[發(fā)明專利]用于骨科手術(shù)的光學(xué)三維掃描設(shè)備及測量骨骼表面的方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010187835.8
• 申請日: 2020-03-17
• 公開（公告）號: CN111493878A
• 公開（公告）日: 2020-08-07
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉巖;李寅巖;鄧明明
• 申請（專利權(quán)）人: 北京天智航醫(yī)療科技股份有限公司
• 主分類號: A61B5/107
• 分類號: A61B5/107;A61B34/10;A61B34/20;A61B34/30
• 代理公司: 北京律和信知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11446
• 代理人: 姚志遠(yuǎn);蘇捷

本申請?zhí)峁┝艘环N用于骨科手術(shù)的光學(xué)三維掃描設(shè)備、在骨科手術(shù)中利用光學(xué)三維掃描設(shè)備對骨骼表面進(jìn)行測量的方法、骨科手術(shù)中的圖像注冊方法、手術(shù)機器人系統(tǒng)、電子設(shè)備以及非瞬時性計算機可讀存儲介質(zhì)。該光學(xué)三維掃描設(shè)備用于在骨科手術(shù)中對骨骼表面進(jìn)行測量，包括：投影機，用于向骨骼表面投影預(yù)設(shè)圖案；工業(yè)相機，用于拍攝投影有所述預(yù)設(shè)圖案的骨骼表面的圖像；以及控制器，與所述投影機和所述工業(yè)相機通信，并在控制所述投影機向骨骼表面投影所述預(yù)設(shè)圖案的同時，控制所述工業(yè)相機拍攝投影有所述預(yù)設(shè)圖案的骨骼表面的圖像。

技術(shù)領(lǐng)域

本申請涉及醫(yī)療設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于骨科手術(shù)的光學(xué)三維掃描設(shè)備、在骨科手術(shù)中利用光學(xué)三維掃描設(shè)備對骨骼表面進(jìn)行測量的方法、骨科手術(shù)中的圖像注冊方法、手術(shù)機器人系統(tǒng)、電子設(shè)備以及非瞬時性計算機可讀存儲介質(zhì)。

背景技術(shù)

智能化手術(shù)設(shè)備是推動微創(chuàng)手術(shù)發(fā)展和普及的核心裝備，醫(yī)療機器人作為前沿技術(shù)重點研究內(nèi)容，是先進(jìn)科技融合的產(chǎn)物。骨科手術(shù)機器人是醫(yī)療機器人的細(xì)分領(lǐng)域，可實現(xiàn)更加個性化的手術(shù)方案設(shè)計和模擬，提供超越人手極限的手術(shù)定位精度，從而極大地方便了醫(yī)生的操作，有效降低并發(fā)癥風(fēng)險，提升手術(shù)質(zhì)量，縮短術(shù)后康復(fù)周期，并從總體上降低醫(yī)療費用。

基于骨科手術(shù)機器人系統(tǒng)進(jìn)行輔助定位、導(dǎo)向，從而完成骨科手術(shù)，一直以來都不斷朝著精準(zhǔn)化、微創(chuàng)化發(fā)展。在手術(shù)進(jìn)行過程中，患者術(shù)前拍攝的患處醫(yī)學(xué)影像(如CT等)與患者坐標(biāo)系進(jìn)行注冊的精度非常重要，該環(huán)節(jié)是基于骨科手術(shù)機器人系統(tǒng)的骨科手術(shù)的基礎(chǔ)和重要環(huán)節(jié)，其精度直接影響了整臺手術(shù)的精度。當(dāng)前基于骨科手術(shù)機器人系統(tǒng)的手術(shù)中，多采用手持探針的接觸式采樣方式來采集、測量骨表面的位置信息并與患者的術(shù)前圖像進(jìn)行注冊。

在現(xiàn)有技術(shù)中，接觸式的骨表面信息采集、測量方法使用的探針都帶有光學(xué)標(biāo)志點定位工具，當(dāng)操作人員手持探針的針尖部位刮取患者骨骼表面時，配合骨科手術(shù)機器人系統(tǒng)中的光學(xué)定位器，即可獲得針尖位置接觸到的骨骼表面的三維坐標(biāo)信息。當(dāng)探針針尖劃過的骨骼表面范圍足夠大時，即可測量出患者在術(shù)中暴露出的整個骨骼表面的形狀、位置等信息。此后，可將探針采集到的全部骨骼表面數(shù)據(jù)信息與患者術(shù)前拍攝的患處醫(yī)學(xué)影像進(jìn)行注冊，為后續(xù)基于骨科手術(shù)機器人系統(tǒng)的手術(shù)做好準(zhǔn)備。

然而，在骨科手術(shù)中，使用帶光學(xué)定位工具的探針刮取骨骼表面的傳統(tǒng)方法存在以下問題和缺陷。

首先，接觸式探針由于其工作原理，在術(shù)前需要對其進(jìn)行嚴(yán)格消毒，從而增加了操作流程步驟，導(dǎo)致手術(shù)準(zhǔn)備過程繁瑣、低效。而且，接觸式的探針采集獲取骨骼表面的信息時，需要使用探針刮過整個患者患處的骨骼表面，由于探針針尖較尖銳，與骨骼表面接觸時接觸面積很小，因此，刮取患處骨骼表面時效率較低、操作持續(xù)時間較長。

其次，探針接觸式的采集方式存在對患者的潛在傷害。而且，探針作為手術(shù)耗材，增加了醫(yī)患的手術(shù)成本。

再次，由于探針采集骨骼表面各點的空間三維位置坐標(biāo)是通過與骨科手術(shù)機器人系統(tǒng)中的光學(xué)定位器配合來獲取的，因此定位精度相對不高。

此外，由于接觸式探針刮取骨骼表面需要人為操作且操作耗時較長，不同操作者在操作過程中，使用探針接觸骨骼表面的力度、刮取骨骼表面時的采集密度等方面均存在個體性差異，以上不確定因素均會對下一步與患者術(shù)前拍攝的醫(yī)學(xué)影像注冊的精度造成影響。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決現(xiàn)有技術(shù)中出現(xiàn)的上述問題，本申請?zhí)峁┝艘环N用于骨科手術(shù)的光學(xué)三維掃描設(shè)備、在骨科手術(shù)中利用光學(xué)三維掃描設(shè)備對骨骼表面進(jìn)行測量的方法、骨科手術(shù)中的圖像注冊方法、手術(shù)機器人系統(tǒng)、電子設(shè)備以及非瞬時性計算機可讀存儲介質(zhì)。

根據(jù)本申請的一個方面，提供了一種用于骨科手術(shù)的光學(xué)三維掃描設(shè)備，用于在骨科手術(shù)中對骨骼表面進(jìn)行測量，所述設(shè)備包括：

投影機，用于向骨骼表面投影預(yù)設(shè)圖案；

工業(yè)相機，用于拍攝投影有所述預(yù)設(shè)圖案的骨骼表面的圖像；以及