws
骨粗鬆症患者の脊椎固定手術の失敗率低減に向け、患者個別の有限要素生体力学モデルから最適なドリル軌道を算出し、その軌道を再現できる同心管式操縦可能ドリルロボットを設計・評価した。
著者: Susheela Sharma, Yuewan Sun, Sarah Go, Jordan P. Amadio, Mohsen Khadem, Amir Hossein Eskandari, Farshid Alambeigi
分類: cs.RO
原文アブストラクト
Towards reducing the failure rate of spinal fixation surgical procedures in osteoporotic patients, we propose a unique biomechanically-aware framework for the design of a novel concentric tube steerable drilling robot (CT-SDR). The proposed framework leverages a patient-specific finite element (FE) biomechanics model developed based on Quantitative Computed Tomography (QCT) scans of the patient's vertebra to calculate a biomechanically-optimal and feasible drilling and implantation trajectory. The FE output is then used as a design requirement for the design and evaluation of the CT-SDR. Providing a balance between the necessary flexibility to create curved optimal trajectories obtained by the FE module with the required strength to not buckle during drilling through a hard simulated bone material, we showed that the CT-SDR can reliably recreate this drilling trajectory with errors between 1.7-2.2%
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