骨科关节置换手术机器人系统技术方案

本发明专利技术公开了一种骨科关节置换手术机器人系统，其包括底座，底座上设有用于固定手术器械的机械臂，机械臂为多自由度机械臂，该机械臂的前端具有用于固定手术器械的夹持部件；所述骨科关节置换手术机器人系统还包括支架、骨关节基础坐标定位器和骨关节待手术部位探针；支架上设有人机交互显示屏、光学摄像系统；所述骨科关节置换手术机器人系统还包括控制模块，控制模块上连接有患者骨关节数据模块、设备数据模块和校准模块。本发明专利技术在执行手术操作时，依靠机械臂配合专用手术器械，手术医生在术中无需更改机位即可完全覆盖整个全髋关节置换手术所涉的空间范围。

Robot system for orthopedic joint replacement

【技术实现步骤摘要】
骨科关节置换手术机器人系统
本专利技术涉及医疗器械行业，特别涉及一种骨科关节置换手术机器人系统。
技术介绍
随着科技的发展，手术机器人的使用范围越来越广。现有的关节手术机器人通常具有机械臂，在手术过程中，手术医生通过操作机械臂，借助于人机交互系统，利用机械臂前端的动力工具完成骨科手术。申请号为201710845696.1的专利技术专利(申请公布号CN107582167A)公开了一种骨科关节置换手术系统，其包括机械臂组件、扫描仪、压力传感器、第一位置反射阵列、第二位置反射阵列、光学导航装置、控制台等。该技术方案存在以下缺陷：1、使用扫描仪处理骨骼数据，常出现数据误差的情况。2、不能对机械臂及手术器械进行位置校准，存在机械臂及手术器械位置误差的情况。3、假体植入后肢体重建的结果完全由操作者主观行为和判断所左右，无法确保其真实性及标准化。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是为了克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种骨科关节置换手术机器人系统。本专利技术是通过下述技术方案来解决上述技术问题：一种骨科关节置换手术机器人系统，其包括底座，底座上设有用于固定手术器械的机械臂，机械臂为多自由度机械臂，该机械臂的前端具有用于固定手术器械的夹持部件；所述骨科关节置换手术机器人系统还包括支架、在手术时设于患者身上的骨关节基础坐标定位器和骨关节待手术部位探针；支架上设有人机交互显示屏、可接收到骨关节基础坐标定位器和骨关节待手术部位探针位置信息的光学摄像系统；所述骨科关节置换手术机器人系统还包括可进行数据处理并且可控制机械臂、光学摄像系统以及人机交互显示屏的控制模块，控制模块具有控制手术过程的控制系统，控制模块上连接有患者骨关节数据模块、设备数据模块和校准模块。患者骨关节数据模块包括用于将患者术前骨关节CT扫描数据载入控制系统的患者术前骨关节CT扫描数据装载模块、用于将患者术前骨关节CT扫描数据转换为患者术前骨关节模型数据的患者术前骨关节模型装载模块、用于将患者术前骨关节模型数据载入控制系统的患者术前骨关节模型装载模块、用于将基于患者术前骨关节模型数据形成的患者术后骨关节模型数据载入控制系统的患者术后骨关节模型装载模块；患者术前骨关节模型装载模块具有患者术前骨关节的三维图、患者术前骨关节的X光透视图以及患者术前骨关节的测量数据。所述骨科关节置换手术机器人系统还包括用于将基于患者术前骨关节模型数据和患者术后骨关节模型数据的差异形成的手术计划载入控制系统的手术计划装载模块。设备数据模块包括用于将机械臂的三维模型载入控制系统的机械臂模型装载模块、用于将手术器械的三维模型载入控制系统的手术器械模型装载模块。校准模块包括用于对手术器械模型位置进行校准的手术器械模型位置校准模块以及用于对骨关节模型的位置进行校准的患者术前骨关节模型位置校准模块。机械臂上设有机械臂位置校准定位器和机械臂位置定位模块；在机械臂位置定位模块控制下，通过机械臂初始的自检动作以自动定位机械臂的初始位置；校准模块还包括用于对机械臂模型位置进行校准的机械臂模型位置校准模块。机械臂上还设有机械臂工作端位姿控制模块和机械臂工作端追踪锁定模块；在机械臂工作端位姿控制模块控制下，手术中机械臂受外力随意扭动时，机械臂的工作端始终对准受外力之前的位置；在机械臂工作端追踪锁定模块的控制下，机械臂工作端可以自动到达指定的位置，并且机械臂工作端可以锁定于该指定的位置。所述骨科关节置换手术机器人系统还包括用于确认最终的手术效果的手术后效果验证模块，手术后效果验证模块连接于控制模块；手术后效果验证模块既对患者手术部位的肢体骨骼在术后和术前情况进行比较，也将患者术后的肢体骨骼和患者健康侧的肢体骨骼进行比较。所述骨科关节置换手术机器人系统还包括用于将骨关节模型、机械臂的三维模型及手术器械的三维模型的即时状态以及控制系统的控制界面显示于人机交互显示屏上的手术进程实时显示模块，手术进程实时显示模块连接于控制模块。光学摄像系统包括红外线发射器和红外线接收器，红外线接收器连接于控制模块；骨关节基础坐标定位器包括第一支架以及多个设于第一支架上的第一反射部件；骨关节待手术部位探针包括第二支架以及多个设于第二支架上的第二反射部件；机械臂位置校准定位器包括第三支架以及多个设于第三支架上的第三反射部件；第一反射部件在第一支架上组成的图案、第二反射部件在第二支架上组成的图案、第三反射部件在第三支架上组成的图案均不相同。本专利技术的有益效果在于：术前通过本专利技术系统的三维建模和虚拟假体视图调整功能，手术医生能更精确地规划好假体的型号，位置以及确定整体力线关系，判定出假体的最佳摆放位置并提前设计限定好截骨范围，使手术医生在手术前就能够以三维可视化的方式掌握与手术相关的所有细节。执行手术操作时，依靠多自由度机械臂配合专用手术器械，手术医生在术中无需更改机位即可完全覆盖整个全髋关节置换手术所涉的空间范围，并实现各项操作及6D瞄准；突破了现有设备无法兼顾股骨侧和髋臼侧不同位置入路和操作需求。结合微创的手术方式在光学摄像系统辅助下定位患者，即实际截骨目标的具体位置，由手术医生控制引导机械臂限定深度并按照规划好的方向和角度精确植入假体，依照事先制定的手术计划完成手术，达到了真正的生物力学置换。在节约了手术时间的同时能带来更优秀的远期疗效，保留更多骨组织，病人恢复更快，为化解我国医疗健康领域的核心资源矛盾问题提供一个可行的解决思路。附图说明图1为本专利技术较佳实施例的结构示意图。图2为本专利技术较佳实施例的使用状态示意图。具体实施方式下面举个较佳实施例，并结合附图来更清楚完整地说明本专利技术。如图1和图2所示，一种骨科关节置换手术机器人系统，其包括底座33，底座上设有用于固定手术器械的机械臂30，机械臂为多自由度机械臂，该机械臂的前端具有用于固定手术器械的夹持部件。较佳地，多自由度机械臂为七自由度机械臂。所述骨科关节置换手术机器人系统还包括支架62、在手术时设于患者身上的骨关节基础坐标定位器51和骨关节待手术部位探针52；支架上设有人机交互显示屏61、可接收到骨关节基础坐标定位器和骨关节待手术部位探针位置信息的光学摄像系统50。其中，骨关节基础坐标定位器51，用于定位患者骨关节的基础坐标位置。骨关节待手术部位探针52，用于定位患者待手术部位的坐标位置。所述骨科关节置换手术机器人系统还包括可进行数据处理并且可控制机械臂、光学摄像系统以及人机交互显示屏的控制模块10，控制模块具有控制手术过程的控制系统，控制模块上连接有患者骨关节数据模块、设备数据模块和校准模块。患者骨关节数据模块包括患者术前骨关节CT扫描数据装载模块20、患者骨关节CT扫描数据转换模块21、患者术前骨关节模型装载模块22、患者术后骨关节模型装载模块23。其中，患者术前骨关节CT扫描数据装载模块20，用于将患者术前骨关节CT扫描数据载入控制系统。患者骨关节CT扫描数据转换模块21，用于将患者术前骨关节CT扫描数据本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种骨科关节置换手术机器人系统，其特征在于，其包括底座，底座上设有用于固定手术器械的机械臂，机械臂为多自由度机械臂，该机械臂的前端具有用于固定手术器械的夹持部件；所述骨科关节置换手术机器人系统还包括支架、在手术时设于患者身上的骨关节基础坐标定位器和骨关节待手术部位探针；支架上设有人机交互显示屏、可接收到骨关节基础坐标定位器和骨关节待手术部位探针位置信息的光学摄像系统；所述骨科关节置换手术机器人系统还包括可进行数据处理并且可控制机械臂、光学摄像系统以及人机交互显示屏的控制模块，控制模块具有控制手术过程的控制系统，控制模块上连接有患者骨关节数据模块、设备数据模块和校准模块。/n

【技术特征摘要】
1.一种骨科关节置换手术机器人系统，其特征在于，其包括底座，底座上设有用于固定手术器械的机械臂，机械臂为多自由度机械臂，该机械臂的前端具有用于固定手术器械的夹持部件；所述骨科关节置换手术机器人系统还包括支架、在手术时设于患者身上的骨关节基础坐标定位器和骨关节待手术部位探针；支架上设有人机交互显示屏、可接收到骨关节基础坐标定位器和骨关节待手术部位探针位置信息的光学摄像系统；所述骨科关节置换手术机器人系统还包括可进行数据处理并且可控制机械臂、光学摄像系统以及人机交互显示屏的控制模块，控制模块具有控制手术过程的控制系统，控制模块上连接有患者骨关节数据模块、设备数据模块和校准模块。


2.如权利要求1所述的骨科关节置换手术机器人系统，其特征在于，患者骨关节数据模块包括用于将患者术前骨关节CT扫描数据载入控制系统的患者术前骨关节CT扫描数据装载模块、用于将患者术前骨关节CT扫描数据转换为患者术前骨关节模型数据的患者术前骨关节模型装载模块、用于将患者术前骨关节模型数据载入控制系统的患者术前骨关节模型装载模块、用于将基于患者术前骨关节模型数据形成的患者术后骨关节模型数据载入控制系统的患者术后骨关节模型装载模块；患者术前骨关节模型装载模块具有患者术前骨关节的三维图、患者术前骨关节的X光透视图以及患者术前骨关节的测量数据。


3.如权利要求2所述的骨科关节置换手术机器人系统，其特征在于，所述骨科关节置换手术机器人系统还包括用于将基于患者术前骨关节模型数据和患者术后骨关节模型数据的差异形成的手术计划载入控制系统的手术计划装载模块。


4.如权利要求1所述的骨科关节置换手术机器人系统，其特征在于，设备数据模块包括用于将机械臂的三维模型载入控制系统的机械臂模型装载模块、用于将手术器械的三维模型载入控制系统的手术器械模型装载模块。


5.如权利要求1所述的骨科关节置换手术机器人系统，其特征在于，校准模块包括用于对手术器械模型位置进行校准的手术器械模型位置校准模块以及用于对骨关节模型的位置进行校准的患者...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙唯，范卫东，张海宁，魏成，涂迦南，顾瑞年，李鸿庆，
申请(专利权)人：上海龙慧医疗科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31