一种借助内窥镜的手术导航定位系统技术方案

本申请提供一种借助内窥镜的手术导航定位系统，涉及医疗机器人领域。借助内窥镜的手术导航定位系统包括：手术机器人，引导装置，引导装置跟踪系统，扫描成像装置，手术跟踪系统，内窥镜，规划探针，具有接触尖端和定位部，用于在所述内窥镜引导下拾取手术位置；人机交互装置，用于显示所述手术对象的扫描图像、所述内窥镜获取的所述手术部位图像以及所述规划探针拾取的所述手术位置；上位控制器，与所述手术机器人、所述引导装置跟踪系统、所述扫描成像装置、所述手术跟踪系统、所述内窥镜、所述规划探针及所述人机交互装置通信连接。根据本申请的系统能够准确定位，防止定位位置偏差造成手术失败。

【技术实现步骤摘要】
一种借助内窥镜的手术导航定位系统
本申请涉及医疗
，具体涉及一种借助内窥镜的手术导航定位系统。
技术介绍
膝关节前交叉韧带损伤是最常见且严重的运动创伤之一，前交叉韧带撕裂引起膝关节不稳，治疗不当将引起膝关节功能严重障碍。前交叉韧带损伤的修复重建一直是骨科和运动创伤领域的重要研究课题。前交叉韧带重建手术是前交叉韧带断裂适应症的有效治疗方法。手术过程是在膝关节股骨和胫骨的韧带连接点各钻制一个孔(韧带隧道)，利用人工韧带或其他材质的韧带穿过并固定在这两个韧带隧道里，代替已经断裂的韧带，稳定膝关节。手术难点之一就是正确定位韧带止点(韧带与骨骼的连接点)和韧带隧道的位置。不正确的韧带止点位置将导致前交韧带与周边骨组织发生碰撞摩擦，韧带的长度在膝关节运动过程中反复过度拉伸，降低前交叉韧带寿命，影响手术疗效。传统的前交叉韧带重建手术方法中，医生利用利用统计数据来设计止点和韧带隧道位置，由于不能完全适配患者的个性化条件，具有很大的不确定性。另一种方法是在术前3D影像上进行韧带止点和通道规划，然后投影到术中2D图像上，利用机器人进行路径导航。这种方法操作比较复杂，，而精度还存在一定问题。还有一种方法是利用机械式韧带止点标定器，但这种方法依赖于人手操作，无法观察韧带隧道在骨内的位置分布，不仅精度不足，而且存在操作不便的问题。
技术实现思路
本申请旨在提供一种借助内窥镜的手术导航定位系统，借助内窥镜准确规划手术位置，并实现精准手术定位。本申请的其该用户特性和优点将通过下面的详细描述变得显然，或部分地通过本申请的实践而习得。根据本申请的一方面，提出一种借助内窥镜的手术导航定位系统，包括：手术机器人，包括机械臂；引导装置，固定于所述机械臂的操作端；引导装置跟踪系统，用于获取所述引导装置的位置数据；扫描成像装置，用于对手术对象扫描以生成扫描图像；手术跟踪系统，用于跟踪获取所述手术对象的位置数据；内窥镜，用于获取手术部位图像；规划探针，具有接触尖端和定位部，用于在所述内窥镜引导下拾取手术位置；人机交互装置，用于显示所述手术对象的扫描图像、所述内窥镜获取的所述手术部位图像以及所述规划探针拾取的所述手术位置；上位控制器，与所述手术机器人、所述引导装置跟踪系统、所述扫描成像装置、所述手术跟踪系统、所述内窥镜、所述规划探针及所述人机交互装置通信连接；所述上位控制器配置为：确定基于所述规划探针拾取的所述手术位置的手术通道；控制所述机械臂使得所述引导装置定位于所述手术通道。根据一些实施例，所述手术跟踪系统包括：手术示踪器，用于固定于手术对象；导航相机，用于获取所述手术示踪器的空间位置信息。根据一些实施例，所述上位控制器还配置为：将所述手术对象的扫描图像与所述手术示踪器配准。根据一些实施例，所述引导装置跟踪系统包括：引导装置示踪器，设置于所述机械臂；所述导航相机，用于获取所述引导装置示踪器的空间位置信息。根据一些实施例，所述手术导航定位系统还包括：内窥镜示踪器，设置于所述内窥镜，用于定位所述内窥镜以将所述内窥镜注册到所述手术对象的扫描图像。根据一些实施例，所述上位控制器还配置为：将所述内窥镜的图像与所述手术对象的扫描图像融合显示。根据一些实施例，所述上位控制器还配置为：记录所述规划探针拾取的手术位置的空间坐标。根据一些实施例，所述手术导航定位系统还包括：内窥镜持镜装置，用于保持内窥镜稳定对准手术部位。根据一些实施例，所述手术导航定位系统还包括：手术对象固定装置，设置于手术台。根据一些实施例，所述的系统还包括：标定器，用于辅助将所述手术对象的扫描图像与所述手术示踪器配准。根据一些实施例，所述手术导航定位系统还包括：所述内窥镜与所述规划探针为一体结构。根据一些实施例，所述手术导航定位系统用于交叉韧带重建手术；所述手术示踪器包括分别设置于股骨和胫骨的第一示踪器和第二示踪器；所述规划探针用于拾取韧带止点作为所述手术通道的出点和/或入点。根据一些实施例，所述规划探针用于拾取确定所述手术通道的特征点。根据一些实施例，所述上位控制器还配置为：响应用户操作，在所述手术对象的扫描图像上确定所述手术通道的入点；或者根据所述规划探针拾取的所述手术通道的出点自动规划所述手术通道的入点。根据示例实施例，利用内窥镜、扫描图像及规划探针，准确拾取手术位置，准确规划通道位置，从而在操作方便的情况下提高定位精度。CT主要成像骨骼，不显示软组织。在做韧带手术时，在没有呈现软组织部分情况下，容易存在手术风险。内窥镜可以跟踪显示软组织，因此根据示例实施例的手术导航定位系统能够克服一般导航系统中通过CT或X线透视图像无法准确拾取韧带止点，或MRI图像价格高、使用不便等问题。根据一些示例实施例，可实现手术机器人准确定位，防止通道偏差造成手术失败。根据一些示例实施例，可实现手术机器人自动定位，减少医生操作难度。应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性的，并不能限制本申请。附图说明通过参照附图详细描述其示例实施例，本申请的上述和其它目标、特征及优点将变得更加显而易见。图1A示出根据本申请示例实施例的用于交叉韧带重建手术的手术导航定位系统的组成示意图。图1B示出根据本申请示例实施例的借助内窥镜的手术导航定位系统的框图。图2示出根据本申请实施例的规划探针示意图。图3示出根据本申请实施例的手术通道规划示意图。图4示出根据示例性实施例的引导装置结构图。图5示出根据示例性实施例的借助内窥镜的手术导航定位系统的定位方法流程图。具体实施方式现在将参考附图更全面地描述示例实施例。然而，示例实施例能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施例；相反，提供这些实施例使得本申请将全面和完整，并将示例实施例的构思全面地传达给本领域的技术人员。在图中相同的附图标记表示相同或类似的部分，因而将省略对它们的重复描述。此外，所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本申请的实施例的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本申请的技术方案而没有特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、组元、装置、步骤等。在其它情况下，不详细示出或描述公知方法、装置、实现或者操作以避免模糊本申请的各方面。附图中所示的方框图仅仅是功能实体，不一定必须与物理上独立的实体相对应。即，可以采用软件形式来实现这些功能实体，或在一个或多个硬件模块或集成电路中实现这些功能实体，或在不同网络和/或处理器装置和/或微控制器装置中实现这些功能实体。附图中所示的流程图仅是示例性说明，不是必须包括所有的内容和操作/步骤，也不是必须按所描述的顺序执行。例如，有的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种借助内窥镜的手术导航定位系统，其特征在于，所述系统包括：/n手术机器人，包括机械臂；/n引导装置，固定于所述机械臂的操作端；/n引导装置跟踪系统，用于获取所述引导装置的位置数据；/n扫描成像装置，用于对手术对象扫描以生成扫描图像；/n手术跟踪系统，用于获取所述手术对象的位置数据；/n内窥镜，用于获取手术部位图像；/n规划探针，具有接触尖端和定位部，用于在所述内窥镜引导下拾取手术位置；/n人机交互装置，用于显示所述手术对象的扫描图像、所述内窥镜获取的所述手术部位图像以及所述规划探针拾取的所述手术位置；/n上位控制器，与所述手术机器人、所述引导装置跟踪系统、所述扫描成像装置、所述手术跟踪系统、所述内窥镜、所述规划探针及所述人机交互装置通信连接；/n所述上位控制器配置为：/n确定基于所述规划探针拾取的所述手术位置的手术通道；/n控制所述机械臂使得所述引导装置定位于所述手术通道。/n

【技术特征摘要】
1.一种借助内窥镜的手术导航定位系统，其特征在于，所述系统包括：
手术机器人，包括机械臂；
引导装置，固定于所述机械臂的操作端；
引导装置跟踪系统，用于获取所述引导装置的位置数据；
扫描成像装置，用于对手术对象扫描以生成扫描图像；
手术跟踪系统，用于获取所述手术对象的位置数据；
内窥镜，用于获取手术部位图像；
规划探针，具有接触尖端和定位部，用于在所述内窥镜引导下拾取手术位置；
人机交互装置，用于显示所述手术对象的扫描图像、所述内窥镜获取的所述手术部位图像以及所述规划探针拾取的所述手术位置；
上位控制器，与所述手术机器人、所述引导装置跟踪系统、所述扫描成像装置、所述手术跟踪系统、所述内窥镜、所述规划探针及所述人机交互装置通信连接；
所述上位控制器配置为：
确定基于所述规划探针拾取的所述手术位置的手术通道；
控制所述机械臂使得所述引导装置定位于所述手术通道。


2.根据权利要求1所述的手术导航定位系统，其特征在于，所述手术跟踪系统包括：
手术示踪器，用于固定于手术对象；
导航相机，用于获取所述手术示踪器的空间位置信息并发送给所述上位控制器。


3.根据权利要求2所述的手术导航定位系统，其特征在于，所述引导装置跟踪系统包括：
引导装置示踪器，设置于所述机械臂；
所述导航相机，用于获取所述引导装置示踪器的空间位置信息并发送给所述上位控制器。


4.根据权利要求2所述的手术导航定位系统，其特征在于，还包括内窥镜跟踪系统，包括：
内窥镜示踪器，设置于所述内窥镜；
所述导航相机，用于获取所述内窥镜示踪器的空间位置信息并发送给所述上位控制器...

【专利技术属性】
技术研发人员：敖英芳，张辛，张维军，吕名扬，丁国成，彭聪，杨刚，
申请(专利权)人：北京大学第三医院，北京天智航医疗科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11