脊柱手术机器人的手术执行臂、系统及控制系统技术方案

本发明专利技术提供了一种脊柱手术机器人的手术执行臂、脊柱手术机器人系统及脊柱手术机器人的控制系统。该手术执行臂包括：手术操作器，设置在所述手术执行臂的末端，用于在脊柱手术中执行置钉和/或截骨的手术操作；以及力学传感装置，设置在所述手术操作器中，用于检测所述手术操作器受到的来自手术对象的作业骨骼的作用力。采用本发明专利技术的手术执行臂、脊柱手术机器人系统及脊柱手术机器人的控制系统可以实现由手术机器人执行的置钉和截骨操作，提高了脊柱手术的安全性、精度和效率。精度和效率。精度和效率。

【技术实现步骤摘要】
脊柱手术机器人的手术执行臂、系统及控制系统


[0001]本专利技术主要涉及手术机器人领域，尤其涉及一种脊柱手术机器人的手术执行臂、脊柱手术机器人系统及脊柱手术机器人的控制系统。

技术介绍

[0002]脊柱被称为人体的“第二生命线”，是人体的“支柱与栋梁”。脊柱领域的疾病通常包括颈椎病、骨质疏松、腰椎间盘突出等。随着人口老龄化的加剧，脊柱领域疾病的发病率越来越高，并呈现出年轻化趋势。针对脊柱领域疾病，目前主要的治疗手段是采用脊柱截骨减压术，其原理是将限制椎管的椎板切除，释放被压迫的血管和神经。国内脊柱骨科手术多采用传统的“徒手操作”模式，存在“结构复杂、位置深、创伤大、判断难”的痛点，并且手术风险高，手术效果严重依赖于医生的经验。目前，临床经验丰富的外科医生数量较少，手术操作的学习曲线较长，无法满足市场需求。此外，医生与患者在传统脊柱手术中遭受的辐射损伤也较大，患癌风险高。
[0003]随着科技的发展，手术机器人逐渐进入手术室辅助医生的手术操作，极大地简化了手术医生的操作，其中包括脊柱手术机器人。然而，在目前的脊柱截骨减压手术中，脊柱手术机器人主要用于提高椎弓根螺钉置入过程中的导向精度问题，而实际的置钉和截骨操作还是需要由医生手动执行。从提高手术精度、减轻医生的工作量以及减少医生和患者所受的辐射量的角度来看，目前的脊柱手术机器人仍然需要不断的改进。

技术实现思路

[0004]本专利技术要解决的技术问题是提供一种可以自动执行置钉和/或截骨操作的脊柱手术机器人的手术执行臂、脊柱手术机器人系统及脊柱手术机器人的控制系统。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种脊柱手术机器人的手术执行臂，其特征在于，包括：手术操作器，设置在所述手术执行臂的末端，用于在脊柱手术中执行置钉和/或截骨的手术操作；以及力学传感装置，设置在所述手术操作器中，用于检测所述手术操作器受到的来自手术对象的作业骨骼的作用力。
[0006]在本专利技术的一实施例中，所述手术操作器包括置钉操作器和/或截骨操作器，所述置钉操作器适于在所述脊柱手术中执行所述置钉的手术操作，所述截骨操作器适于在所述脊柱手术中执行所述截骨的手术操作；所述力学传感装置包括第一力学传感装置和/或第二力学传感装置，所述第一力学传感装置设置在所述置钉操作器中，用于检测所述置钉操作器受到的来自所述作业骨骼的第一作用力，所述第二力学传感装置设置在所述截骨操作器中，用于检测所述截骨操作器受到的来自所述作业骨骼的第二作用力。
[0007]在本专利技术的一实施例中，所述手术执行臂设置在可移动云台上，所述可移动云台适于在至少三个自由度上移动。
[0008]在本专利技术的一实施例中，还包括运动补偿装置，所述运动补偿装置的第一端设置在所述可移动云台上，所述运动补偿装置的第二端设置在所述手术对象的躯干上，所述运
动补偿装置用于获得所述躯干的运动信息。
[0009]在本专利技术的一实施例中，所述运动补偿装置包括第三力学传感装置和位移传感装置，所述第三力学传感装置用于检测所述躯干施加给所述运动补偿装置的第三作用力，所述位移传感装置用于检测所述运动补偿装置的运动信息作为所述躯干的运动信息；当所述第三作用力大于预设的运动补偿阈值时，所述可移动云台带动所述手术执行臂根据所述运动信息移动，使所述手术操作器和所述作业骨骼的相对位置保持不变。
[0010]在本专利技术的一实施例中，所述运动信息包括移动方向和移动距离。
[0011]在本专利技术的一实施例中，还包括：手术辅助装置支架，所述手术辅助装置支架的一端设置在所述可移动云台上，另一端用于设置手术辅助装置。
[0012]本专利技术为解决上述技术问题还提出一种脊柱手术机器人系统，其特征在于，包括：如上所述的手术执行臂；以及控制器，适于根据所述作用力控制所述手术执行臂的移动。
[0013]在本专利技术的一实施例中，脊柱手术机器人系统还包括：第一定位单元，设置在所述作业骨骼上；第二定位单元，设置在所述手术操作器上；以及导航定位装置，用于与所述第一定位单元配合以获取所述作业骨骼的第一位姿信息，并与所述第二定位单元配合以获取所述手术操作器的第二位姿信息，以及根据所述第一位姿信息和所述第二位姿信息获取所述手术对象和所述手术执行臂的空间映射关系。
[0014]在本专利技术的一实施例中，还包括：遥操作人机交互装置，用于根据所述作用力生成模拟作用力，使操作者接收所述模拟作用力并通过所述控制器控制所述手术执行臂的移动。
[0015]本专利技术为解决上述技术问题还提出一种脊柱手术机器人的控制系统，其特征在于，包括：路径规划模块，用于根据手术对象的作业骨骼的术前三维图像规划脊柱手术的操作路径，所述脊柱手术包括置钉和/或截骨的手术操作；图像配准模块，用于配准术中二维图像和所述术前三维图像，获得配准图像；导航定位模块，用于根据所述作业骨骼的位姿信息和手术执行臂的位姿信息实时获取所述手术对象和所述手术执行臂的空间映射关系，并根据所述空间映射关系和所述配准图像获得所述操作路径对应的所述手术执行臂的术中运动路径；以及运动控制模块，用于控制所述手术执行臂带动手术操作器按照所述术中运动路径移动，同时根据所述手术操作器受到的来自所述作业骨骼的作用力控制所述手术执行臂的移动。
[0016]在本专利技术的一实施例中，脊柱手术机器人的控制系统还包括：遥操作人机交互模块，用于根据所述作用力生成模拟作用力，使操作者接收所述模拟作用力并控制所述手术执行臂的移动。
[0017]根据本专利技术的脊柱手术机器人的手术执行臂、脊柱手术机器人系统及脊柱手术机器人的控制系统，可以由脊柱手术机器人自动执行置钉和截骨手术操作，减轻了医生的工作量，减少了医生和患者所受的辐射量；并且通过在手术操作器中设置力学传感器，可以实时获得在执行手术操作时作业骨骼的作用力，使脊柱手术机器人或者操作者根据该作用力来实时控制手术执行臂的动作，改变手术执行臂的移动路径，有利于提高手术的安全性、精度和效率。
附图说明
[0018]包括附图是为提供对本申请进一步的理解，它们被收录并构成本申请的一部分，附图示出了本申请的实施例，并与本说明书一起起到解释本专利技术原理的作用。附图中：
[0019]图1是本专利技术一实施例的脊柱手术机器人的手术执行臂的示意图；
[0020]图2是本专利技术一实施例的脊柱手术机器人的手术执行臂的示意图；
[0021]图3是本专利技术一实施例的脊柱手术机器人系统的示意图；
[0022]图4是本专利技术一实施例的脊柱手术机器人的控制系统的框图。
具体实施方式
[0023]为了更清楚地说明本申请的实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些示例或实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图将本申请应用于其他类似情景。除非从语言环境中显而易见或另做说明，图中相同标号代表相同结构或操作。
[0024]如本申请和权利要求书中所示，除非上下文本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种脊柱手术机器人的手术执行臂，其特征在于，包括：手术操作器，设置在所述手术执行臂的末端，用于在脊柱手术中执行置钉和/或截骨的手术操作；以及力学传感装置，设置在所述手术操作器中，用于检测所述手术操作器受到的来自手术对象的作业骨骼的作用力。2.如权利要求1所述的手术执行臂，其特征在于，所述手术操作器包括置钉操作器和/或截骨操作器，所述置钉操作器适于在所述脊柱手术中执行所述置钉的手术操作，所述截骨操作器适于在所述脊柱手术中执行所述截骨的手术操作；所述力学传感装置包括第一力学传感装置和/或第二力学传感装置，所述第一力学传感装置设置在所述置钉操作器中，用于检测所述置钉操作器受到的来自所述作业骨骼的第一作用力，所述第二力学传感装置设置在所述截骨操作器中，用于检测所述截骨操作器受到的来自所述作业骨骼的第二作用力。3.如权利要求1所述的手术执行臂，其特征在于，所述手术执行臂设置在可移动云台上，所述可移动云台适于在至少三个自由度上移动。4.如权利要求3所述的手术执行臂，其特征在于，还包括运动补偿装置，所述运动补偿装置的第一端设置在所述可移动云台上，所述运动补偿装置的第二端设置在所述手术对象的躯干上，所述运动补偿装置用于获得所述躯干的运动信息。5.如权利要求4所述的手术执行臂，其特征在于，所述运动补偿装置包括第三力学传感装置和位移传感装置，所述第三力学传感装置用于检测所述躯干施加给所述运动补偿装置的第三作用力，所述位移传感装置用于检测所述运动补偿装置的运动信息作为所述躯干的运动信息；当所述第三作用力大于预设的运动补偿阈值时，所述可移动云台带动所述手术执行臂根据所述运动信息移动，使所述手术操作器和所述作业骨骼的相对位置保持不变。6.如权利要求5所述的手术执行臂，其特征在于，所述运动信息包括移动方向和移动距离。7.如权利要求3所述的手术执行臂，其特征在于，还包括：手术辅助装置支架，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕飞舟，邵明昊，唐文彬，宓海，蔡宁，姜建元，
申请(专利权)人：上海极睿医疗科技有限公司，
类型：发明
国别省市：