本发明专利技术涉及一种将手术器械相对于患者身体(C1)进行定位的机器人装置(2)。所述装置包括第一机械臂(35)，其一端设有一与至少一件手术器械紧密连接的组件，用于例如持握、移动、定位并引导所述手术器械；将所述第一臂相对于所述身体(1)进行解剖上调准的组件，所述调准是如下进行的：将在手术中获得的所述患者的解剖区域的图像，相对于预先通过传感器所获得的图像进行调准，从而用于实时检测所述解剖区域的内部移动；和基于所检测到的移动补偿所述第一臂移动的组件。这种装置的特征在于，所述的装置包括至少一个第二机械臂(4)，在其一端设有用于检测所述解剖区域的所述内部移动的所述传感器，所述检测传感器接触定位于所述解剖区域；和用于控制所述第一臂(3)相对于所感测到的内部移动和相对于引发所述第二臂(4)的外部移动定位的组件。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】将手术器械相对患者身体进行定位的机器人辅助装置本专利技术属于医疗领域，尤其涉及准备和实施外科手术的操作方法学。本专利技术具体涉及一种解剖医学成像，用于进行机器人辅助的外科手术。本专利技术发现一种优选的(但不限于)脊柱解剖区域的外科手术应用。为了这个目的，本专利技术涉及一种将手术器械相对患者身体进行定位的装置。应注意，将基于腰部脊柱、脊柱前凸症的前弯曲级手术的具体实施例描述本专利技术。然而，本专利技术也可用于低位和高位颈部脊柱、背部或胸部脊柱，以及骶部脊柱和尾椎的手术。在该解剖区域，外科手术是精细、周密以及具有风险的操作，其需要对椎骨进行钻孔、破骨或打磨，解剖肌肉、韧带、椎间盘，同时避免损伤脊髓、神经根、血管和神经。例如，常规实行的手术包括在腰椎椎管狭窄或椎间盘突出的情况下进行的椎板切除术、(神经)根减压术(radicular release);通过在椎弓根打螺钉而融合脊椎的关节固定术；通过向椎体中注射骨水泥的椎体成形术和椎体后凸成形术。为了减少住院治疗并有利于患者的康复，这些手术在尽可能小的操作通道中实施，甚至通过微创或经皮的手术来进行。由于出血造成能见度降低，操作通道的狭窄性使得术者的精细操作变得非 常困难。在这种情况下，椎弓根螺钉的误放率升至25%，严重误放率(aggressive misplacements)占到 3-5%。为了提高其操作的精确度，外科医生现在使用解剖医学成像系统，特别是透视和导航。首先，透视在一定时间内产生X射线，从而连续获得图像并生成一个直观图，而外科医生可以实时监控其器械在解剖结构中的进度。然而，由于长时间、反复暴露于这些离子射线对医务人员和患者都有害，因此这项技术的使用有着特定的限制。另一方面，导航能够在手术前或手术中影像上观察到虚拟工具，使得外科医生能够在上面实时观察到他的器械的进展，在3D导航中更是如此。然而，第一个缺陷来自于定位手术工具的复杂运算，这会造成近似情况(approximation)并导致错误定位。此外，现有技术需要在患者身体上定位固定标记物，例如，目前有创地打入脊柱，用于导航系统中图像采集器件(image-acquisition optics)的导向。此外，这些技术不能处理术者在进行外科操作时人为作业相关的失误，尤其是在向椎弓根拧螺钉前的钻孔加压步骤中。这就是开发机器人系统辅助手术的原因，其能够帮助外科医生从机械上保证外科操作的精确度和可重复性。在这种情况下，另一个在术中出现的问题在于患者本身的呼吸和心跳造成的解剖学移位的管理。具体地，呼吸依赖于膈肌运动，产生胸廓和肺部运动，助于气体交换。肌肉活动造成周边解剖结构，例如腹部和脊柱的变形。变形的程度取决于分钟通气量(MV)，根据它的体积和频率，也取决于患者的体位，即站立位、坐位、俯卧位、仰卧位或侧卧位。在脊柱手术中，胸椎的移动程度较大，而腰椎的移动程度较小。此外，特定椎骨的移动可经外科医生的动作进行调整，这也是他手术中的一部分，即当他在钻孔或对骨骼结构进行破骨，或切断肌肉或韧带时，也能够支撑起椎骨结构。为了限制腰部手术中的这些移动，当入路路径允许时，患者取俯卧位，注意使腹部在低于胸廓部分的位置自由运动。然后由机械部件和手术台的附件将患者以该体位进行固定。这个特定的俯卧位能显著减小腰部脊柱的运动幅度。然而，呼吸以及尤其由手术造成的外力导致腰部脊柱往复循环并临时性地移动数毫米，而外科医生则需要仰仗他的灵巧度和视力来对此进行弥补。在机器人辅助操作的情况下，为维持比外科医生更高的机械精准度，非常重要的是对这些运动进行测量并使机械臂能够自动调整适应这些运动，而伴随这些运动的则是与目标速度相当的实施速度。为了这个目的，为与术前3D成像中的术前计划相一致，应测量解剖目标，即腰椎的移动，并实时地对其进行补偿，从而使该装置在辅助定位中维持高度的精确性。目前，包括在导航中，采用将标记物拧入脊椎的方法。其后通过某一计算方法计算图像中显示的定位标记补偿，并将其实时传入机械臂。然而，这种办法的缺陷仍然是有创的。此外，标记物的光学识别存在被术者遮挡的风险，而光学识别信号被传送所述的计算环节，并产生与相对于所捕获的解剖学位移不同的机械臂的移动。US2006/142657中对该方法进行了部分描述，其涉及含有第一机械臂和第二被动臂(passive arm)的系统。所述第一机械臂执有器械，包括手术器械，而第二臂则在其远末端与固定于目标解剖区域骨骼内的标记物构成一体。因此，骨骼的移动诱发标记物的移动，通过被动臂捕获后传 入机械臂。然而，没有成像的情况下，该方法仅限于只能对骨骼手术，并不能够补偿其他组织的位移。简而言之，骨骼中的机械固定能跟随所述区域的移动。W02007/002926设计了一种无创的方法，其记载为了治疗肿瘤而照射组织用的机器人系统。具体地，第一机械臂载有一种辐射发射源，“LINAC”。第二臂仅支撑在待治疗解剖区域放置的超声探头并记录所述区域的图像。这些图像用于计算解剖区域的内部移动。然而，探头的空间位置由独立、额外的光学系统测定，仍然会造成上述的问题。本文还提供了使用放置在解剖区域的标记物，直接放在皮肤上。测定这些标记物的移动能确定所述解剖区域的外部移动。此外，需要通过基于对数学模型的处理得到用于纠正LINAC轨迹的相对坐标，其与实际测得的解剖区域内部和外部的移动相关。这种计算需要大量的处理时间，从而使其在解剖区域(如脊柱)的操作中的应用具有一定难度，且其经常出现不同程度的错误。DE102008022924记载了另一种方法。一种携带机械臂，被称为“C-臂”的成像系统能够实施一系列拍摄，经过处理后能显示目标解剖区域的移动。然而，C臂仅作为一种辅助，取决于拍摄所需方向定位所述的成像系统。这个臂无法根据所述解剖区域的移动而移动。简单地说，一旦进行定位，臂就保持不动，否则改变它的位置，而不考虑目标的移动。此外，通过与解剖区域外部粘合的微球形标记物，实现对该区域移动的监控。同样，采用独立的光学或电磁学系统来捕获所述标记物的移动，并通过相同的所述解剖区域的外部移动进行演算。通过数学处理来进行演算，从而引导另一个执有器械(包括手术器械)的机器人。US2008/033410中提及另一相关的典型方法，其描述了单个机械臂和固定支架，其初始设定，并且不能根据所测定的位移而产生任何移动。事实上，所述支架包括通过套筒夹具在末端连接的管子，套筒夹具使其之间互相相连为一体。为了调节其相对位置，则需要松开所述的夹具，改变方向，然后再夹紧夹具。此外，同样地，该系统使用一显示器，所述显示器采用不是非常精准的额外光学体系 本专利技术的目的是针对本领域现有的缺陷，提供用于将手术器械相对于患者身体进行定位的装置，使用至少一个用于支撑至少一件手术器械的第一机械臂，以及同样为机械臂的第二牵拉臂。该第二机械臂旨在实时、精确地测定所述身体的移动，并将其与所述第一臂进行通信，从而相应地补偿它的位置。具体地，所述的第二臂能够测定所需治疗的解剖区域的内部和外部移动。在另一方面，通过适当的传感器来测定内部移动，尤其是通过在目标解剖区域之前的、患者皮肤上接触放置的超声探头。通过这样实时捕获的内部移动，可以将这些内部的位移传送至所述第一机械臂，从而对其轨迹进行补偿。在这方面，应注意，通过将手术中获得的区本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种将手术器械相对于患者身体(1)进行定位的机器人装置(2)，包括：‑第一机械臂(3)，其一端设有与至少一件手术器械形成整体的组件，从而持握、移动、定位和引导所述的手术器械；‑用于对所述第一臂相对于所述身体(1)进行解剖上调准的组件，所述调准是如下进行的：将手术中获得的所述患者的解剖区域的图像，相对于预先获得的图像进行调准；‑用于实时检测所述解剖区域的内部移动的传感器，和基于所述被检测到的移动对所述第一臂的移动进行补偿的组件；其特征在于，包括：‑至少一个第二机械臂(4)，其一端设有用于检测所述解剖区域的内部移动的所述传感器，所述检测传感器被接触置于所述解剖区域；‑用于控制所述第一臂(3)定位的组件，既基于所述所检测到的内部移动又基于引发所述第二臂(4)的外部移动进行控制。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.11.30 FR 11609741.一种将手术器械相对于患者身体(1)进行定位的机器人装置(2)，包括: -第一机械臂(3)，其一端设有与至少一件手术器械形成整体的组件，从而持握、移动、定位和引导所述的手术器械； -用于对所述第一臂相对于所述身体(1)进行解剖上调准的组件，所述调准是如下进行的:将手术中获得的所述患者的解剖区域的图像，相对于预先获得的图像进行调准； -用于实时检测所述解剖区域的内部移动的传感器，和基于所述被检测到的移动对所述第一臂的移动进行补偿的组件； 其特征在于，包括: -至少一个第二机械臂(4)，其一端设有用于检测所述解剖区域的内部移动的所述传感器，所述检测传感器被接触置于所述解剖区域； -用于控制所述第一臂(3)定位的组件，既基于所述所检测到的内部移动又基于引发所述第二臂(4)的外部移动进行控制。2.如权利要求1所述的机器人装置(2)，其...
【专利技术属性】
技术研发人员：P·梅耶，B·纳胡，F·巴达诺，P·图尔，
申请(专利权)人：法国医疗科技公司，
类型：发明
国别省市：法国;FR
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