[发明专利]柔性无创定位装置及其在术中手术路径规划的应用及系统

说明书

一种柔性无创定位装置，包括：柔性片，柔性片设有手术窗口；若干个被光学设备识别的定位标记物，围绕手术窗口非对称、均匀地分布柔性片上；将柔性片通过手术窗口围绕患者的病变部位固定于患者的体表，术中，采集定位标记物的空间位置数据，并将当前时刻采集的若干个定位标记物的空间位置数据记为第一组点云，将前一时刻采集的若干个定位标记物的空间位置数据记为第二组点云，第一组点云的空间位置相对于第二组点云的空间位置变化反映了柔性片在当前时刻的空间位姿变化，柔性片在术中的空间姿态变化反映了病变部位在术中的空间位姿变化。将该柔性无创定位装置应用到术中手术规划时，可辅助确定导航定位或机械臂导航定位中的手术部位位置移动。

技术领域

本发明涉及机械臂手术技术领域，具体涉及对机械臂手术导航的柔性无创定位装置及其在术中手术路径规划的应用及系统。

背景技术

在机器人手术时，需要对手术机器人进行手术导航和定位，但是患者的病变部位，如关节等容易发生位移、角度等状态改变，为了对这些病变部位进行精确定位，传统的定位方法是：在病变部位进行切口，为曝露目标部位，定位标记通过夹具夹持、钉入或其他方式刚性固定在该切口处，通过对定位标记进行实时空间定位，以实现对病变部位的位置进行更新，从而实现导航或手术机器人导航的目的。

由以上导航或机器人手术导航、定位方法可知，上述的方法存在如下缺点：

1)为有创的导航、定位，该有创的导航、定位及定位标记通过夹持、钉入等刚性固定方式会给患者带来二次伤害；

2)通过定位标记寻找的是一个定位点，无法对大区域进行整体的位置更新；

3)刚性连接中缺少柔性因素，无法考量术中病变部位的变形超过一定量时对手术造成的影响。

除了上述导航之外，也有采用如下方法进行手术导航：

如，电磁导航和光学导航，其中，光学导航是主流的手术导航方法。光学导航利用三目或双目立体视觉原理，使用可见光或近红外光成像系统实现空间定位。现有手术导航临床操作流程如下：(1)术前在患者脑部粘贴头皮定位标记物，进行CT或MR I扫描，将影像数据输入计算机工作站，进行人体三维模型重建，从而规划手术路径，制定合理准确的手术方案。(2)架设红外定位仪及参考架并开始采集图像，将手术器械点击头皮定位标记物进行注册，完成手术空间坐标系和影像空间坐标系之间的配准，使手术器械能够精确呈现在影像中。(3)在导航指导下对病灶进行手术，导航系统会实时显示当前手术器械工作点(尖端探针)的位置及其周围的图像。

上述手术导航主要应用在神经外科手术中，如颅骨、脊髓等手术。手术导航应用于神经外科手术时，由于病人的头部是固定不动的，可认为是刚体，因此可以利用贴在头部的定位标记物有效地建立坐标系，完成坐标系配准。但是当手术导航应用于呼吸运动病灶区时，如果仍使用上述方法，在病人胸腹处贴上定位标记物，病人自身的呼吸运动会导致定位标记物不断移动，从而不能建立准确的坐标系，影响手术空间坐标系和影像坐标系之间的配准，无法实现精确的手术导航。

发明内容

在机械臂对空间姿态易变化的病变部位进行手术时，术中的机械臂手术路径如何根据病变部位的姿态变化而动态规划，本申请从以下几个方面给出了该问题的解决方案。

根据第一方面，一种实施例中提供一种柔性无创定位装置，包括：

柔性片，为一任意规则或不规则形状，所述柔性片设有规则或不规则的手术窗口；

若干个被光学设备识别的定位标记物，围绕所述手术窗口非对称、均匀地分布所述柔性片上；