[實用新型]一種基于光學(xué)導(dǎo)航及力反饋控制的顱頜面外科機(jī)器人系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201821623487.9
• 申請日: 2018-09-30
• 公開（公告）號: CN210250064U
• 公開（公告）日: 2020-04-07
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張詩雷;吳錦陽;欒楠;林艷萍;張海青;張勇;楊成帥;張楚茜;桂海軍;沈國芳
• 申請（專利權(quán)）人: 上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬第九人民醫(yī)院
• 主分類號: A61B34/30
• 分類號: A61B34/30;A61B34/20
• 代理公司: 上海精晟知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31253
• 代理人: 馮子玲

本實用新型涉及顱頜面外科機(jī)器人領(lǐng)域，具體為一種基于光學(xué)導(dǎo)航及力反饋控制的顱頜面外科機(jī)器人系統(tǒng)，該基于光學(xué)導(dǎo)航及力反饋控制的顱頜面外科機(jī)器人系統(tǒng)，利用光學(xué)導(dǎo)航系統(tǒng)，能夠?qū)崟r精準(zhǔn)定位，提高系統(tǒng)的可靠性，也利用力反饋系統(tǒng)，能夠根據(jù)術(shù)區(qū)的力學(xué)信息，外科醫(yī)生隨時介入手術(shù)，提高系統(tǒng)的易用性和可控性。并通過特定的顱頜面外科實驗手術(shù)，測試機(jī)器人輔助手術(shù)的可行性。而今后，本顱頜面外科機(jī)器人系統(tǒng)將通過臨床多中心實驗及臨床試驗驗證其穩(wěn)定性和安全性，以期進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化，使之推廣至臨床應(yīng)用。

技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型涉及顱頜面外科機(jī)器人領(lǐng)域，具體為一種基于光學(xué)導(dǎo)航及力反饋控制的顱頜面外科機(jī)器人系統(tǒng)。

背景技術(shù)

顱頜面外科的領(lǐng)域包括了神經(jīng)外科、口腔頜面外科、眼科、耳鼻喉科、頭頸外科、整形外科等眾多學(xué)科交叉，其常見的治療有惡性腫瘤切除、復(fù)合外傷、畸形的整復(fù)治療等。由于毗鄰顱腦、解剖結(jié)構(gòu)復(fù)雜，并且治療需求與容貌密切相關(guān)，必須以最小創(chuàng)傷完成精確的術(shù)中操作。傳統(tǒng)技術(shù)方法在術(shù)前預(yù)測仿真、手術(shù)執(zhí)行精度和操作穩(wěn)定性等方面已經(jīng)無法滿足治療需求及專業(yè)發(fā)展，勉強(qiáng)為之則大大增加了并發(fā)癥的產(chǎn)生。

20世紀(jì)初始，數(shù)字化外科技術(shù)不斷地應(yīng)用到外科領(lǐng)域，包括醫(yī)學(xué)影像處理、三維重建及可視化技術(shù)、計算機(jī)輔助設(shè)計與制造、導(dǎo)航技術(shù)、外科機(jī)器人技術(shù)等等。其中外科機(jī)器人技術(shù)是集醫(yī)學(xué)、機(jī)器人學(xué)、生物學(xué)、力學(xué)、機(jī)械學(xué)、機(jī)械力學(xué)、材料學(xué)、計算機(jī)圖形學(xué)、機(jī)器視覺、數(shù)學(xué)分析等諸多學(xué)科為一體的新型交叉研究領(lǐng)域。近年來，由于機(jī)器人在安全性、靈活性、精確性和穩(wěn)定性等方面具有顯著的優(yōu)勢，為了解決傳統(tǒng)外科手術(shù)存在的精度不足、切口較大、輻射較多、操作疲勞等問題，人們開始探討如何將機(jī)器人技術(shù)引入外科手術(shù)領(lǐng)域。借助機(jī)器人、傳感器、控制器等技術(shù)的自身優(yōu)勢，為外科醫(yī)生提供全新的治療方法及系統(tǒng)，解決上述問題，改善手術(shù)效果，即需研發(fā)適合臨床應(yīng)用的智能化手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)。在神經(jīng)外科，外科機(jī)器人能夠成功地行腦內(nèi)深部腫物進(jìn)行活組織切片檢查、垂體腺瘤切除術(shù)、第三腦室造口術(shù)、腰椎椎間盤切除術(shù)等；在骨科，進(jìn)行全髖關(guān)節(jié)、全膝關(guān)節(jié)置換時，利用外科機(jī)器人可對植入物的骨通道進(jìn)行預(yù)備；在泌尿生殖外科，外科機(jī)器人已經(jīng)廣泛用于前列腺切除術(shù)、膀胱切除術(shù)、腎臟切除術(shù)、輸卵管吻合術(shù)、子宮肌瘤切除術(shù)；在胸外科，利用外科機(jī)器人對早期肺癌患者能夠順利地進(jìn)行肺葉切除術(shù)；在心臟外科，外科機(jī)器人可成功完成二尖瓣修補(bǔ)術(shù)和冠狀動脈搭橋術(shù)^[7]；此外，外科機(jī)器人在耳鼻喉科也逐步得到了開展。目前，已經(jīng)商業(yè)化并獲得FDA認(rèn)證的外科機(jī)器人系統(tǒng)有伊索 (AESOP)系統(tǒng)、Robodoc系統(tǒng)、宙斯(Zeus)系統(tǒng)、達(dá)芬奇(da Vinci)系統(tǒng)、NeuroMate系統(tǒng)、Minerva系統(tǒng)等。而在國內(nèi)，北京航天航空大學(xué)和解放軍海軍總醫(yī)院合作開發(fā)了基于虛擬現(xiàn)實的機(jī)器人輔助神經(jīng)外科系統(tǒng)，并于1997年聯(lián)合研制了第一代基于Puma 262工業(yè)機(jī)器人的腦外科機(jī)器人輔助定位系統(tǒng)CRAS，成功開展了臨床應(yīng)用，并在2005年取得了臨床許可證。香港中文大學(xué)于2004年研發(fā)生產(chǎn)了第一臺手術(shù)導(dǎo)航機(jī)械臂的樣機(jī)，并應(yīng)用于臨床，準(zhǔn)確完成了骨科手術(shù)中最常用的操作，在導(dǎo)航監(jiān)控下鉆孔上螺釘。天津大學(xué)于2006年成功研制主從異構(gòu)顯微外科手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)“妙手(MicroHand)”系統(tǒng)，實現(xiàn)了顯微外科的精確操作。總體來說，外科機(jī)器人技術(shù)作為數(shù)字化外科技術(shù)研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)，國內(nèi)開展外科機(jī)器人研究的單位較少，大多還停留在實驗階段，經(jīng)過多年的努力，僅少數(shù)研究成果走向產(chǎn)業(yè)化，如天璣骨科機(jī)器人、威高骨科機(jī)器人等。

由于小型智能化機(jī)器人通過實現(xiàn)精確、穩(wěn)定的三維空間運(yùn)動，可以顯著提高精細(xì)手術(shù)的可預(yù)見性，精確性和微創(chuàng)性，從而能有效彌補(bǔ)傳統(tǒng)手術(shù)方法的不足，對顱頜面外科手術(shù)有著非常重要的臨床應(yīng)用價值,而國內(nèi)外目前尚無針對性研究報道。我國人口眾多，顱頜面部的患者日益增多，為了滿足這些患者的手術(shù)需求，專業(yè)的、具有自主知識產(chǎn)權(quán)的、符合國情需求的顱頜面外科手術(shù)機(jī)器人顯得十分重要。

結(jié)合前期對顱頜面外科機(jī)器人的實驗研究經(jīng)驗，隨著手術(shù)環(huán)境越來越接近真實臨床應(yīng)用，外科機(jī)器人的易用性、可靠性要求也逐漸提高，

現(xiàn)有的外科機(jī)器人能夠根據(jù)術(shù)前設(shè)定的手術(shù)規(guī)劃，在光學(xué)導(dǎo)航系統(tǒng)的輔助下，順利執(zhí)行相應(yīng)的手術(shù)任務(wù)。