CN112137726A - 手术导航机器人系统及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及手术导航机器人系统及其工作方法，该系统包括控制组件以及操作组件，操作组件包括操作控制器、机械臂组件以及磨钻组件，磨钻组件与机械臂组件连接，操作控制器与机械臂组件连接，控制组件与操作控制器连接。本发明通过设置控制组件以及操作组件，借助控制组件进行手术导航，并控制操作组件按照导航路线进行移动，结合安装在机械臂上的磨钻组件的工作，借助机械臂模仿人手，可提高磨钻组件操作时的稳定性，实现可降低手术难度，适用于在高精度操作区域中，且易于疲劳后手抖动影响手术操作精度与手术进度的高精度显微外科操作。

Description

手术导航机器人系统及其工作方法

技术领域

本发明涉及手术导航系统，更具体地说是指手术导航机器人系统及其工作方法。

背景技术

手术导航系统在现代外科手术中正扮演着越来越重要的角色，而其潜能还未完全释放。例如，在传统耳显微外科手术中，以中耳乳突手术为代表，主要完成乳突切除，手术医生学习掌握传统手术需要长达10年之久的困局，目前国内可以完成乳突切除医生不足2000人。发展中国家中耳炎发病率高达0.4％，中耳乳突手术是目前国内耳科主要工作，未来50年内依然是主要工作。而耳神经外科以人工耳蜗植入为代表，主要完成电极植入通道与电极植入。传统人工耳蜗手术需要较大范围切除本不必要切除的乳突骨质，并且人手植入电极损伤残余听力。目前国内可以完成人工耳蜗植入医生约200人，但手术并发症少的医生约100人。随着人口老龄化、听力筛查精细化，人工耳蜗植入机器人操作将是主流。侧颅底外科以听神经瘤、颈静脉球体瘤为代表。传统手术需要充分切除颞骨骨质，并且压迫小脑组织、抬高中颅窝硬脑膜，甚至移位面神经、切除正常功能的内耳迷路，目前国内可以完成侧颅底手术的耳科医生不足100人。听神经瘤是神经外科、耳侧颅底外科的主要业务，但传统开颅手术并发症多。同时，在神经外科、骨科等传统外科手术也面对同样的问题：能做该类手术医生数量严重不足，手术时间长，手术时医生手术时辐射时间久等问题。

随着医学理论的不断进步与发展，外科手术朝着越来越精细、复杂的方向发展，传统医学知识由于技术上存在的种种不足，而难以满足手术需求，现有的手术导航系统一般采用微型摄像头进行扫描，医生手持磨钻进行手术，这种方式并不适合在高精度操作区域中进行手术，并不适用于易于疲劳后手抖动影响手术操作精度与手术进度的高精度显微外科操作。

因此，有必要设计一种新的系统，实现可降低手术难度，适用于在高精度操作区域中，且易于疲劳后手抖动影响手术操作精度与手术进度的高精度显微外科操作。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供手术导航机器人系统及其工作方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：手术导航机器人系统，包括控制组件以及操作组件，所述操作组件包括操作控制器、机械臂组件以及磨钻组件，所述磨钻组件与所述机械臂组件连接，所述操作控制器与所述机械臂组件连接，所述控制组件与所述操作控制器连接。

其进一步技术方案为：所述机械臂组件包括机械臂，所述机械臂与所述操作控制器连接。

其进一步技术方案为：所述机械臂组件还包括机架，所述机架内安装有所述操作控制器，所述机械臂连接于所述操作控制器的上方。

其进一步技术方案为：所述机架的下方连接有若干个第一万向脚轮。

其进一步技术方案为：所述磨钻组件包括钻头，所述钻头通过连接件与所述机械臂的末端连接。

其进一步技术方案为：所述机架上还设有网络接口，所述网络接口与所述操作控制器连接。

其进一步技术方案为：所述磨钻组件还包括传感器，所述传感器连接于所述机械臂的末端，所述传感器与所述操作控制器连接。

其进一步技术方案为：所述控制组件包括导航单元、显示单元以及手术控制器，所述导航单元以及所述显示单元分别与所述手术控制器连接，所述手术控制器与所述操作控制器连接。

其进一步技术方案为：所述手术控制器的下方连接有支架，所述支架的下方连接有若干个第二万向脚轮。

本发明还提供了手术导航机器人系统的工作方法，包括：

通过控制组件输出控制信号至操作控制器，由操作控制器驱动机械臂组件按照指定的导航路线进行移动，且操作控制器驱动磨钻组件进行工作。

本发明与现有技术相比的有益效果是：本发明通过设置控制组件以及操作组件，借助控制组件进行手术导航，并控制操作组件按照导航路线进行移动，结合安装在机械臂上的磨钻组件的工作，借助机械臂模仿人手，可提高磨钻组件操作时的稳定性，实现可降低手术难度，适用于在高精度操作区域中，且易于疲劳后手抖动影响手术操作精度与手术进度的高精度显微外科操作。

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步描述。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明具体实施例提供的手术导航机器人系统的示意性框图；

图2为本发明具体实施例提供的控制组件的结构示意图；

图3为本发明具体实施例提供的操作组件的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不应理解为必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行结合和组合。

如图1～3所示的具体实施例，本实施例提供的手术导航机器人系统，可以运用在高精度操作区域中，且易于疲劳后手抖动影响手术操作精度与手术进度的高精度显微外科操作。

请参阅图1，上述的手术导航机器人系统，包括控制组件1以及操作组件2，操作组件2包括操作控制器207、机械臂组件20以及磨钻组件，磨钻组件与机械臂组件20连接，操作控制器207与机械臂组件20连接，控制组件1与操作控制器207连接。

由操作控制器207驱动机械臂组件20的自动移动，模仿人体手臂的运动范围，并结合控制组件1进行精准定位和手术的导航，可以达到缩短手术时间，采用机械臂组件20与磨钻组件配合的方式，可扩大医生视野，减少手部颤动，精度提升至亚毫米级，进而提高手术精度，辅助完成手术，大幅度降低了手术难度。

在一实施例中，请参阅图3，上述的机械臂组件20包括机械臂201，机械臂201与操作控制器207连接。

在本实施例中，机械臂201具有六个及以上自由度，机械臂201包括末端关节、第一连臂、第二连臂、分别与第一连臂和第二连臂相连的中间关节。

该机械臂201的第一连臂以第二关节的轴线为旋转轴进行旋转时，最大的旋转角度为360度；该机械臂201的第二连臂以第四关节的轴线为旋转轴进行旋转时，最大的旋转角度为360度。

在一实施例中，请参阅图3，上述的机械臂组件20还包括机架203，机架203内安装有操作控制器207，机械臂201连接于操作控制器207的上方。

在一实施例中，请参阅图3，上述的机架203的下方连接有若干个第一万向脚轮206。利用第一万向脚轮206可实现随意推动操作组件2，便于使用操作组件2。

该机架203的两侧朝外延伸有延伸板205，第一万向脚轮206连接在延伸板205的下方。

在一实施例中，磨钻组件还包括反馈单元209，该反馈单元209与操作控制器207连接，通过反馈单元209的测量并传输磨钻组件与人体的反馈力，实现手术过程中对患者的保护，并保证手术安全有效。

另外，磨钻组件还包括研磨控制单元208，该研磨控制单元208与操作控制器207连接。

在一实施例中，请参阅图3，上述的磨钻组件包括钻头202，钻头202通过连接件与机械臂201的末端连接。

该钻头202与研磨单元配合，实现微创开孔式手术，可降低病患术后恢复难度及风险。

在一实施例中，请参阅图3，上述的机架203上还设有网络接口204，网络接口204与操作控制器207连接。

在一实施例中，磨钻组件还包括传感器，传感器连接于机械臂201的末端，传感器与操作控制器207连接。

在一实施例中，请参阅图2，上述的控制组件1包括导航单元101、显示单元102以及手术控制器103，导航单元101以及显示单元102分别与手术控制器103连接，手术控制器103与操作控制器207连接。

另外，手术控制器103的下方连接有支架104，支架104的下方连接有若干个第二万向脚轮105。

在一实施例中，控制组件1还包括摄像头以及喇叭，该摄像头与喇叭方别与手术控制器103连接。请参阅图3，该控制组件1包括网络云单元106，该网络云单元106与手术控制器103连接，另外，该手术控制器103通过机器人控制单元与网络接口204连接，进而实现手术控制器103与操作控制器207连接。

进行手术导航时，患者以适当体位卧于检查床上，操作组件2可以放于患者的旁侧，方便磨钻组件对患者进行手术。操作者通过控制组件1，定位患者的手术部位，将患者影像、手术部位、磨钻组件统一到同一坐标系中，实现手术的跟踪以及导航。

控制组件1通过网络云单元106将处理后的数据上传到云端处理系统，有云端处理系统进行云端AI处理，并反馈处理结果，以此形成控制信号，驱动操作控制器207执行对应的操作，以使得操作控制器207驱动机械臂组件20按照指定的导航路线进行移动，且操作控制器207驱动磨钻组件进行工作。

在本实施例中，上述的第一万向脚轮206以及第二万向脚轮105为但不局限于可锁定的万向脚轮。

在一实施例中，上述的控制组件1还包括脚踏开关，该脚踏开关与手术控制器103连接，脚踏开关安装于支架104上。

借用机械臂201的稳、准、重复性好、不易疲劳特点，辅助/部分替代传统医生在高精度操作区域中易于疲劳后手抖动影响手术操作精度与手术进度的高精度显微外科操作；在提高手术切除病变准确度，降低常规显微手术为了充分暴露病变所需的大切口、切除无病变的骨组织、过度分离软组织。

上述的手术导航机器人系统，通过设置控制组件1以及操作组件2，借助控制组件1进行手术导航，并控制操作组件2按照导航路线进行移动，结合安装在机械臂201上的磨钻组件的工作，借助机械臂201模仿人手，可提高磨钻组件操作时的稳定性，实现可降低手术难度，适用于在高精度操作区域中，且易于疲劳后手抖动影响手术操作精度与手术进度的高精度显微外科操作。

在一实施例中，还提供了手术导航机器人系统的工作方法，包括：

通过控制组件1输出控制信号至操作控制器207，由操作控制器207驱动机械臂组件20按照指定的导航路线进行移动，且操作控制器207驱动磨钻组件进行工作。

需要说明的是，所属领域的技术人员可以清楚地了解到，上述手术导航机器人系统的工作方法的具体实现过程，可以参考前述的手术导航机器人系统实施例中的相应描述，为了描述的方便和简洁，在此不再赘述。

上述仅以实施例来进一步说明本发明的技术内容，以便于读者更容易理解，但不代表本发明的实施方式仅限于此，任何依本发明所做的技术延伸或再创造，均受本发明的保护。本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (10)

1.手术导航机器人系统，其特征在于，包括控制组件以及操作组件，所述操作组件包括操作控制器、机械臂组件以及磨钻组件，所述磨钻组件与所述机械臂组件连接，所述操作控制器与所述机械臂组件连接，所述控制组件与所述操作控制器连接。

2.根据权利要求1所述的手术导航机器人系统，其特征在于，所述机械臂组件包括机械臂，所述机械臂与所述操作控制器连接。

3.根据权利要求2所述的手术导航机器人系统，其特征在于，所述机械臂组件还包括机架，所述机架内安装有所述操作控制器，所述机械臂连接于所述操作控制器的上方。

4.根据权利要求3所述的手术导航机器人系统，其特征在于，所述机架的下方连接有若干个第一万向脚轮。

5.根据权利要求3所述的手术导航机器人系统，其特征在于，所述磨钻组件包括钻头，所述钻头通过连接件与所述机械臂的末端连接。

6.根据权利要求3所述的手术导航机器人系统，其特征在于，所述机架上还设有网络接口，所述网络接口与所述操作控制器连接。

7.根据权利要求5所述的手术导航机器人系统，其特征在于，所述磨钻组件还包括传感器，所述传感器连接于所述机械臂的末端，所述传感器与所述操作控制器连接。

8.根据权利要求1所述的手术导航机器人系统，其特征在于，所述控制组件包括导航单元、显示单元以及手术控制器，所述导航单元以及所述显示单元分别与所述手术控制器连接，所述手术控制器与所述操作控制器连接。

9.根据权利要求8所述的手术导航机器人系统，其特征在于，所述手术控制器的下方连接有支架，所述支架的下方连接有若干个第二万向脚轮。

10.手术导航机器人系统的工作方法，其特征在于，包括：

通过控制组件输出控制信号至操作控制器，由操作控制器驱动机械臂组件按照指定的导航路线进行移动，且操作控制器驱动磨钻组件进行工作。

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