[發(fā)明專利]基于體外標(biāo)志物的手術(shù)機器人骨骼基準(zhǔn)確定方法

無效

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• 申請日: 2012-07-03
• 公開（公告）號: CN102727312A
• 公開（公告）日: 2012-10-17
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張春霖
• 申請（專利權(quán)）人: 張春霖
• 主分類號: A61B19/00
• 分類號: A61B19/00
• 代理公司: 北京集佳知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11227
• 代理人: 魏曉波

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于一種醫(yī)療技術(shù)，尤其涉及一種基于體外標(biāo)志物的手術(shù)機器人骨骼基準(zhǔn)確定方法。

背景技術(shù)

目前每年全世界都有成千上萬的患者進行各種與骨骼有關(guān)的手術(shù)，如骨科手術(shù)、神經(jīng)外科手術(shù)等，這些手術(shù)的安全性與療效果無疑和手術(shù)定位及操作的精度緊密相關(guān)。例如，脊柱椎弓根釘內(nèi)固定手術(shù)，由于椎弓根周圍是脊髓、血管和臟器等重要組織，經(jīng)椎弓根置入螺釘內(nèi)固定存在一定風(fēng)險，穿透其骨皮質(zhì)造成血管、臟器和神經(jīng)損傷，發(fā)生癱瘓。因此，準(zhǔn)確的經(jīng)椎弓根置入在脊柱外科領(lǐng)域具有十分重要的意義。但目前最為常用的經(jīng)椎弓根途徑置入方法是人工置入，依據(jù)體內(nèi)骨表面標(biāo)志精度較差，文獻報道其失誤率可達6-41％。又例如，人工膝關(guān)節(jié)置換手術(shù)，由于股骨、脛骨形狀不規(guī)則，缺乏可靠的骨表面標(biāo)志，術(shù)中定位困難，勢必影響手術(shù)精度的精度，而對于這種人工膝關(guān)節(jié)置換，精準(zhǔn)的下肢力線重建非常重要，是術(shù)后獲得滿意療效和假體長期存活的關(guān)鍵。生理狀態(tài)下，當(dāng)人體站立時，股骨頭中心、膝關(guān)節(jié)中心及踝關(guān)節(jié)中心處于同一條直線，此直線即下肢力線(也稱機械軸)。輕微的力線不良即可引發(fā)早期松動、平臺塑件磨損和關(guān)節(jié)功能不良。研究表明，下肢力線偏差在±3°以內(nèi)的假體10年存留率可達到90％，超過±3°則降為73％。下肢力線偏離膝關(guān)節(jié)中心與假體的無菌性松動也有密切關(guān)系，下肢力線偏差如果在±3°之內(nèi)，術(shù)后12年假體松動率為3％，如果下肢力線偏差超過±4°則松動率增加至24％。下肢力線內(nèi)翻時還會增加聚乙烯襯墊的磨損，當(dāng)膝關(guān)節(jié)內(nèi)翻5°或更多時，聚乙烯襯墊的磨損將增加到0.105～0.125mm/y。為保證術(shù)后下肢力線的精度，目前有髓內(nèi)定位法、髓外定位法和計算機導(dǎo)航輔助定位法應(yīng)用于人工膝關(guān)節(jié)置換。髓內(nèi)及髓外定位法依靠大量的體內(nèi)骨性標(biāo)志，如經(jīng)股骨髁上軸線、Whiteside線、股骨后髁軸線、脛骨結(jié)節(jié)內(nèi)側(cè)緣、內(nèi)上髁最高點、外上髁最高點、脛骨后髁線、脛骨經(jīng)髁線、脛骨中溝線、踝間線、第2跖骨線和脛骨結(jié)節(jié)中內(nèi)1/3線等，準(zhǔn)確率為65％～89.1％。計算機導(dǎo)航輔助定位分為CT、X射線影像依賴型和非依賴型，但都需要錄入下肢的體內(nèi)的骨性標(biāo)志方能實現(xiàn)。再例如，脊柱骨折、脊柱腫瘤、脊柱側(cè)彎、椎間盤突出、椎管狹窄、脊柱滑脫等多種脊柱疾患，盡管其減壓手術(shù)方法多種多樣，但均面臨一個同樣的風(fēng)險，即手術(shù)可能發(fā)生神經(jīng)損傷、造成災(zāi)難性的后果，其原因主要還是和不能精準(zhǔn)地進行骨骼基準(zhǔn)確定及手術(shù)操作有關(guān)。

綜上所述，盡管涉及骨骼的各種手術(shù)方法形式迥異，但無一例外都要參照或依賴體內(nèi)骨骼表面的標(biāo)志。由于這些標(biāo)志可能受到解剖變異、骨贅增生、肥胖、過多的軟組織、畸形等因素的影響，會造成目測判讀或觸摸困難，這樣無疑將影響定位精度導(dǎo)致偏差，進而影響手術(shù)的安全與療效。

此外，現(xiàn)有技術(shù)中一些其他的定位方法，如框架定位，由于有創(chuàng)目前已趨于淘汰。基于特定底框內(nèi)CT、MRI掃描的立體定向手術(shù)系統(tǒng)，利用掃描罩注冊精度較高，但手術(shù)只能在CT或MRI室進行，應(yīng)用受到局限；采用體表馬克注冊，由于不能保證術(shù)中及術(shù)前體位一致及皮膚的移動而定位精度較低，只能用于精度要求不高的骨科手術(shù)。

有鑒于此，亟待針對上述技術(shù)問題，另辟蹊徑設(shè)計一種手術(shù)機器人骨骼基準(zhǔn)確定方法，實現(xiàn)對骨骼基準(zhǔn)的準(zhǔn)確定位，以保證骨骼手術(shù)的安全性和療效。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種新的骨骼手術(shù)點、線或面等參照標(biāo)志的確定方法，從而為各種需要精確操作包括數(shù)字化切割的骨骼手術(shù)提供基準(zhǔn)，保證手術(shù)精度，提高手術(shù)的安全和療效。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種基于體外標(biāo)志物的手術(shù)機器人骨骼基準(zhǔn)確定方法，它由體外標(biāo)志物、機器人本體、手術(shù)臺、移動單元、操控臺、探針、三維重建軟件及編程控制軟件、刀具等組成；其特征在于：術(shù)前在手術(shù)目標(biāo)骨骼體外放置標(biāo)志物和其“綁定”進行影像學(xué)檢查，數(shù)據(jù)資料傳輸并儲存于計算機；術(shù)中機器人探測并記錄體外標(biāo)志物對應(yīng)的骨骼表面一個或以上的點的坐標(biāo)，與上述儲存的數(shù)據(jù)資料進行比對后，在機器人的坐標(biāo)系中自動生成體外標(biāo)志物上的點、線或面的坐標(biāo)，再以這些點、線或面等作為基準(zhǔn)，引導(dǎo)或控制機器人進行精確手術(shù)。

優(yōu)選地，體外標(biāo)志物可用多種材料之制成，可呈矩形或其他任何形狀，其上的點、線或面等均可作為骨骼手術(shù)參照基準(zhǔn)。

優(yōu)選地，以體外標(biāo)志物上的點、線或面等作為骨骼手術(shù)參照基準(zhǔn)的各種編程控制軟件。

優(yōu)選地，所述骨骼基準(zhǔn)確定方法包括步驟：

11)將體外標(biāo)志物與目標(biāo)骨骼作為整體進行CT掃描并三維重建，確定影像坐標(biāo)系；