机器人辅助超声磨钻牛脊柱椎体骨磨削参数研究

摘要：

目的:研究超声磨钻参数设置对牛椎体磨削部位最高温度和穿透时间的影响，确定最佳参数，实现脊柱手术中基于机器人辅助的高效安全的超声磨钻磨削。方法:将5头成年牛胸腰椎标本（T
10-L
6）用切割机切成10 mm厚切片，共获得50个切片，其中30个切片用于松质骨实验，20个切片用于皮质骨实验。松质骨实验中，将切片随机分为3组，每组10个切片，对应不同的进给速率（0.8、1.6和2.4 mm/s）。在切片的松质骨部位用不同的输出功率进行9次磨削，输出功率从20%（48 W）增加到100%（120 W）。皮质骨实验中，将切片随机分为2组，每组对应不同的进给速率（0.8 mm/s和1.6 mm/s）。在切片皮质骨部位进行4次磨削，分别对应输出功率从70%（84 W）增加到100%（120 W）。实验在室温25 ℃下进行，用红外热像仪记录磨削部位的最高温度，并记录穿透时间。比较松质骨及皮质骨在不同输出功率和不同进给速率下磨削最高温度及穿透时间的变化情况。
结果:相同进给速率时松质骨磨削部位的最高温度随着输出功率的增加而降低，输出功率120 W时最高温度同24 W时差异有统计学意义（61.2 ℃±9.4 ℃比70.9 ℃±5.7 ℃、59.2 ℃±7.1 ℃比69.5 ℃±10.7 ℃、55.5 ℃±5.5 ℃比69.2 ℃±9.3 ℃，均
P<0.05）。在相同输出功率下，不同进给速率的最高温度差异均无统计学意义（均
P>0.05）。皮质骨在0.8 mm/s进给速率下，最高温度随输出功率增加而降低，输出功率120 W时最高温度显著低于84 W时（
P=0.048）；但在1.6 mm/s进给速率下，增加输出功率不能显著降低最高温度（
P>0.05）。在相同输出功率情况下，进给速率1.6 mm/s时的最高温度比0.8 mm/s时均显显降低（均
P<0.05）。松质骨磨削穿透时间不随输出功率增加而显著缩短（均
P>0.05），但随进给速率增加而减少（均
P<0.05）。皮质骨在0.8 mm/s进给速率下，输出功率增加不能使穿透时间缩短（
P>0.05）；1.6 mm/s进给速率下，输出功率120 W时穿透时间最短，显著低于96 W时（
P=0.008）。在相同输出功率下，进给速率1.6 mm/s时的穿透时间比0.8 mm/s时缩短（均
P<0.05）。无论松质骨还是皮质骨，在相同输出功率下，不同进给速率的穿透失败率差异均无统计学意义（均
P>0.05）。松质骨在输出功率48 W及以上时，皮质骨在输出功率108 W和120 W时，穿透失败率均为0。
结论:磨削最高温度椎体松质骨受输出功率影响，皮质骨受进给速率影响；穿透时间松质骨受进给速率影响，皮质骨同时受进给速率和输出功率影响。松质骨最佳磨削参数为输出功率120 W，进给速率2.4 mm/s；皮质骨为输出功率120 W，进给速率1.6 mm/s。

关键词：脊柱、机器人、超声磨钻、最高温度、穿透时间

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资助基金：北京市自然科学基金-海淀原始创新联合基金L192048;北京市优秀人才培养资助项目2017000021469G226;Beijing Natural Science FoundationL192048;Beijing Talents Fund2017000021469G226

在线出版日期：2023-05-30（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共8页

页码：370-377