外科手术系统技术方案

本公开公开了一种外科手术系统，用于在髋关节上安装髋臼假体，包括滑杆、机械臂以及控制器，滑杆用于搭载髋臼假体；机械臂用于把持滑杆，滑杆能够相对于机械臂末端直线滑动；控制器用于在收到第一信号时，产生允许机械臂在外力的牵引下移动的控制信号；以及，在检测不到第一控制信号时，产生锁定机械臂位置的控制信号；其中，在机械臂被锁定时，控制器还用于在接收到第二信号时，产生控制机械臂将髋臼假体调整至与目标位姿关联的对准位姿的控制信号。通过外科手术系统，既能够安全可控地、又能够精准地行髋臼假体的安装。精准地行髋臼假体的安装。精准地行髋臼假体的安装。

【技术实现步骤摘要】
外科手术系统


[0001]本公开涉及计算机辅助的外科手术领域，具体涉及外科手术系统。

技术介绍

[0002]传统髋关节置换术虽然已经有超过半个世纪的历史，但是传统的髋关节置换术都是由医生手工进行安装假体，该种安装方式可能因为不同的医生或者同一个医生不同的状态以及其他影响因素导致假体安装位置不够理想。而假体位置的安装不理想会直接影响手术效果，可能会导致置换后脱位、假体撞击、髋关节活动度减小、假体磨损增加等情况的出现。
[0003]在机器人辅助的全髋关节置换手术(THA)中，通过对CT数据的三维重建来生成患者的骨骼模型，手术规划环节根据患者的实际情况选择合适的假体型号并规划假体的安装位置，由假体安装的位置确定髋关节需要制备出的预定形状及预定形状的位置。
[0004]在临床手术中，病人的患处周围存在较多的血肉组织和软组织，医生直接在患处向髋臼假体施加安装的冲击力时会受到这些组织的影响并且需要避开这些组织。为此，需要通过假体杆把持髋臼杯假体并向其传递用于安装的冲击力。结合现有的计算机辅助导航手术系统，假体杆在机械臂等类型的定向把持装置的辅助下能够使髋臼假体与病人的患处对准，医生向假体杆施加打击便可实现髋臼假体的安装。假体植入过程中，假体的植入深度和角度是关键的指标。每次打击时假体的深度都会发生变化，系统需要测量该深度变化并输出给外科医生。外科医生需要根据系统的提示进行髋臼假体的安装。因此准确可靠的假体安装系统是保证假体安装位置理想的重要前提。
[0005]临床手术中，髋关节置换包括髋臼假体和股骨假体(包括股骨柄和股骨头假体)的安装置换。其中，髋臼假体在假体安装执行器的把持下接受冲击将髋臼假体安装至制备好的髋臼窝内。
[0006]在机械臂的辅助下，搭载有髋臼假体的假体安装执行器需要严格按照手术计划进行动作，将髋臼假体移动至目标位姿。在此过程中，髋臼假体的运动轨迹控制是重要的，一方面，精确的运动控制能够保证与髋臼窝的准确配合安装，髋臼假体错误的安装取向会导致髋臼杯不能以正确的角度安装；另一方面，合理的运动控制能够保证髋臼假体及把持髋臼假体的杆件深入患处创口时不会对病人造成医源性损伤，不正确的运动控制将可能导致安全事故的发生。
[0007]目前，市面上已存在较为成熟的用于假体安装的手术系统，如马可外科(MAKO Surgical)公司的髋关节手术机器人系统，中国专利技术专利CN102612350B公开了其内容，该方案通过力反馈控制来对机械臂把持下的髋臼假体进行运动范围的限制，使假体能够以期望的姿态进行安装。但其运动控制仅基于触觉反馈以及手术工具本身的移动范围限制，机械臂自动运动时缺乏安全性的考虑，也未详细公开假体安装路径和方式，假体安装的精确性难以保证。

技术实现思路

[0008]本公开提供一种外科手术系统，解决了髋关节置换手术中如何准确可靠进行髋臼假体安装的问题。
[0009]本公开提出一种外科手术系统，用于在髋关节上安装髋臼假体，包括滑杆、机械臂以及控制器，滑杆用于搭载髋臼假体；机械臂用于把持滑杆，滑杆能够相对于机械臂末端直线滑动；控制器用于在收到第一信号时，产生允许机械臂在外力的牵引下移动的控制信号；以及，在检测不到第一控制信号时，产生锁定机械臂位置的控制信号；其中，在机械臂被锁定时，控制器还用于在接收到第二信号时，产生控制机械臂将髋臼假体调整至与目标位姿关联的对准位姿的控制信号。
[0010]在第一种可能的实施方式中，在机械臂被锁定时进一步为：机械臂被锁定在使髋臼假体位于与目标位姿关联的预对准范围内的位置处。
[0011]结合上述可能的实现方式，在第二种可能的实施方式中，控制器被进一步编程以：根据目标位姿确定预对准范围和对准位姿。
[0012]结合上述可能的实现方式，在第三种可能的实施方式中，控制器被进一步编程以：允许预对准范围内髋臼假体的轴线与目标位姿的轴线的存在偏差。
[0013]结合上述可能的实现方式，在第四种可能的实施方式中，控制器被进一步配置为：当髋臼假体处于对准位姿且控制器接收到第三信号时，产生使机械臂进入直线模式的控制信号，直线模式下，机械臂的末端能够在外力作用下沿直线运动。
[0014]结合上述可能的实现方式，在第五种可能的实施方式中，机械臂的末端沿直线运动的路径与滑杆的轴线重合。
[0015]结合上述可能的实现方式，在第六种可能的实施方式中，直线运动过程中，髋臼假体的轴线与目标位姿的轴线重合。
[0016]结合上述可能的实现方式，在第七种可能的实施方式中，直线运动的范围为对准位姿与目标位姿确定的范围。
[0017]结合上述可能的实现方式，在第八种可能的实施方式中，系统包括用于输入第一信号、第二信号和第三信号的输入装置。
[0018]结合上述可能的实现方式，在第九种可能的实施方式中，对准位姿的轴线和目标位姿的轴线重合。
[0019]结合上述可能的实现方式，在第十种可能的实施方式中，系统包括假体安装执行器，假体安装执行器一端与机械臂末端连接，另一端搭载滑杆。
[0020]结合上述可能的实现方式，在第十一种可能的实施方式中，假体安装执行器包括：
[0021]滑杆，
[0022]支撑组件，包括耦合部，耦合部容纳滑杆的部分杆段，滑杆相对于支撑组件轴向可动；支撑组件用于将假体安装执行器连接于机器人系统的机械臂；以及
[0023]示踪器，设置于滑杆以指示滑杆的方位。
[0024]结合上述可能的实现方式，在第十二种可能的实施方式中，还包括轴向缓冲机构，滑杆受到轴向冲击时轴向缓冲机构形成滑杆与支撑组件之间的轴向缓冲。
[0025]结合上述可能的实现方式，在第十三种可能的实施方式中，滑杆与支撑组件之间设置有轴向限位结构，轴向缓冲机构设置于支撑组件与轴向限位结构之间。
[0026]结合上述可能的实现方式，在第十四种可能的实施方式中，耦合部为贯穿支撑组件的通道，轴向缓冲机构包括2个缓冲件，2个缓冲件分别位于通道的两端。
[0027]结合上述可能的实现方式，在第十五种可能的实施方式中，轴向限位结构包括设置在滑杆上的挡圈，缓冲件设置于挡圈与支撑组件之间。
[0028]结合上述可能的实现方式，在第十六种可能的实施方式中，支撑组件与机械臂之间设置有快拆机构，假体安装执行器通过快拆机构与机械臂连接。
[0029]结合上述可能的实现方式，在第十七种可能的实施方式中，快拆机构包括第一限位机构和第二限位机构，第二限位机构为手动解除限位的机构。
[0030]结合上述可能的实现方式，在第十八种可能的实施方式中，还包括调节组件，用于调节假体相对于滑杆的周向位置，调节组件包括：
[0031]转接轴，一端用于与假体连接；
[0032]调节件，用于将转接轴连接至滑杆，调节件与滑杆之间周向位置可调、与转接轴之间周向位置固定。
[0033]结合上述可能的实现方式，在第十九种可能的实施方式中，调节件可在转接轴的第一位置和第二位置之间移动，调节件在本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种外科手术系统，用于在髋关节上安装髋臼假体，其特征在于，包括：滑杆，用于搭载髋臼假体；机械臂，用于把持所述滑杆，所述滑杆能够相对于所述机械臂末端直线滑动；控制器，用于在收到第一信号时，产生允许所述机械臂在外力的牵引下移动的控制信号；以及，在检测不到所述第一控制信号时，产生锁定所述机械臂位置的控制信号；其中，在所述机械臂被锁定时，所述控制器还用于在接收到第二信号时，产生控制所述机械臂将所述髋臼假体调整至与目标位姿关联的对准位姿的控制信号。2.根据权利要求1所述的外科手术系统，其特征在于，所述在所述机械臂被锁定时进一步为：所述机械臂被锁定在使所述髋臼假体位于与目标位姿关联的预对准范围内的位置处。3.根据权利要求2所述的外科手术系统，其特征在于，所述控制器被进一步编程以：根据所述目标位姿确定所述预对准范围和所述对准位姿。4.根据权利要求2所述的外科手术系统，其特征在于，所述控制器被进一步编程以：允许所述预对准范围内髋臼假体的轴线与目标位姿的轴线的存在偏差。5.根据权利要求1所述的外科手术系统，其特征在于，所述控制器被进一步配置为：当所述髋臼假体处于对准位姿且控制器接收到第三信号时，产生使所述机械臂进入直线模式的控制信号，所述直线模式下，所述机械臂的末端能够在外力作用下沿直线运动。6.根据权利要求5所述的外科手术系统，其特征在于，所述机械臂的末端沿直线运动的路径与所述滑杆的轴线重合。7.根据权利要求5所述的外科手术系统，其特征在于，所述直线运动过程中，所述髋臼假体的轴线与所述目标位姿的轴线重合。8.根据权利要求5所述的外科手术系统，其特征在于，所述直线运动的范围为所述对准位姿与所述目标位姿确定的范围。9.根据权利要求5所述的外科手术系统，其特征在于，所述系统包括用于输入第一信号、第二信号和第三信号的输入装置。10.根据权利要求1所述的外科手术系统，其特征在于，所述对准位姿的轴线和所述目标位姿的轴线重合。11.根据权利要求1所述的外科手术系统，其特征在于，所述系统包括假体安装执行器，所述假体安装执行器一端与所述机械臂末端连接，另一端搭载所述滑杆。12.根据权利要求1所述的外科...

【专利技术属性】
技术研发人员：张晓峰，江标，张钊，杜可斌，李卫，
申请(专利权)人：北京和华瑞博医疗科技有限公司，
类型：发明
国别省市：