[發(fā)明專利]基于光學定位導航的骨科手術(shù)機器人系統(tǒng)及其控制方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202210894297.5
• 申請日: 2022-07-27
• 公開（公告）號: CN115363773A
• 公開（公告）日: 2022-11-22
• 發(fā)明（設計）人: 高豐偉;鄭鵬營;呂磊;侯培言;張永碩;沈浩;周華明;張帥
• 申請（專利權(quán)）人: 上海由格醫(yī)療技術(shù)有限公司
• 主分類號: A61B34/37
• 分類號: A61B34/37;A61B34/00;A61B34/10
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• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明屬于醫(yī)療器械技術(shù)領(lǐng)域，公開了一種基于光學定位導航的骨科手術(shù)機器人系統(tǒng)及其控制方法，所述基于光學定位導航的骨科手術(shù)機器人系統(tǒng)包括：執(zhí)行臺車，用于進行移動，執(zhí)行用戶指定的固定針、螺釘?shù)奈恢茫龑в脩暨M行精準鉆孔、置釘操作；MR系統(tǒng)，用于提供一種交互式三維動態(tài)視景和行為系統(tǒng)仿真環(huán)境；提示系統(tǒng)，利用聲音和燈光兩種方式提醒患者和醫(yī)護人員，使儀器狀態(tài)信息傳達清晰；中控臺車，用于在骨科手術(shù)機器人中進行監(jiān)控跟蹤，擴展醫(yī)生視野，以保證手術(shù)過程的安全可控；安全防護系統(tǒng)，通過急停開關(guān)在手術(shù)過程當發(fā)生緊急情況時，進行切斷電源。本發(fā)明解決了傳統(tǒng)手術(shù)完全依靠醫(yī)生臨床經(jīng)驗的痛點，可模擬手術(shù)教學，縮短醫(yī)生培訓時間。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于醫(yī)療器械技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于光學定位導航的骨科手術(shù)機器人系統(tǒng)及其控制方法。

背景技術(shù)

醫(yī)療、護理和康復的需求不斷增加，同時由于人們對生活品質(zhì)追求的提高，使得醫(yī)療不管在質(zhì)上還是量上都要滿足更高水準的要求。另一方面，醫(yī)護人力相對缺乏，醫(yī)療及健康服務機器人具有巨大的發(fā)展?jié)摿Α９强剖中g(shù)機器人用數(shù)字化方式賦能醫(yī)生的“手”(機械臂)、“眼”(導航)和“腦”(智能規(guī)劃)，可有效解決傳統(tǒng)手術(shù)中過于依賴術(shù)者經(jīng)驗、無法實現(xiàn)標準化和不可重復化操作的臨床痛點。同時，因其操作簡單、學習曲線短等優(yōu)勢，骨科手術(shù)機器人的應用可助力骨科手術(shù)的精準化、微創(chuàng)化、智能化診療流程建設，將有效緩解國內(nèi)優(yōu)質(zhì)骨科手術(shù)醫(yī)療資源短缺與不斷增長的手術(shù)治療需求之間的矛盾，為更多骨科疾病患者提供更精準、更智能、更普惠的骨科手術(shù)解決方案。但是傳統(tǒng)骨科手術(shù)視野狹窄，定位精度低，手術(shù)創(chuàng)口大，失血多，醫(yī)患受輻射多，手術(shù)操作嚴重依賴臨床醫(yī)生經(jīng)驗。

通過上述分析，現(xiàn)有技術(shù)存在的問題及缺陷為：傳統(tǒng)骨科手術(shù)視野狹窄，定位精度低，手術(shù)創(chuàng)口大，失血多，醫(yī)患受輻射多，手術(shù)操作嚴重依賴臨床醫(yī)生經(jīng)驗。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供了一種基于光學定位導航的骨科手術(shù)機器人系統(tǒng)及其控制方法。

本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的，一種基于光學定位導航的骨科手術(shù)機器人系統(tǒng)，所述基于光學定位導航的骨科手術(shù)機器人系統(tǒng)包括：

執(zhí)行臺車，用于進行移動，執(zhí)行用戶指定的固定針、螺釘?shù)奈恢茫龑в脩暨M行精準鉆孔、置釘操作；

MR系統(tǒng)，用于提供一種交互式三維動態(tài)視景和行為系統(tǒng)仿真環(huán)境；通過患者的三維模型重建和虛擬手術(shù)環(huán)境，通過交互設備在虛擬環(huán)境中開展與實際手術(shù)相近的模擬手術(shù)，達到訓練和教學目的；在虛擬環(huán)境中直接觀測實時3D影像，制定合理的手術(shù)方案；

提示系統(tǒng)，用于在手術(shù)過程的每個階段中，利用聲音和燈光兩種方式提醒患者和醫(yī)護人員，使儀器狀態(tài)信息傳達清晰；

中控臺車，用于在骨科手術(shù)機器人中進行監(jiān)控跟蹤，擴展醫(yī)生視野，以保證手術(shù)過程的安全可控；

安全防護系統(tǒng)，通過急停開關(guān)在手術(shù)過程當發(fā)生緊急情況時，進行切斷電源；

手術(shù)操作模塊，通過軟件程序提供給用戶手術(shù)操作。

進一步，所述執(zhí)行臺車包括：骨鉆系統(tǒng)、跟蹤系統(tǒng)、機械臂系統(tǒng)；機械臂系統(tǒng)分為兩種：術(shù)中指引、輔助鉆孔；在軟件端做好術(shù)前規(guī)劃后，機械臂末端按照預定的規(guī)劃路徑到達指定的位姿狀態(tài)；手術(shù)過程中病患位置當出現(xiàn)變動，機械臂系統(tǒng)根據(jù)新的位姿進行實時變換。

進一步，所述骨鉆系統(tǒng)安裝于機械臂末端法蘭處，用于給規(guī)劃鉆孔位置進行鉆孔，代替人工手持骨鉆進行鉆孔；骨鉆系統(tǒng)包括兩個部分：骨鉆運動模塊、進給機構(gòu)模塊；進給機構(gòu)模塊，采用一個電機伺服，保持骨鉆末端的進給，當?shù)竭_指定位置時，骨鉆運動模塊開始運動，鉆孔過程保持骨鉆正轉(zhuǎn)，鉆孔完成后骨鉆反轉(zhuǎn)退出。