[發明專利]醫療機器人及其控制方法

有效

• 申請號: 201810587897.0
• 申請日: 2018-06-08
• 公開（公告）號: CN108748153B
• 公開（公告）日: 2020-12-18
• 發明（設計）人: 師云雷;何超;王家寅;朱祥;袁帥;姜逸之
• 申請（專利權）人: 微創（上海）醫療機器人有限公司
• 主分類號: B25J9/16
• 分類號: B25J9/16
• 代理公司: 上海思微知識產權代理事務所(普通合伙) 31237
• 代理人: 王仙子

本發明提供一種醫療機器人及其控制方法，其通過操作者操作力與機器人操作力共同確定機器人末端的運動速度，在操作者操作機器人末端偏離了期望運動軌跡或是進入了危險程度高的區域時，機器人操作力便會產生以使機器人末端始終位于正確的軌跡及區域，該醫療機器人及其控制方法改變了現有技術中單純的操作者?機器人主從模式控制，讓操作者與機器人有了信息交互，大大提高了醫療機器人操作的安全性與精確性。

技術領域

本發明涉及醫療設備設計領域，尤其涉及一種醫療機器人及其控制方法。

背景技術

脊柱外科是以手術為主要方式處理脊柱脊髓疾患的臨床學科，其核心操作包括置釘和切削兩大操作，置釘強調進釘點和角度。傳統徒手置釘方式需要術者通過手術經驗選擇進釘點，依賴于空間感覺和術中透視判斷進釘角度；切削包括截骨和對軟組織的切除，操作時對神經的不當刺激或損傷極易引起術后神經功能的不可逆損傷。傳統切削方式常使用骨鑿、磨鉆或咬骨鉗，在過程中需在狹小的空間內嚴格控制操作范圍，操作的安全依賴于術者的空間感覺、靈敏的手感和精細操作能力。據統計，由醫師徒手置釘導致的神經損傷的發生率約為3-55％；在切削過程中損傷神經的發生率為3.2-12.8％。如何利用新技術提高手術的精度，減少徒手操作的限制或人為失誤造成的損失，是目前精準醫療環境下脊柱外科研究的發展方向。

為解決定位置釘操作的精度問題，以色列研發了SpineAssist系統，該系統是目前國際唯一通過FDA和CFDA認證的脊柱定位置釘機器人，其核心控制技術為并聯機械臂的精確位置指令控制，安全策略為術中透視與術前CT配準的導航技術。該系統能在減少透視次數的同時顯著提高置釘操作的效率和安全性，誤差在1mm以內。韓國漢陽大學開發的SPINEBOT系統同樣針對定位置釘操作，在控制模式上采用串聯機械臂的位置指令控制，安全策略為紅外線光學定位與術前CT配準的導航技術，其誤差在1-2mm。同樣采用紅外線導航和采用串聯機械臂的位置指令控制的脊柱置釘機器人還有瑞士的Neuroglide系統和積水潭醫院的TiRobot系統。

目前上市的脊柱手術機器人的手術目標為定位置釘操作，主要采用機器人關節的直接位置指令控制或采用主從遙操作控制方式。盡管這些機器人在位置信息層面都可以達到較高的精確度，但使用場景十分局限，無法滿足臨床切削操作對于機器人輔助的需求。切削操作中術者需要實時感知操作位置和力的變化，根據情況隨時調整動作。單純的指令位置控制與主從控制模式機器人雖可以達到較高位置精度，但在實際使用中直接喪失了手術操作力的信息交互，完全依賴于操作者操作的精確度。而手術系統受到配準誤差，特別是解剖結構非完全固定造成運動的影響，難以滿足切磨操作的安全性與精確性的要求。

公開號為CN104470456A的中國專利公開了一種手術機器人系統，包括：手術工具，用于在被分隔成多個施術區域的手術部位中對每個施術區域實施手術；機械臂，安裝有所述手術工具；驅動部，根據設定于所述手術工具所處的施術區域的風險級別，來調整所述機械臂的動作速度，并使所述機械臂進行動作；以及變更部，在對所述施術區域自動實施手術的自動模式和與施術者合作對所述施術區域實施手術的協作模式之間變更手術模式，其中，所述驅動部包括：驅動機構，當所述手術模式處于自動模式時，調整用于使所述機械臂動作的驅動速度；以及負載機構，當所述手術模式處于協作模式時，調整施術者在操作所述機械臂的過程中所承受的負載。該手術機器人系統通過對施術區域進行風險級別劃分，利用驅動機構和負載機構來調整手術工具在不同風險級別區域中的速度大小，以降低出現醫療事故的風險。然而，在主從控制模式，即該專利所述的協作模式下，手術工具依然是完全根據施術者的操作來運動，只是針對不同風險級別區域設置了不同的負載大小，以改變手術工具響應于施術者操作的靈敏度，而無法改變或抵抗施術者的任何操作。因而，當施術者出現誤操作時，該手術機器人系統只能從一定程度上減輕由該誤操作引起的損傷，而無法從根本上避免此類誤操作的發生。

因此，需要一種尤其在主從控制模式下能對施術者的操作進行修正的醫療機器人。

發明內容

本發明提供一種醫療機器人及其控制方法，以提高醫療機器人操作的安全性與精確性。