[發明專利]脊柱手術機器人的路徑規劃系統及機器人系統

有效

• 申請號: 202110700532.6
• 申請日: 2021-06-23
• 公開（公告）號: CN113876429B
• 公開（公告）日: 2023-01-20
• 發明（設計）人: 呂飛舟;邵明昊;唐文彬;宓海;蔡寧;錢進;姜建元
• 申請（專利權）人: 上海極睿醫療科技有限公司
• 主分類號: A61B34/30
• 分類號: A61B34/30;A61B34/10;A61B34/00;A61B17/16;A61B90/00
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司 31100
• 代理人: 杜娟;駱希聰

本發明提供了一種脊柱手術機器人的路徑規劃系統及脊柱手術機器人系統。該路徑規劃系統包括：建模單元，用于根據手術對象的作業骨骼的術前三維圖像建立所述作業骨骼的三維模型；以及路徑規劃單元，用于在所述三維模型上形成脊柱手術的規劃操作路徑，所述規劃操作路徑包括所述作業骨骼所在的三維空間中的至少一條三維曲線，脊柱手術機器人根據所述規劃操作路徑適于從所述作業骨骼中截取至少一塊完整的目標骨骼。根據本發明可以在脊柱截骨減壓手術中截取出完整的目標骨骼，有助于患者后續的恢復。

技術領域

本發明主要涉及手術機器人領域，尤其涉及一種脊柱手術機器人的路徑規劃系統及脊柱手術機器人系統。

背景技術

脊柱在人體內起到承重、保護脊髓、小范圍運動的作用，保持脊柱結構的穩定對發揮其作用至關重要。隨著老齡化的加劇，脊柱領域的發病率越來越高，比如脊部腫瘤、脊部創傷、退行性病變、脊柱畸形等脊柱疾病無不危害著人體的健康，并呈現出年輕化趨勢。對于上椎間盤突出、椎管狹窄等造成脊髓神經壓迫病癥常采用脊柱截骨減壓術進行治療。其原理是將限制椎管的椎板切除，釋放被壓迫的血管和神經。目前脊柱截骨減壓手術過程中多采用傳統的“徒手操作”模式，需要手術醫生使用咬骨鉗等手術器械來切除關節突及椎板。由于脊柱結構復雜，周圍布滿脊髓、血管、神經根、黃韌帶等重要結構，使得徒手手術風險很大，對手術醫生的技術水平、體力、心理素質等有較大考驗。此外，脊柱手術中，特別是在脊柱微創手術中需要進行大量的X光片拍攝，使得手術醫生與病患長期處于輻射下，易受到較大的輻射損傷。

隨著醫療器械技術的發展，自動化手術器械被越來越多的引入臨床輔助醫生進行手術。對于脊柱截骨減壓術式，醫生可以采用高速磨鉆、超聲骨刀等器械來完成脊椎節突及椎板的切除，有效降低手術醫生在手術中的體力負荷。隨著手術機器人技術的發展，還可以采用具有機械臂的手術機器人來輔助執行脊柱手術。在脊柱截骨減壓手術中，通常會將由咬骨鉗取下的骨骼作為植骨回填到患者椎間盤內，這種方式有利于患者后續的骨融合與恢復。然而，無論是醫生手執磨鉆或超聲骨刀進行截骨，還是采用椎板磨削手術機器人輔助截骨的方式，在手術過程中都是將所需截下的骨骼完全粉碎或燒融。這種方式將本可以用于后續骨融合的患者自身骨骼完全破壞，不能作為回填材料，不利用患者后續的恢復。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種可以完整截取目標骨骼的脊柱手術機器人的路徑規劃系統及脊柱手術機器人系統。

為解決上述技術問題，本發明提供了一種脊柱手術機器人的路徑規劃系統，其特征在于，包括：建模單元，用于根據手術對象的作業骨骼的術前三維圖像建立所述作業骨骼的三維模型；以及路徑規劃單元，用于在所述三維模型上形成脊柱手術的規劃操作路徑，所述規劃操作路徑包括所述作業骨骼所在的三維空間中的至少一條三維曲線，脊柱手術機器人根據所述規劃操作路徑適于從所述作業骨骼中截取至少一塊完整的目標骨骼。

在本發明的一實施例中，所述目標骨骼包括與所述作業骨骼相連接的連接面，所述至少一條三維曲線位于所述連接面上。

在本發明的一實施例中，所述連接面具有第一邊界和第二邊界，所述三維曲線包括一條連續曲線，所述連續曲線在所述第一邊界和第二邊界之間來回繞行，所述連續曲線不與自身相交。

在本發明的一實施例中，所述連續曲線包括多段在所述第一邊界和所述第二邊界之間沿第一方向延伸的曲線，多段所述曲線中相鄰兩條曲線之間的距離各不相等。

在本發明的一實施例中，多段所述曲線中相鄰兩條曲線之間的距離沿第二方向逐漸增大或減小，所述第二方向垂直于所述第一方向。

在本發明的一實施例中，多條所述三維曲線中的每一條三維曲線沿第三方向延伸，并貫穿所述連接面，所述多條三維曲線彼此之間不相交。

在本發明的一實施例中，所述多條三維曲線中相鄰兩條三維曲線之間的距離各不相等。