Page 17 - 《中国医疗器械杂志》2026年第2期

Chinese Journal of Medical Instrumentation 2026年 第50卷 第2期

医 疗 机 器 人

TPU软体气囊与患肢柔性接触，利用压缩空气提供 特性以提供收缩拉力，利用硅胶从形态上模仿肌肉
绕垂直轴和膝关节转动的驱动力矩。 以体现横向压缩特性。硅胶能够在一定程度上反映
至此，牵引机构、小腿、膝关节、骨折远端以 人体肌肉特性，特别是在压缩特性方面 。为简化
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及套筒单元构成6-DOF串联机器人系统。骨折远端 问题，模型制作选取了诸如BFLH（股二头肌长
便是复位机器人的末端执行器，整个系统通过调整 头）、ST（半腱肌）、SR（缝匠肌）、VL（股外
骨折远端以对齐骨折近端，以完成复位操作。 侧 肌 ） 、 RF（ 股 直 肌 ） 、 AL（ 长 收 肌 ） 、 AM
1.2 机器人辅助复位手术流程 （大收肌）等典型下肢肌肉类型。
现有的机器人系统通常与外科医生的传统手术 另外，使用石膏制作肌肉成型模具，并在中间
思维不同，机器人系统往往忽视外科医生的临床操 悬空嵌入不同弹性系数的橡皮管，注入调制成一定
作手法和技巧。为增强机器人系统的临床实用性， 硬度的液态硅胶。静置一段时间后，硅胶硬化成
本文的骨折复位机器人系统操作流程如下： 型，连同橡皮管一起取出即为带肌肉收缩力和体现
（1）将骨折患者置于手术台上，使用C型臂 横向压缩特性的肌肉模型。重复这项工作，完成肌
X射线机获取骨折断端正位（anteroposterior，AP） 肉种类的全部制作，肌肉模型制作如图2所示。

和侧位（lateral，LT）图像。 石膏模具 肌肉模型
（2）医生通过AP、LT图像获取骨折近端和远
端的相对位置信息，并进行复位路径规划。 注入液态 橡胶管
硅胶
（3）在计算机系统的控制下完成骨折复位，
即让骨折远端对齐骨折近端。
（4）重新拍摄一组或多组X射线AP、LT图 硅胶
像，以检查复位情况并及时进行矫正。
随后在机器人保持复位状态下，对骨折断端进
行扩髓、髓内钉置入、交锁等操作。力求恢复肢体 图2 肌肉模型制作
Fig.2 The making of muscle models
力线和功能。机器人系统中，套筒单元内的TPU软
为尽可能模拟外科医生临床骨折复位过程，实
体气囊和肌牵引模块的PAM均采用压缩空气驱
验室人员根据患者的实际骨折影像，通过3D打印
动，PAM提供沿股骨轴向的牵拉力，能执行柔顺
技术制作股骨干骨折模型，并拼接入股骨中段位
的牵拉运动；软体气囊与患者骨折部位间接接触，
置，而下肢其余部分则采用PVC材料制作，并且在
避免了克氏针置入固定导致的医源性二次损伤。
股骨髓腔内放置一枚内窥镜，为后续研究做准备。
刚柔结合骨折复位机器人系统无需对患者肢体
由此组成包含髋部、股骨、胫腓骨以及足部的下肢
进行标记以及侵入性固定，易于操作与学习，属于
骨折模型。
医患友好型机器人系统，结合专家经验可有效完成
随后，利用螺栓固定连接髋关节。膝关节是铰
骨折复位操作。
链结构，具有一个旋转自由度，胫骨与股骨可绕膝
2 股骨干骨折模型 关节相对转动。根据人体肌肉解剖学知识，在下肢

骨模型上相应位置找出肌肉起止点，采用固定夹、
人体下肢骨折一般是高能量损伤，骨折断端在
螺栓和不锈钢卡箍把橡皮管固定在模型骨上，通过
肌肉牵拉力作用下造成缩短移位和旋转变形等。分
调整橡皮管组合及固定长度可以改变牵拉力大小，
析人体下肢骨骼和肌肉的形态结构，并在此基础上
图3所示为制作的人体下肢股骨干骨折模型。
制作下肢骨骼肌肉模型，是验证骨折复位机器人实
足部固定 胫腓骨 3D打印股骨断端 固定夹
用性的基础。 肌肉群
在骨折复位过程中，肌肉力学特性对骨折复位
的影响不可忽视。因此，根据骨折移位和机器人的
特点，在实验室自制了一套人体下肢股骨干骨折模 不锈钢卡箍 膝关节 内窥镜 髋关节 髋骨
型，用于开展机器人模拟临床骨折复位实验。
图3 股骨干骨折模型
在人体肌肉模型中，采用橡皮管模拟肌肉力学 Fig.3 Femoral shaft fracture model

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