[發(fā)明專利]一種手術(shù)機(jī)器人導(dǎo)航定位系統(tǒng)

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010105863.0
• 申請(qǐng)日: 2020-02-20
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111227935A
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-06-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 唐伯浩;孫大輝;余毅
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所
• 主分類號(hào): A61B34/20
• 分類號(hào): A61B34/20;A61B34/30;A61B90/00
• 代理公司: 深圳市科進(jìn)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 44316
• 代理人: 曹衛(wèi)良

本發(fā)明涉及手術(shù)機(jī)器人領(lǐng)域，具體涉及一種手術(shù)機(jī)器人導(dǎo)航定位系統(tǒng)，包括：控制主機(jī)、串聯(lián)機(jī)械臂、患肢示蹤器、光學(xué)導(dǎo)航系統(tǒng)；患肢示蹤器剛性連接在患者的患肢上，患肢示蹤器上設(shè)置有標(biāo)記點(diǎn)；串聯(lián)機(jī)械臂包括若干連桿及連接在兩個(gè)連桿之間的關(guān)節(jié)，每個(gè)關(guān)節(jié)都具有一個(gè)平移或者轉(zhuǎn)動(dòng)的自由度，串聯(lián)機(jī)械臂至少有六自由度；光學(xué)導(dǎo)航系統(tǒng)設(shè)置在串聯(lián)機(jī)械臂上。該系統(tǒng)建立世界坐標(biāo)系、串聯(lián)機(jī)械臂坐標(biāo)系和光學(xué)導(dǎo)航坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系，結(jié)合串聯(lián)機(jī)械臂坐標(biāo)系將光學(xué)導(dǎo)航坐標(biāo)系下的患肢位置轉(zhuǎn)換為世界坐標(biāo)系下的位置，使串聯(lián)機(jī)械臂和患肢處于同一坐標(biāo)系下，以解決手術(shù)機(jī)器人在向患肢移動(dòng)過(guò)程中定位難、定位不準(zhǔn)的問(wèn)題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及手術(shù)機(jī)器人領(lǐng)域，具體而言，涉及一種手術(shù)機(jī)器人導(dǎo)航定位系統(tǒng)。

背景技術(shù)

骨科手術(shù)前通常需要進(jìn)行透視掃描來(lái)對(duì)患肢的情況進(jìn)行查看，為醫(yī)生制定手術(shù)方案提供支持。術(shù)中需要對(duì)患肢再次進(jìn)行透視掃描來(lái)確定手術(shù)進(jìn)行情況與手術(shù)方案是否一致。術(shù)后還需要對(duì)患肢進(jìn)行透視掃描以確定植入物是否達(dá)到預(yù)期效果。而人眼視覺(jué)沒(méi)有透視功能，在術(shù)中需要進(jìn)行多次透視掃描直到置管位置與術(shù)前方案一致才可以，這使得無(wú)論患者還是醫(yī)務(wù)人員都將多次暴露在射線下。

手術(shù)機(jī)器人可以通過(guò)術(shù)前的透視掃描建立患肢的三維模型，使醫(yī)生通過(guò)機(jī)器人的人機(jī)交互系統(tǒng)制定手術(shù)方案。手術(shù)開(kāi)始時(shí)，將患肢固定在手術(shù)臺(tái)上，圖像定位系統(tǒng)通過(guò)手術(shù)臺(tái)上和患肢上的合作目標(biāo)對(duì)患肢的位置和姿態(tài)進(jìn)行定位，隨后醫(yī)生可以操作串聯(lián)機(jī)械臂按照手術(shù)方案向患肢特定位置移動(dòng)。由于輔助機(jī)器人具有患肢的三維模型，可以準(zhǔn)確定位手術(shù)部位，并根據(jù)患肢的微小移動(dòng)做出偏移量修正。在術(shù)中僅需一次透視掃描確定實(shí)際操作與手術(shù)方案一致即可，大大減少了患者和醫(yī)務(wù)人員的輻射量，同時(shí)也縮短了手術(shù)時(shí)間，減少手術(shù)對(duì)患者的附加傷害。

現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)在于空間定位裝置獨(dú)立于串聯(lián)機(jī)械臂，使得將串聯(lián)機(jī)械臂和患肢轉(zhuǎn)換到統(tǒng)一坐標(biāo)系時(shí)需要同時(shí)觀測(cè)到串聯(lián)機(jī)械臂示蹤器和患肢示蹤器，保證兩個(gè)示蹤器同時(shí)以合適的角度面向定位裝置并且在串聯(lián)機(jī)械臂的移動(dòng)過(guò)程中不能有醫(yī)生或其他醫(yī)療設(shè)備的遮擋，這使得醫(yī)生在操作設(shè)備時(shí)需更多地考慮串聯(lián)機(jī)械臂、患肢以及空間測(cè)位裝置之間的位置關(guān)系。同時(shí)由于需要對(duì)兩個(gè)目標(biāo)進(jìn)行光學(xué)的空間定位，這使得定位時(shí)的隨機(jī)誤差也隨之增大。

專利申請(qǐng)公開(kāi)號(hào)CN104083217A中提出一種手術(shù)定位裝置和方法以及機(jī)器人手術(shù)系統(tǒng)，提供一種手術(shù)定位裝置，該裝置通過(guò)串聯(lián)機(jī)械臂與特定結(jié)構(gòu)的定位標(biāo)尺配合，實(shí)現(xiàn)任意角度的透視定位，并能消除計(jì)算手術(shù)路徑時(shí)引起的系統(tǒng)誤差，增大工作空間，提高手術(shù)定位精度。專利申請(qǐng)公開(kāi)號(hào)CN107468350A中提出一種三維圖像專用標(biāo)定器、手術(shù)定位系統(tǒng)及定位方法，該定位方法能夠?qū)崿F(xiàn)三維圖像注冊(cè)并且不依賴于三維成像設(shè)備自身的參數(shù)。該手術(shù)定位系統(tǒng)包括手術(shù)機(jī)器人、上位機(jī)、空間坐標(biāo)測(cè)位儀、機(jī)器人示蹤器、患者示蹤器、三維成像設(shè)備以及三維圖像專用標(biāo)定器。

專利申請(qǐng)公開(kāi)號(hào)CN104083217A中的光學(xué)導(dǎo)航系統(tǒng)和專利申請(qǐng)公開(kāi)號(hào)CN107468350A中的空間測(cè)位儀需要通過(guò)光學(xué)系統(tǒng)同時(shí)觀測(cè)到串聯(lián)機(jī)械臂示蹤器和病人示蹤器，而由于每次患者需要做手術(shù)的位置、手術(shù)環(huán)境以及串聯(lián)機(jī)械臂規(guī)劃的路徑都有很大的不同，導(dǎo)致光學(xué)系統(tǒng)經(jīng)在串聯(lián)機(jī)械臂示蹤器旋轉(zhuǎn)一定角度時(shí)無(wú)法識(shí)別示蹤器或在有其他醫(yī)療器械遮擋時(shí)無(wú)法對(duì)串聯(lián)機(jī)械臂的位置進(jìn)行定位。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明實(shí)施例提供了一種手術(shù)機(jī)器人導(dǎo)航定位系統(tǒng)，以至少解決現(xiàn)有導(dǎo)航定位系統(tǒng)定位精度低的技術(shù)問(wèn)題。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，提供了一種手術(shù)機(jī)器人導(dǎo)航定位系統(tǒng)，包括：控制主機(jī)、串聯(lián)機(jī)械臂、患肢示蹤器、光學(xué)導(dǎo)航系統(tǒng)；

患肢示蹤器剛性連接在患者的患肢上，患肢示蹤器上設(shè)置有標(biāo)記點(diǎn)；串聯(lián)機(jī)械臂包括若干連桿及連接在兩個(gè)連桿之間的關(guān)節(jié)，每個(gè)關(guān)節(jié)都具有一個(gè)平移或者轉(zhuǎn)動(dòng)的自由度，串聯(lián)機(jī)械臂至少有六自由度；光學(xué)導(dǎo)航系統(tǒng)設(shè)置在串聯(lián)機(jī)械臂上；