[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

本發明提供了一種用于置釘操作的脊柱手術機器人系統，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。本發明的脊柱手術機器人系統通過路徑規劃模塊生成的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，使執行模塊在執行置釘操作時從密度較低的松質骨處置入，所受到的阻力小，保證了置釘手術的安全性。

技術領域

本發明主要涉及手術機器人領域，尤其涉及一種用于置釘操作的脊柱手術機器人系統。

背景技術

隨著頸椎外科技術的進步以及對頸椎局部解剖學研究的不斷深入，頸椎后路置釘技術得到快速的發展。后路頸椎椎弓根螺釘固定術是脊柱疾病治療的革命性創新，頸椎椎弓根螺釘固定的生物力學穩定性要優于頸椎其他各種固定技術，甚至超過前路鈦板加后路側塊固定的穩定性，是一種矯正頸椎后凸畸形、進行頸椎的固定融合以及治療頸椎骨折脫位等頸椎疾病的理想固定方法。

在對患者開展后路頸椎椎弓根螺釘術時，需要將椎弓根螺釘置入到人體的后路頸椎中?，F有的置入方式都是依靠手術醫生徒手執行，這種方式不僅依賴手術醫生的經驗，而且人手操作容易產生偏差導致椎弓根螺釘置入偏離正確軌道，從而降低手術成功率，手術失誤后可能造成脊髓神經根損傷及椎動脈損傷等不可逆性損害甚至危及患者生命。同時在對后路頸椎椎弓根置入螺釘時，受患者具體情況的影響，可能需要對多個后頸椎椎弓根進行螺釘置入，而這種操作無疑更大的加重了手術的難度，更加考驗醫生的技術。

隨著醫療器械技術的發展，機器人技術在手術中的應用越來越多。目前在后路頸椎椎弓根螺釘固定術中，手術機器人主要起到醫學影像建模、輔助定位和導航的作用，椎弓根螺釘的植入還是需要由手術醫生來完成。由于后路頸椎椎弓根不但細小而且還處于四周由椎動脈、脊髓和上、下位神經根所形成的狹窄空間中，使椎弓根螺釘的置入難度和危險性都相應增大。手術醫生即便根據術前影像來規劃置入釘道，也無法解決所規劃釘道偏移正確位置的問題。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種安全可靠的用于置釘操作的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。

在一些實施例中，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。

在一些實施例中，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。

在一些實施例中，所述基本信息包括年齡、性別、身高、體重和病史。

在一些實施例中，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。

在一些實施例中，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。

在一些實施例中，所述控制模塊還用于根據所述規劃操作路徑和所述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；以及所述控制模塊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。