[發明專利]一種輔助機器人脊柱微創手術定位的手術床及其定位方法

有效

• 申請號: 202110020362.7
• 申請日: 2021-01-07
• 公開（公告）號: CN112618234B
• 公開（公告）日: 2022-09-16
• 發明（設計）人: 劉洪升;張聰;張堅
• 申請（專利權）人: 北京鑄正機器人有限公司
• 主分類號: A61G13/06
• 分類號: A61G13/06;A61G13/10;A61B34/30
• 代理公司: 北京千壹知識產權代理事務所(普通合伙) 11940
• 代理人: 熊蒙

1.一種輔助機器人脊柱微創手術定位的手術床，其特征在于，包括：

手術床框架；

多個控制移動單元，分別設置在手術床框架的上表面，所述的控制移動單元具有可升降的移動床面，各個控制移動單元的移動床面共同拼接成為手術床床面；

以及控制系統，與各個控制移動單元電連接，控制各控制移動單元的子床面進行升降使得目標椎體椎弓根與機器人定位裝置處于相對靜止狀態；

所述手術床的定位方法，包括：

控制系統獲取目標椎體椎弓根的位置變量，調節對應的控制移動單元的移動床面的升降使得目標椎體椎弓根與機器人定位裝置處于相對靜止狀態；

所述控制系統獲取目標椎體椎弓根的位置變量包括：

控制系統接收實時監測的患者呼吸頻率和呼吸氣體容量，通過計算得到目標椎體椎弓根的位置變量；

目標椎體椎弓根的位置變量的計算方法包括：

步驟S1，以頸椎的第一節段寰椎為原點建立xy坐標系，用C型臂X線機，正側位多次照射脊柱，然后經過圖像處理獲得脊柱各節段位置數據，經過數學運算擬合出患者整個脊柱的數學曲線：，其中a、b、c、d皆為常量；

步驟S2，用橢球狀氣囊來近似模擬人體的單側肺臟，并且橢球體最高點正對胸椎T8，用X線機多角度照射肺臟，并測量出患者在呼氣時候，即肺臟體積最小的時候的單側肺臟的長、寬、高，以此參數作為橢球的xyz三個軸長，橢球體的體積：；

步驟S3，通過儀器實時監測患者的呼吸頻率以及呼吸氣體容量，即肺臟擴張的容積，由此可得肺部擴張時候的總體積，近似認為是單個橢球體氣囊擴張總體積的兩倍：；

步驟S4，由于肺部主要向身體前后擴張，近似認為、不變，只是發生改變，擴張后氣囊仍然近似認為是橢球體，Y方向上的半軸變為，由此可計算得到，擴張后的橢球體Y方向上的變化量為：，在人體吸氣的時候，胸椎T8向上移動的距離即為；

步驟S5，當呼吸擴張時候，各個節段的椎體沿著椎體曲線的法向量方向擴張，通過線性差值的方法獲得各個椎體沿著其法向量的位移量，計算得到每個椎體橫截面的旋轉角度，再通過椎體的幾何特征數據計算得到目標椎體椎弓根的位置變量。

2.根據權利要求1所述的一種輔助機器人脊柱微創手術定位的手術床，其特征在于，所述的控制移動單元包括電機及傳動部件，所述的傳動部件分別與移動床面、電機的電機軸傳動連接，用于將電機軸的轉動轉換為驅動移動床面升降的直線往復運動。

3.根據權利要求2所述的一種輔助機器人脊柱微創手術定位的手術床，其特征在于，所述的移動床面包括用于承載的支撐部和與支撐部的非承載側相連的連接部；

所述的控制移動單元還包括固定在手術床框架的上表面的安裝座，安裝座內具有用于可滑動的安裝移動床面的連接部的滑道；

所述的傳動部件包括傳動軸，所述的傳動軸與電機的電機軸固定連接，傳動軸的另一端伸入安裝座的滑道內與移動床面的連接部螺紋連接。

4.根據權利要求3所述的一種輔助機器人脊柱微創手術定位的手術床，其特征在于，所述傳動軸的一端具有安裝軸孔，所述的電機軸插入安裝軸孔內并通過頂絲固定連接；所述傳動軸的另一端具有外螺紋結構，所述移動床面的連接部具有與外螺紋結構螺紋連接的內螺紋結構。

5.根據權利要求3所述的一種輔助機器人脊柱微創手術定位的手術床，其特征在于，所述安裝座的滑道內設置用于限制移動床面轉動的限位結構，所述移動床面的連接部上具有與限位結構配合的配合結構。

6.根據權利要求1所述的一種輔助機器人脊柱微創手術定位的手術床，其特征在于，所述控制系統連接用于實時監測目標椎體的位移量的雙目光學定位設備，形成閉環控制系統。

7.根據權利要求6所述的一種輔助機器人脊柱微創手術定位的手術床，其特征在于，所述雙目光學定位設備實時監測目標椎體的位移量，計算其與機器人定位裝置的定位位移量之間的差值，反向輸入給控制系統，通過多次迭代，使得目標椎體相對于機器人定位裝置趨于相對靜止。