脊柱手术机器人系统技术方案

本发明专利技术提供了一种脊柱手术机器人系统，包含机器人手术控制系统(101)与分布式机器人控制系统(103)；所述脊柱手术机器人系统包含连接至机器人手术控制系统(101)和/或分布式机器人控制系统(103)的如下任一个或任多个结构：机器人机械臂；机器视觉控制系统(106)；X光机(109)。本发明专利技术还提供了一种上述的脊柱手术机器人系统的控制系统。本发明专利技术使用两个或更多个多轴机器人机械臂进行机器人手术，机器人机械臂的动作相互协调，就像外科医师或手术团队的手一般；一个机器人机械臂在执行手术步骤时会执行与另一个机器人机械臂互补的功能。

Robot system for spinal surgery

The present invention provides a spine surgery robot system comprising a robot surgery control system (101) and a distributed robot control system (103); the spine surgery robot system comprises one or more of the following structures connected to a robot surgery control system (101) and/or a distributed robot control system (103): Robot manipulator; machine vision control system (106); X ray machine (109). The invention also provides a control system for the above spinal surgery robot system. The present invention uses two or more multi-axis robotic manipulators to perform robotic surgery. The robotic manipulators coordinate with each other, just like the hands of a surgeon or a team of surgeons; one robotic arm performs complementary functions with the other robotic arm when performing the operation steps.

【技术实现步骤摘要】
脊柱手术机器人系统
本专利技术涉及医疗器械领域、机器人微创脊柱手术领域，具体地，涉及一种脊柱手术机器人系统。
技术介绍
ISO将工业机器人定义为：可自动控制的、可重复编程的、并且可对三个或三个以轴进行编程的多用途机械手。自20世纪60年代以来，工业机器人的应用就开始应用至今，而汽车行业就率先应用了这种技术。后来，其他行业将机器人应用到他们的制造流程中，提高了生产力、准确性和可重复性。自二十世纪九十年代初开始，机器人就开始被用于骨科手术。ROBODOC系统是使用第一个使用带磨钻的施行骨切除而实现关节置换的机器人。该机器人以一种合适的形状和方向对骨表面进行成形加工以接收假体。其后，MAKOSurgical生产了RIO系统，用于进行部分膝关节和全髋关节的置换手术。MazorRobotics研发了名为“文艺复兴”的机器人手术系统来辅助施行脊柱手术。在机器人
，终端受动器是机器人系统的一部分，可直接与环境进行交互。它有时被称为机械手臂末端工具或简称EOAT。工业机器人中的终端执行器中的一些例子包括：进行拾取和放置物品时的夹具、用于焊接操作的电弧焊机，以及用于喷漆作业的喷漆喷嘴等。目前，脊柱手术机器人被用于在手术中对目标椎弓根进行轴向瞄准和对插入椎弓根的手术器械和植入物的深度进行控制，而软件则被用来根据患者的CT数据帮助外科医师在虚拟环境中确立手术方案。手术期间，定位支架可被安置在患者脊柱上以用作固定基座，然后通过前后位(AP)和侧斜位(ML)X光成像来建立与患者CT数据相匹配的3D定位，以便确立坐标(X、Y、Z)和姿态角(Yaw、Pitch、Roll)数据供机器人使用。自20世纪90年代以来，机器人技术一直被应用于提高骨外科手术的效果。目前已有几种机器人系统可用于脊柱手术，它们包括MAZOR、ROSA、ExcelsiusGPS和天玑等机器人手术系统。所有这些机器人手术系统都基于CT数据提供轨迹导引。机器人用来定位并将导引器移动到合适的位置。该导引器旨在与特定手术器械配合使用。外科医师使用此器械，利用机器人定位导引器来执行手术操作。比如，Mazor手术系统对圆柱形导引管进行定位，导引管与手术钻相互连接。手术钻用于在椎弓根处打孔以备螺钉植入。所有手术都由外科医师亲自执行。当前的脊柱手术机器人系统仅使用一条机械臂，该机械臂仅被用来固定导引器，而外科医师需要使用用手操作或电力驱动手术器械。目前尚未有脊柱手术机器人系统实际能够操作手术器械。
技术实现思路
针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种脊柱手术机器人系统。根据本专利技术提供的脊柱手术机器人系统，包含机器人手术控制系统与分布式机器人控制系统；所述脊柱手术机器人系统包含连接至机器人手术控制系统和/或分布式机器人控制系统的如下任一个或任多个结构：--机器人机械臂；--机器视觉控制系统；--X光机。优选地，还包含终端受动器控制系统与终端受动器；终端控制器安装在机器人机械臂上；分布式机器人控制系统、终端受动器控制系统、终端受动器依次相连。优选地，多个机器人机械臂中包含第一机器人机械臂与第二机器人机械臂；第一机器人机械臂和/或第二机器人机械臂上安装有终端受动器。优选地，还包含手术台，终端受动器能够运动至手术台上方；X光机安装在手术台的一侧。优选地，其特征在于，手术台上设置有如下任一个或任多个结构：--充气垫；--压力传感器；--特伦德伦伯卧位限制件；--反特伦德伦伯卧位限制件；--上半身高度调节装置和/或下半身高度调节装置；--旋转调节机构；--生命体征监测仪。优选地，所述终端受动器上设置有以下任一个或任多个结构：--力多轴换能器；--神经监测结构；--医疗器械。优选地，还包含安全传感器与用户界面；所述安全传感器包含接近传感器；安全传感器与用户界面均与机器人手术控制系统相连。优选地：机器人手术控制系统通过用户界面接收CT数据；机器人手术控制系统根据获取的术中患者的前后位与侧斜位放射成像，来验证已接收的手术计划，判断手术计划是否能够被接受，若否，则接收修改后的手术计划；若是，则触发分布式机器人控制系统执行：分布式机器人控制系统通过用户界面接收第一执行指令；分布式机器人控制系统根据第一执行指令向机器视觉控制系统、终端受动器控制系统以及机器人机械臂发送第二执行指令；终端受动器控制系统根据第二执行指令驱动终端受动器执行手术步骤，判断手术步骤在执行途中是否所有的性能参数均在设定的限度内，若否，则暂停手术步骤的执行，根据接收到的校正指令得到校正后的手术计划，并将校正后的手术计划通过用户界面发送到分布式机器人控制系统；若是，则触发执行二次成像验证模块；二次成像验证模块：继续获取术中患者的前后位与侧斜位放射成像来验证手术计划，判断放射成像结果是否在设定范围内，若否，则获取校正后的手术计划，并将校正后的手术计划通过用户界面发送到分布式机器人控制系统；若是，则触发执行手术成功判断模块；手术成功判断模块：判断手术是否完成，若否，则获取校正后的手术计划，并将校正后的手术计划通过用户界面发送到分布式机器人控制系统；若是，则记录手术结果，生成手术完成信息。本专利技术还提供了一种骨科手术机器人控制系统，包含以下模块：术中数据获取模块：获取术中监测数据；操作指令获取模块：获取来自用户界面的操作指令信息；控制指令生成模块：根据监测数据与操作指令信息生成控制指令。优选地，是上述的脊柱手术机器人系统的控制系统；所述术中监测数据包含以下任一种或任多种数据：--来自X光机的术中放射成像；--来自机器视觉控制系统的机器视觉系统成像；--来自神经监测结构的神经监测反馈信息；--来自生命体征监测仪的患者生命体征数据；--来自压力传感器的患者皮肤接触压力数据；--来自力多轴换能器的终端受动器力学数据；--来自力多轴换能器的终端受动器转矩数据；--安全传感器信息；所述控制指令控制以下任一个或任多个结构动作：--机器人机械臂；--机器视觉控制系统；--终端受动器；--手术台。与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果：1、本专利技术使用两个或更多个多轴机器人机械臂进行机器人手术，机器人机械臂的动作相互协调，就像外科医师或手术团队的手一般；一个机器人机械臂在执行手术步骤时会执行与另一个机器人机械臂互补的功能；2、本专利技术还具有控制手术台的功能，以便可以根据机器人手术的需要对患者进行位置调节和手术；此外还通过内置充气垫、限制系统、压力传感器等结构，进一步保证患者安全；3、本专利技术通过使用术中X光成像，让术中患者解剖结构的实际位置关系与患者解剖结构的虚拟模型将保持一致，并在术中不同时间验证患者的解剖位置的变化；4、通过例如接近传感器的安全传感器的设置，可以检测外科手术室员工是否位于机器人的工作区域，以防止受伤；5、手术可以由外科医师或手术机器人系统在术中进行调整；外科医师对手术有完全的控制权，并对手术的执行做出所有决定，在外科医师进行整体控制手术的情况下，脊柱手术机器人手术系统可以执行更多的步骤；6、本专利技术提供的脊柱手术机器人系统为自身和外科医师提供恒定的信息反馈，可在问题发生之前检测并加以预防。附图说明通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本专利技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显：图1为本专利技术提供的脊柱手术机器人系统本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种脊柱手术机器人系统，其特征在于，包含机器人手术控制系统(101)与分布式机器人控制系统(103)；所述脊柱手术机器人系统包含连接至机器人手术控制系统(101)和/或分布式机器人控制系统(103)的如下任一个或任多个结构：‑‑机器人机械臂；‑‑机器视觉控制系统(106)；‑‑X光机(109)。

【技术特征摘要】
2017.06.02 US 15/612,2901.一种脊柱手术机器人系统，其特征在于，包含机器人手术控制系统(101)与分布式机器人控制系统(103)；所述脊柱手术机器人系统包含连接至机器人手术控制系统(101)和/或分布式机器人控制系统(103)的如下任一个或任多个结构：--机器人机械臂；--机器视觉控制系统(106)；--X光机(109)。2.根据权利要求1所述的脊柱手术机器人系统，其特征在于，还包含终端受动器控制系统(107)与终端受动器；终端控制器安装在机器人机械臂上；分布式机器人控制系统(103)、终端受动器控制系统(107)、终端受动器依次相连。3.根据权利要求2所述的脊柱手术机器人系统，其特征在于，多个机器人机械臂中包含第一机器人机械臂(104)与第二机器人机械臂(105)；第一机器人机械臂(104)和/或第二机器人机械臂(105)上安装有终端受动器。4.根据权利要求2所述的脊柱手术机器人系统，其特征在于，还包含手术台(108)，终端受动器能够运动至手术台(108)上方；X光机(109)安装在手术台(108)的一侧。5.根据权利要求4所述的脊柱手术机器人系统，其特征在于，手术台(108)上设置有如下任一个或任多个结构：--充气垫；--压力传感器；--特伦德伦伯卧位限制件；--反特伦德伦伯卧位限制件；--上半身高度调节装置和/或下半身高度调节装置；--旋转调节机构；--生命体征监测仪。6.根据权利要求2所述的脊柱手术机器人系统，其特征在于，所述终端受动器上设置有以下任一个或任多个结构：--力多轴换能器；--神经监测结构；--医疗器械。7.根据权利要求1所述的脊柱手术机器人系统，其特征在于，还包含安全传感器与用户界面(102)；所述安全传感器包含接近传感器；安全传感器与用户界面(102)均与机器人手术控制系统(101)相连。8.根据权利要求1所述的脊柱手术机器人系统，其特征在于：机器人手术控制系统(101)通过用户界面(102)接收CT数据；机器人手术控制系统(101)根据获取的术中患者的前后位与侧斜位放射成像，来验证已接收的手术计划，判断手术计划是否能够被接受，若否，则...

【专利技术属性】
技术研发人员：托马斯·斯维尼，约翰·库津斯基，
申请(专利权)人：华毅智能医疗器械宁波有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33