基于主副机器人相互协作的颅面骨畸形整复全程精确手术系统技术方案

一种基于主副机器人相互协作的颅面骨畸形整复全程精确手术系统，包括机械手臂、颅面截骨铣刀装置、骨瓣抓持装置、脑室镜检测装置、用于临床医生佩戴的AR眼镜、电脑、显示屏、控制系统和定位标志器，所述机械手臂包括主机械手臂和辅助机械手臂，所述脑室镜检测装置安装在所述颅面截骨铣刀装置上，所述颅面截骨铣刀装置安装在所述主机械手臂的末端；所述骨瓣抓持装置安装在所述辅助机械手臂的末端。本实用新型专利技术提出一种基于主副机器人相互协作的颅面骨畸形整复手术系统，能够实现三维手术方案与小儿患者脑颅叠加并自动跟踪和导航定位、主要由主副机器人相互协调，实现手术操作、医生可适时介入的。

Accurate surgical system for craniofacial deformity reconstruction based on cooperation of primary and secondary robots

A whole-course precise surgical system for craniofacial deformity repair based on the cooperation of primary and secondary robots includes a mechanical arm, a craniofacial osteotomy milling cutter device, a bone flap grasping device, a ventricle mirror detection device, AR glasses for clinical doctors, a computer, a display screen, a control system and a positioning marker. The mechanical arm includes a main arm and an auxiliary mechanical arm, and the brain. The chamber mirror detection device is installed on the craniofacial osteotomy milling cutter device, the craniofacial osteotomy milling cutter device is installed at the end of the main mechanical arm, and the bone flap grasping device is installed at the end of the auxiliary mechanical arm. The utility model proposes a craniofacial deformity reduction operation system based on the cooperation of the main and auxiliary robots, which can realize the superposition of three-dimensional operation scheme with the brain of children patients, automatic tracking and navigation positioning, coordination between the main and auxiliary robots, operation operation and timely intervention of doctors.

【技术实现步骤摘要】
基于主副机器人相互协作的颅面骨畸形整复全程精确手术系统
本技术涉及脑外科手术领域，尤其是一种用于小儿颅面骨畸形整复全程精确手术的主副机器人结合的人机协作手术系统。
技术介绍
颅面骨畸形造成的原因有很多，但主要是由先天性颅缝早闭导致的。颅缝早闭是一种颅骨先天发育障碍性疾病，指在婴儿出生前后出现的单一或多个颅缝过早骨化闭合而形成的各种头颅畸形，可伴发或继发慢性颅内压增高，头颅、眼眶、颖骨等的发育异常。严重者可出现一些合并症，如脑积水、颅内高压、小脑扁桃体病，视神经受压、视力减退、斜视等视觉功能障碍。还可因早闭颅缝的不同和严重程度的区别所导致的其它颅面畸形，如眼眶的不对称、眶距过宽等。目前，手术是治疗颅面骨畸形的最主要方法，根据大脑和颅骨生长发育的规律，只有在2周岁前完成手术对颅骨塑形和大脑发育才有意义，而针对小儿的开颅手术难度大，风险很高，需要提高手术的精准度。手术治疗颅面骨畸形的历史已有百年余之久。从条状的颅骨和颅缝切除术到扩大的全颅大型截骨重塑，以及后来发展的颅缝截骨牵引成骨技术、内镜下颅缝切除联合头盔矫治术，近年来脑科领域随着电脑辅助设计和制造技术的发展也得到了相应的发展，在手术前通过病人脑颅骨CT数据，运用专业软件设计规划手术方案，然后根据手术方案设计出相对应的手术导板，最后运用3D打印等技术制作出个性化的手术导板，临床手术时只需将手术导板固定在患者头颅上，医生操作手术刀按照导板上设计好的引导路线进行手术，这样就能使预先设计的手术方案在相应的手术中实现。应用导板引导的电脑辅助技术进行颅缝早闭手术的最大问题是，导板手术只能完成导板引导的截骨，而骨瓣修整、移位和固定只能由医生徒手完成，因此无法实现全程精确手术。另外，手术时截骨的骨瓣大小和形状与手术设计时误差较大，而且截骨时骨瓣发生漂移，造成截骨后骨瓣拼接不精确，矫正效果不理想等。同时手术仍然需要医生实施，劳动强度较大，手术时间长，导致麻醉使用量，造成很多并发症，同时手术创伤大，出血量多，对患者尤其是小儿术后恢复还有很大影响。目前，机器人手术技术已经有临床应用，其中最为出名的是由美国IntuitiveSurgical公司推出的达芬奇外科手术机器人系统，可以实现腹腔内众多脏器的微创手术。但目前专门针对大型骨科截骨手术尤其是颅面骨畸形矫正手术的机器人系统还处于初期研发阶段，离临床应用还较远。
技术实现思路
为了解决现有颅面骨畸形整复手术对医生经验的依赖、医生劳动强度较大、手术时间长，麻醉量大，精度低，手术创伤大，以及基于导板的小儿颅面骨畸形整复手术的灵活性不足、且只能完成截骨引导而不能实现修整、移位和固定的全程引导、基于图像的导航手术时不直观等问题，本技术提出一种基于主副机器人相互协作的颅面骨畸形整复全程精确手术系统及其手术操作方法，其过程主要是由临床医生手工分离头皮组织，暴露术区脑颅骨，进一步由主机器人根据术前规划的截骨方案在脑颅上按设定路线进行精确截骨骨瓣，同时辅助机器人协助主机器人固定该截骨的骨瓣位置，防止出现因截骨漂移造误差；在主机器人完成截骨后，辅助机器人迅速通过骨瓣抓持器对截骨后的骨瓣进行移位以协助主机器人完成后续的拼接固定，从而实现截骨、骨瓣修整及移位、固定的全程精确手术操作；同时临床医生佩戴设定好的可自动跟踪和导航定位的增强现实眼镜，可适时介入人工干预并协调机器人精确完成整个手术操作过程。本技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于主副机器人相互协作的颅面骨畸形整复手术系统，包括机械手臂、颅面截骨铣刀装置、骨瓣抓持装置、脑室镜检测装置、用于临床医生佩戴的AR眼镜、电脑、显示屏、电脑电脑、控制系统和定位标志器，所述机械手臂包括主机械手臂和辅助机械手臂，所述脑室镜检测装置安装在所述颅面截骨铣刀装置上，所述颅面截骨铣刀装置安装在所述主机械手臂的末端；所述骨瓣抓持装置安装在所述辅助机械手臂的末端，所述主机械手臂、辅助机械手臂分别通过控制系统与所述电脑连接，所述电脑与所述显示屏连接；所述定位标志器包括用于固定到患者脑部上的固定部分和用于AR眼镜和机械手臂定位的标记部分，所述标记部分位于AR眼镜和机器视觉能观察到的区域，所述标记部分上设有多个定位标志点；所述定位标志器包括用于建立患者脑颅骨的世界坐标系的全局定位标志器和用于骨瓣切割移位建立局部坐标系的局部定位标志器；所述机械手臂的末端上还设有用于识别定位标志器上定位标志点的传感器模块，所述传感器模块与电脑连接，所述控制系统还与AR眼镜连接；所述传感器模块包括位移传感器和视觉传感器所述主机械手臂、辅助机械手臂均为六自由度机械臂。本技术中的功能模块、控制系统，均由硬件电路实现。本技术的有益效果主要表现在：1、基于主副机器人相互协作的颅面骨畸形整复手术系统及其手术操作方法大大的减少了现有手术对医生经验的依赖，进一步提高了手术的普遍性，很大程度上提高了颅面骨整复手术的精确性；2、主副机器人相互协作颅面骨畸形整复手术很大程度上减轻了临床医生的劳动强度，有效的提高了手术效率，大大提高了手术安全性；3增强现实技术的融入增加了进一步提高手术的安全性；4医生可适时介入手术操作，进一步提高了手术的安全保障，符合科学技术的发展大潮流，有利于该项技术的推广。附图说明图1是本技术的手术过程示意图。图2是安装在颅面截骨铣刀装置上的脑室镜监测装置示意图。图3是安装在骨瓣抓持装置上的吸盘的结构示意图。图4是佩戴好全局定位标志器的巨颅症小儿患者示意图。图5是巨颅症小儿患者颅顶模型及术前方案设计示意图。图6是设计的脑颅骨骨瓣局部定位标记示意图。图7是电脑辅助设计的巨颅症小儿患者术后骨瓣拼接示意图。具体实施方式下面结合附图对本技术的具体实施方式做进一步详细的说明。参照图1～图7，一种基于主副机器人相互协作的颅面骨畸形整复手术系统，包括机械手臂1、颅面截骨铣刀装置3、骨瓣抓持装置4、脑室镜检测装置10、用于临床医生7佩戴的AR眼镜2、电脑9、显示屏5、控制系统6和定位标志器，所述机械手臂包括主机械手臂1a和辅助机械手臂1b，所述脑室镜检测装置10安装在所述颅面截骨铣刀装置3上，所述颅面截骨铣刀装置3安装在所述主机械手臂1a的末端，所述骨瓣抓持装置4安装在所述辅助机械手臂1b的末端，所述主机械手臂1a、辅助机械手臂1b分别通过控制系统6与所述电脑9连接，所述电脑9与所述显示屏5连接；所述定位标志器包括用于固定到患者脑部上的固定部分和用于AR眼镜2和机械手臂定位的标记部分，所述标记部分位于AR眼镜2和机器视觉能观察到的区域，所述标记部分上设有多个定位标志点；所述定位标志器包括用于建立患者脑颅骨的世界坐标系的全局定位标志器11a和用于骨瓣切割移位建立局部坐标系的局部定位标志器11b；所述机械手臂的末端上还设有用于识别定位标志器上定位标志点的传感器模块，所述传感器模块与电脑连接9，所述控制系统6还与AR眼镜2连接；所述传感器模块包括位移传感器和视觉传感器，所述主机械手臂、辅助机械手臂均为六自由度机械臂。本技术中的功能模块、控制系统，均由硬件电路实现。颅面截骨铣刀装置3及脑室镜监测装置10安装在一台主机械手臂的末端，颅面截骨铣刀装置3用于截骨骨瓣、切除病灶等操作，脑室镜监测装置10用于实时动态监测手术部位的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于主副机器人相互协作的颅面骨畸形整复全程精确手术系统，其特征在于：包括机械手臂、颅面截骨铣刀装置、骨瓣抓持装置、脑室镜检测装置、用于临床医生佩戴的AR眼镜、电脑、显示屏、控制系统和定位标志器，所述机械手臂包括主机械手臂和辅助机械手臂，所述脑室镜检测装置安装在所述颅面截骨铣刀装置上，所述颅面截骨铣刀装置安装在所述主机械手臂的末端，所述骨瓣抓持装置安装在所述辅助机械手臂的末端，所述主机械手臂、辅助机械手臂分别通过控制系统与所述电脑连接，所述电脑与所述显示屏连接；所述定位标志器包括用于固定到患者脑部上的固定部分和用于AR眼镜和机械手臂定位的标记部分，所述标记部分位于AR眼镜和机器视觉能观察到的区域，所述标记部分上设有多个定位标志点；所述定位标志器包括用于建立患者脑颅骨的世界坐标系的全局定位标志器和用于骨瓣切割移位建立局部坐标系的局部定位标志器；所述机械手臂的末端上还设有用于识别定位标志器上定位标志点的传感器模块，所述传感器模块与电脑连接，所述控制系统还与AR眼镜连接；所述传感器模块包括位移传感器和视觉传感器，所述主机械手臂、辅助机械手臂均为六自由度机械臂。

【技术特征摘要】
1.一种基于主副机器人相互协作的颅面骨畸形整复全程精确手术系统，其特征在于：包括机械手臂、颅面截骨铣刀装置、骨瓣抓持装置、脑室镜检测装置、用于临床医生佩戴的AR眼镜、电脑、显示屏、控制系统和定位标志器，所述机械手臂包括主机械手臂和辅助机械手臂，所述脑室镜检测装置安装在所述颅面截骨铣刀装置上，所述颅面截骨铣刀装置安装在所述主机械手臂的末端，所述骨瓣抓持装置安装在所述辅助机械手臂的末端，所述主机械手臂、辅助机械手臂分别通过控制系统与所述电脑连接，所述电脑与所述显示屏连接；所述定位标志器...

【专利技术属性】
技术研发人员：王卫彬，程康杰，刘云峰，姜献峰，董星涛，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：新型
国别省市：浙江,33