[發明專利]用于置釘操作的脊柱手術機器人系統

有效

• 申請號: 202110700538.3
• 申請日: 2021-06-23
• 公開（公告）號: CN113876430B
• 公開（公告）日: 2022-11-29
• 發明（設計）人: 呂飛舟;邵明昊;唐文彬;宓海;蔡寧;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;A61B34/20;A61B34/10;A61B90/00;A61B17/92
• 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

1.一種用于置釘操作的脊柱手術機器人系統，其特征在于，包括：

路徑規劃模塊，用于生成置釘操作的規劃操作路徑，所述規劃操作路徑沿著手術對象的作業骨骼中組織密度梯度下降最快的方向分布；

執行模塊，用于執行所述置釘操作；以及

控制模塊，用于控制所述執行模塊按照所述規劃操作路徑執行所述置釘操作。

2.如權利要求1所述的脊柱手術機器人系統，其特征在于，所述路徑規劃模塊包括：

建模單元，用于根據所述作業骨骼的術前三維圖像建立所述作業骨骼的三維模型；

路徑規劃單元，用于在所述三維模型上形成所述規劃操作路徑。

3.如權利要求2所述的脊柱手術機器人系統，其特征在于，所述三維模型包括所述作業骨骼的結構信息，所述結構信息包括所述作業骨骼中各個位置的組織密度，所述組織密度和所述手術對象的基本信息相關。

4.如權利要求3所述的脊柱手術機器人系統，其特征在于，所述基本信息包括年齡、性別、身高、體重和病史。

5.如權利要求2所述的脊柱手術機器人系統，其特征在于，所述規劃操作路徑上的每一個位置具有對應的術前模擬反饋作用力，所述術前模擬反饋作用力與所述組織密度相對應。

6.如權利要求1所述的脊柱手術機器人系統，其特征在于，所述執行模塊包括：

置釘操作器，設置在手術執行臂的末端，用于執行所述置釘操作；以及

力學傳感裝置，設置在所述置釘操作器中，用于檢測所述置釘操作器受到的來自所述手術對象的作業骨骼的作用力。

7.如權利要求6所述的脊柱手術機器人系統，其特征在于，還包括：人機交互模塊，用于根據所述作用力生成模擬作用力，使操作者接收所述模擬作用力并通過所述控制模塊控制所述執行臂的移動。

8.如權利要求6所述的脊柱手術機器人系統，其特征在于，還包括安全模塊，用于實時監測所述作用力，當所述作用力超過安全范圍時，所述安全模塊控制所述執行臂停止所述置釘操作。

9.如權利要求2所述的脊柱手術機器人系統，其特征在于，還包括：

導航定位模塊，用于獲得所述作業骨骼的空間位姿和所述脊柱手術機器人的執行臂的空間位姿，建立所述作業骨骼和所述執行臂之間的空間映射關系；

所述控制模塊還包括：影像配準單元，用于將所述三維模型與所述手術對象的術中二維圖像進行配準，獲得配準圖像空間信息；空間映射單元，用于將所述配準圖像空間信息、所述作業骨骼的空間位姿和所述執行臂的空間位姿映射在統一空間坐標中；路徑轉換單元，用于將所述規劃操作路徑轉換為所述統一空間坐標中的手術操作路徑。

10.一種于置釘操作的脊柱手術機器人系統，其特征在于，包括：

路徑規劃模塊，用于生成置釘操作的規劃操作路徑，所述規劃操作路徑沿著手術對象的作業骨骼中組織密度梯度下降最快的方向分布；

執行模塊，包括置釘操作器，所述置釘操作器設置在手術執行臂的末端用于執行所述置釘操作；以及

控制模塊，用于根據所述規劃操作路徑和所述置釘操作器受到的來自所述手術對象的作業骨骼的作用力生成手術操作路徑，所述規劃操作路徑上的每一個位置具有對應的術前模擬反饋作用力，所述手術操作路徑上的每一個位置具有對應的所述作用力，在所述手術操作路徑上每個所述位置的所述作用力和所述術前模擬反饋作用力之間的第一差值在預設閾值范圍之內，所述控制模塊還用于控制所述執行模塊按照所述手術操作路徑執行所述置釘操作。

11.如權利要求10所述的脊柱手術機器人系統，其特征在于，所述控制模塊還用于在每個所述位置調整所述置釘操作器的方向，獲得多個方向上的多個所述作用力，比較所述多個作用力和所述位置的所述術前模擬反饋作用力之間的第二差值，取所述第二差值最小的方向作為所述置釘操作器的操作方向。

12.如權利要求10所述的脊柱手術機器人系統，其特征在于，所述執行模塊還包括力學傳感裝置，設置在所述置釘操作器中，用于檢測所述置釘操作器受到的來自所述手術對象的作業骨骼的作用力。