仪器仪表学报

作者：夏光明，王 瑞，张建勋，雪 原，代 煜

单位：夏光明,1. 南开大学机器人与信息自动化研究所,,王 瑞,2. 天津医科大学总医院骨科,,张建勋,1. 南开大学机器人与信息自动化研究所,,雪 原,2. 天津医科大学总医院骨科,,代 煜,1. 南开大学机器人与信息自动化研究所,

关键词：骨铣削;铣削温度;全因子实验设计;神经网络;数据建模

基金：国家自然科学基金 (61773223, U1913207)项目资助

本文旨在建立脊柱椎板的铣削温度模型,该模型主要考虑了骨密度和铣削参数(切骨深度和铣削进给速度)对铣削温度的影响。首先,在对椎板的逐层切骨过程的分析基础上,采用全因子实验设计法构建了不同铣削参数的切骨实验,并对不同密度松质骨的发射率进行了标定。然后,使用机器人和骨外科球形铣刀,在多种不同密度的人工松质骨材料上,按照不同的切骨深度和进给速度逐层切骨,来收集建立和验证模型所需的温度数据。使用热成像仪测量了机器人逐层切骨过程中的两种铣削温度:铣刀温度和骨表面温度。最后,分析了骨密度和铣削参数对这两种铣削温度的影响,并利用实验数据和神经网络建立了椎板松质骨的铣削温度预测模型。实验结果表明,模型估算温度值和切骨实验测量值的总拟合优度达到0.97。所建模型可帮助外科医生或机器人在逐层铣削脊柱椎板时选择合适的铣削参数,提高椎板切除手术的安全性。

来源：2021年第7期

《仪器仪表学报》期刊编辑部

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