[發明專利]將手術器械相對患者身體進行定位的機器人輔助裝置

在審

• 申請號: 201710777402.6
• 申請日: 2012-11-08
• 公開（公告）號: CN107550566A
• 公開（公告）日: 2018-01-09
• 發明（設計）人: P·梅耶;B·納胡;F·巴達諾;P·圖爾
• 申請（專利權）人: 法國醫療科技公司
• 主分類號: A61B34/00
• 分類號: A61B34/00;A61B34/30;A61B34/20;A61B34/32;A61B90/00;A61B17/32;B25J9/00;B25J19/02;A61B17/00
• 代理公司: 上海一平知識產權代理有限公司31266
• 代理人: 崔佳佳,馬莉華

本申請是申請日為2012年11月08日、申請號為2012800594155、發明名稱為“將手術器械相對患者身體進行定位的機器人輔助裝置”的發明申請的分案申請。

本發明屬于醫療領域，尤其涉及準備和實施外科手術的操作方法學。

本發明具體涉及一種解剖醫學成像，用于進行機器人輔助的外科手術。

本發明發現一種優選的(但不限于)脊柱解剖區域的外科手術應用。

為了這個目的，本發明涉及一種將手術器械相對患者身體進行定位的裝置。

應注意，將基于腰部脊柱、脊柱前凸癥的前彎曲級手術的具體實施例描述本發明。然而，本發明也可用于低位和高位頸部脊柱、背部或胸部脊柱，以及骶部脊柱和尾椎的手術。

在該解剖區域，外科手術是精細、周密以及具有風險的操作，其需要對椎骨進行鉆孔、破骨或打磨，解剖肌肉、韌帶、椎間盤，同時避免損傷脊髓、神經根、血管和神經。

例如，常規實行的手術包括在腰椎椎管狹窄或椎間盤突出的情況下進行的椎板切除術、(神經)根減壓術(radicular release)；通過在椎弓根打螺釘而融合脊椎的關節固定術；通過向椎體中注射骨水泥的椎體成形術和椎體后凸成形術。

為了減少住院治療并有利于患者的康復，這些手術在盡可能小的操作通道中實施，甚至通過微創或經皮的手術來進行。由于出血造成能見度降低，操作通道的狹窄性使得術者的精細操作變得非常困難。在這種情況下，椎弓根螺釘的誤放率升至25％，嚴重誤放率(aggressive misplacements)占到3-5％。

為了提高其操作的精確度，外科醫生現在使用解剖醫學成像系統，特別是透視和導航。

首先，透視在一定時間內產生X射線，從而連續獲得圖像并生成一個直觀圖，而外科醫生可以實時監控其器械在解剖結構中的進度。然而，由于長時間、反復暴露于這些離子射線對醫務人員和患者都有害，因此這項技術的使用有著特定的限制。

另一方面，導航能夠在手術前或手術中影像上觀察到虛擬工具，使得外科醫生能夠在上面實時觀察到他的器械的進展，在3D導航中更是如此。

然而，第一個缺陷來自于定位手術工具的復雜運算，這會造成近似情況(approximation)并導致錯誤定位。此外，現有技術需要在患者身體上定位固定標記物，例如，目前有創地打入脊柱，用于導航系統中圖像采集器件(image-acquisition optics)的導向。

此外，這些技術不能處理術者在進行外科操作時人為作業相關的失誤，尤其是在向椎弓根擰螺釘前的鉆孔加壓步驟中。

這就是開發機器人系統輔助手術的原因，其能夠幫助外科醫生從機械上保證外科操作的精確度和可重復性。

在這種情況下，另一個在術中出現的問題在于患者本身的呼吸和心跳造成的解剖學移位的管理。具體地，呼吸依賴于膈肌運動，產生胸廓和肺部運動，助于氣體交換。肌肉活動造成周邊解剖結構，例如腹部和脊柱的變形。變形的程度取決于分鐘通氣量(MV)，根據它的體積和頻率，也取決于患者的體位，即站立位、坐位、俯臥位、仰臥位或側臥位。

在脊柱手術中，胸椎的移動程度較大，而腰椎的移動程度較小。此外，特定椎骨的移動可經外科醫生的動作進行調整，這也是他手術中的一部分，即當他在鉆孔或對骨骼結構進行破骨，或切斷肌肉或韌帶時，也能夠支撐起椎骨結構。

為了限制腰部手術中的這些移動，當入路路徑允許時，患者取俯臥位，注意使腹部在低于胸廓部分的位置自由運動。然后由機械部件和手術臺的附件將患者以該體位進行固定。這個特定的俯臥位能顯著減小腰部脊柱的運動幅度。

然而，呼吸以及尤其由手術造成的外力導致腰部脊柱往復循環并臨時性地移動數毫米，而外科醫生則需要仰仗他的靈巧度和視力來對此進行彌補。

在機器人輔助操作的情況下，為維持比外科醫生更高的機械精準度，非常重要的是對這些運動進行測量并使機械臂能夠自動調整適應這些運動，而伴隨這些運動的則是與目標速度相當的實施速度。

為了這個目的，為與術前3D成像中的術前計劃相一致，應測量解剖目標，即腰椎的移動，并實時地對其進行補償，從而使該裝置在輔助定位中維持高度的精確性。

目前，包括在導航中，采用將標記物擰入脊椎的方法。其后通過某一計算方法計算圖像中顯示的定位標記補償，并將其實時傳入機械臂。然而，這種辦法的缺陷仍然是有創的。此外，標記物的光學識別存在被術者遮擋的風險，而光學識別信號被傳送所述的計算環節，并產生與相對于所捕獲的解剖學位移不同的機械臂的移動。