[發明專利]基于主副機器人相互協作的顱面骨畸形整復全程精確手術系統及其手術操作方法

在審

• 申請號: 201810139307.8
• 申請日: 2018-02-11
• 公開（公告）號: CN108324378A
• 公開（公告）日: 2018-07-27
• 發明（設計）人: 劉云峰;王衛彬;程康杰;姜獻峰;董星濤
• 申請（專利權）人: 浙江工業大學
• 主分類號: A61B34/37
• 分類號: A61B34/37;A61B34/10;A61B34/20;A61B17/16
• 代理公司: 杭州斯可睿專利事務所有限公司 33241
• 代理人: 王利強;李百玲

一種基于主副機器人相互協作的顱面骨畸形整復手術系統，包括機械手臂、顱面截骨銑刀裝置、骨瓣抓持裝置、腦室鏡檢測裝置、用于臨床醫生佩戴的AR眼鏡、電腦、顯示屏、控制系統和定位標志器，所述機械手臂包括主機械手臂和輔助機械手臂，所述腦室鏡檢測裝置安裝在所述顱面截骨銑刀裝置上，所述顱面截骨銑刀裝置安裝在所述主機械手臂的末端；所述骨瓣抓持裝置安裝在所述輔助機械手臂的末端。本發明提出一種基于主副機器人相互協作的顱面骨畸形整復手術系統及其手術操作方法，能夠實現三維手術方案與小兒患者腦顱疊加并自動跟蹤和導航定位、主要由主副機器人相互協調，實現手術操作、醫生可適時介入的。

技術領域

本發明涉及腦外科手術領域，尤其是一種用于小兒顱面骨畸形整復全程精確手術的主副機器人結合的人機協作手術系統及其手術操作方法。

背景技術

顱面骨畸形造成的原因有很多，但主要是由先天性顱縫早閉導致的。顱縫早閉是一種顱骨先天發育障礙性疾病，指在嬰兒出生前后出現的單一或多個顱縫過早骨化閉合而形成的各種頭顱畸形，可伴發或繼發慢性顱內壓增高，頭顱、眼眶、穎骨等的發育異常。嚴重者可出現一些合并癥，如腦積水、顱內高壓、小腦扁桃體病，視神經受壓、視力減退、斜視等視覺功能障礙。還可因早閉顱縫的不同和嚴重程度的區別所導致的其它顱面畸形，如眼眶的不對稱、眶距過寬等。

目前，手術是治療顱面骨畸形的最主要方法，根據大腦和顱骨生長發育的規律，只有在2周歲前完成手術對顱骨塑形和大腦發育才有意義，而針對小兒的開顱手術難度大，風險很高，需要提高手術的精準度。

手術治療顱面骨畸形的歷史已有百年余之久。從條狀的顱骨和顱縫切除術到擴大的全顱大型截骨重塑，以及后來發展的顱縫截骨牽引成骨技術、內鏡下顱縫切除聯合頭盔矯治術，近年來腦科領域隨著電腦輔助設計和制造技術的發展也得到了相應的發展，在手術前通過病人腦顱骨 CT數據，運用專業軟件設計規劃手術方案，然后根據手術方案設計出相對應的手術導板，最后運用3D打印等技術制作出個性化的手術導板，臨床手術時只需將手術導板固定在患者頭顱上，醫生操作手術刀按照導板上設計好的引導路線進行手術，這樣就能使預先設計的手術方案在相應的手術中實現。

應用導板引導的電腦輔助技術進行顱縫早閉手術的最大問題是，導板手術只能完成導板引導的截骨，而骨瓣修整、移位和固定只能由醫生徒手完成，因此無法實現全程精確手術。另外，手術時截骨的骨瓣大小和形狀與手術設計時誤差較大，而且截骨時骨瓣發生漂移，造成截骨后骨瓣拼接不精確，矯正效果不理想等。同時手術仍然需要醫生實施，勞動強度較大，手術時間長，導致麻醉使用量，造成很多并發癥，同時手術創傷大，出血量多，對患者尤其是小兒術后恢復還有很大影響。

目前，機器人手術技術已經有臨床應用，其中最為出名的是由美國 IntuitiveSurgical公司推出的達芬奇外科手術機器人系統，可以實現腹腔內眾多臟器的微創手術。但目前專門針對大型骨科截骨手術尤其是顱面骨畸形矯正手術的機器人系統還處于初期研發階段，離臨床應用還較遠。

發明內容

為了解決現有顱面骨畸形整復手術對醫生經驗的依賴、醫生勞動強度較大、手術時間長，麻醉量大，精度低，手術創傷大，以及基于導板的小兒顱面骨畸形整復手術的靈活性不足、且只能完成截骨引導而不能實現修整、移位和固定的全程引導、基于圖像的導航手術時不直觀等問題，本發明提出一種基于主副機器人相互協作的顱面骨畸形整復全程精確手術系統及其手術操作方法，其過程主要是由臨床醫生手工分離頭皮組織，暴露術區腦顱骨，進一步由主機器人根據術前規劃的截骨方案在腦顱上按設定路線進行精確截骨骨瓣，同時輔助機器人協助主機器人固定該截骨的骨瓣位置，防止出現因截骨漂移造誤差；在主機器人完成截骨后，輔助機器人迅速通過骨瓣抓持器對截骨后的骨瓣進行移位以協助主機器人完成后續的拼接固定，從而實現截骨、骨瓣修整及移位、固定的全程精確手術操作；同時臨床醫生佩戴設定好的可自動跟蹤和導航定位的增強現實眼鏡，可適時介入人工干預并協調機器人精確完成整個手術操作過程。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：