[发明专利]一种开颅手术机器人系统及其开颅手术方法

说明书

本发明公开了一种该开颅手术机器人系统及其开颅手术方法，该系统包括数据处理机构、协同光学导航机构、双臂手术机器人机构；数据处理机构包括主控台车、固定安装于主控台车上的第一图像处理工作站和第二图像处理工作站；协同光学导航机构包括导航台车、固定安装于导航台车上的六自由度导航机械臂以及固定安装于导航机械臂末端法兰上的光学定位仪；双臂手术机器人机构包括手术台车、固定于手术台车上的第一六自由度手术机械臂和第二六自由度手术机械臂；对应该开颅手术方法在协同光学导航机构引导下，可以实现精确快速地颅骨钻孔、铣切以及颅内显微操作，能够有效提升手术精度，缩短开颅暴露时间，减轻医生的工作强度。

技术领域

本发明涉及医疗机器人技术领域，特别涉及一种开颅手术机器人系统及其开颅手术方法。

背景技术

近年来，在医学、生物力学、机械电子、计算机和机器人学等学科交叉融合发展的趋势下，机器人辅助外科手术技术应用而生，且已在神经外科、腹腔外科、胸外科、骨外科、血管介入、颅面外科等临床手术中得到广泛应用。开颅手术是神经外科手术中最为常见的一种手术方式。传统的开颅手术需要医生手持专用开颅钻和开颅铣刀进行钻孔、铣切等精细操作，要求医生具有极高的操作技巧和丰富的手术经验，手术操作强度大，医生学习曲线长。相比传统人工手术方式，开颅手术机器人借助影像/光学导航系统可以实现更加精准、快速地精细操作，能够有效提高手术效果、缩短开颅暴露时间、降低感染风险、减少医生疲劳程度。因此，研制开颅手术机器人系统对于提高手术安全性具有现实意义和临床价值。

已公开专利CN109330687A提出了一种神经外科开颅手术机器人系统，具体为一种面向神经外科的手术机器人系统，该系统采用双机械臂协作的本体结构，可以满足多种任务的需要，但是采用基于光学的被动导航方式，易出现术中标记点漂移、丢失的现象；另外，已公开专利CN108577968A提出了一种神经外科开颅手术机器人系统，具体为一种基于超声波的开颅手术机器人系统，该专利主要介绍了系统的结构框架，对于机械本体以及导航方式并未做出具体说明，还需进一步地深入研究。

发明内容

本发明的目的是提供一种解决现有人工手术方式中存在的医生操作强度大、难度高、严重依赖医生经验等问题的开颅手术机器人系统。

本发明的另一目的是提供一种采用上述开颅手术机器人系统实现的开颅手术方法。

为此，本发明技术方案如下：

一种开颅手术机器人系统，包括数据处理机构、协同光学导航机构和双臂手术机器人机构；其中，

协同光学导航机构包括导航台车、六自由度导航机械臂和光学定位仪；六自由度导航机械臂的底座固定在导航台车的上表面；光学定位仪固定在六自由度导航机械臂的末端法兰上，使其能够在六自由度导航机械臂的运动下实现与双臂手术机器人机构的协同运动；

双臂手术机器人机构包括手术台车、第一六自由度手术机械臂和第二六自由度手术机械臂；第一六自由度手术机械臂的底座和第二六自由度手术机械臂的底座分别固定于手术台车上表面设置的T形梁的横梁两端，形成类似医生手术过程中的手臂摆放姿态；

数据处理机构包括主控台车、固定安装于主控台车上的第一图像处理工作站和第二图像处理工作站；第一图像处理工作站由设置在车体的箱体内的第一处理器和设置在车体的箱体上方的第一显示屏构成；第一处理器包括能够根据患者医学影像数据进行病灶区域三维重建的三维重建模块和用于术前空间配准及术中手术器械实时追踪的导航模块；第二图像处理工作站由设置在车体的箱体内的第二处理器和设置在车体的箱体上方的第二显示屏构成；第二处理器包括用于驱动六自由度导航机械臂、第一六自由度手术机械臂和第二六自由度手术机械臂的各关节运动及监测各机械臂实时状态的控制模块。