[发明专利]一种外科手术导航系统及其使用方法

权利要求书

1.一种手术导航系统及其使用方法，其特征在于，包含：医学图像扫描装置、光学跟踪系统、控制系统、机器人定位导航系统、示踪器（Tracker）、配套标尺工具及标志架；

医学图像扫描装置用于在术前、术中扫描所述手术部位以获取扫描图像；

光学跟踪系统用于在术前，术中获取所述手术部位的实时图像；

控制系统，所述控制系统包含计算控制中心、摄像头、显示装置和输入输出设备；

机器人定位导航系统，所述机器人定位导航系统包含机械臂，机械臂末端定位导航结构及配套组件；

示踪器（Tracker），所述Tracker用于配合光学跟踪系统识别世界坐标下带有Tracker的物体，所述Tracker可与患者骨骼有硬连接或者至于患者外固定支架上、安装于配套标尺、机器人定位导航部件等需要标识的物体；

配套标尺工具及标志架，所述配套标尺工具及标志架有多个刚性标识点作为特征点（Marker），用于在扫描装置拍摄医学图像时，辅助计算机处理图像及空间坐标系的转化；

所述医学图像扫描装置、所述光学追踪系统及所述机器人导航定位系统与控制器系统连接，所述控制系统用于处理所述扫描图像及所述实时图像之间的空间坐标转化，进行医学图像处理、术前规划、术中导航和术后数据分析；所述控制系统具有AR远程会话功能，通过摄像头可以实现与远程专家系统连接，进行视频通话和手术指导。

2.根据权利要求1所述的一种手术导航系统及其使用方法，其特征在于，所述医学图像扫描模块包含图像获取装置，如CT机、CBCT、O型臂、核磁、PET-CT，X光机医学影像设备等，所述医学图像扫描模块在某些影像设备中还包含图像校正装置，用于进行图像校正。

3.根据权利要求2所述的一种手术导航系统及其使用方法，其特征在于，所述Tracker上设有至少三个不共线的标志点，该标志点为自发光或反光材质。

4.根据权利要求1所述的一种手术导航系统及其使用方法，其特征在于，所述机器人定位导航系统的机械臂末端，根据不同的手术需求，配套组件及结构通过法兰可进行拆卸更换。

5.根据权利要求1所述的一种手术导航系统及其使用方法，其特征在于，所述机械臂通过电机电流计算所受到的力或设置有至少1个力传感器，优选地，所述机械臂的每个关节各自设置有力传感器。

6.根据权利要求5所述的一种手术导航系统及其使用方法，其特征在于，所述机械臂具有至少3个自由度，优选地，所述机械臂具有3个、5个、6个、7个、9个、或10个自由度。

7.根据权利要求1所述的一种手术导航系统及其使用方法，其特征在于，所述配套标尺工具及标志架可根据患者体型和手术部位不同如头部、脊柱、骨盆、四肢、脚踝，应用不同大小和构型的结构设计；所述配套标尺工具及标志架，每组含有对应的标识序列编码。

8.根据权利要求1所述的一种手术导航系统及其使用方法，其特征在于，所述AR远程会话功能在远程协助者通过摄像头观看到手术室场景及手术规划界面，通过语音结合虚拟现实技术，将指示引导建议显示在手术操作界面中，实现远程手术规划与导航指导。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的手术机器人系统的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步，术前医学图像采集及术前规划：

a）在患者的手术部位固定追踪器Tracker或将Tracker安装与患者表面外固定支架上，同时根据患者部位和体型选择大小合适的标志架和标尺；

b）进行术前医学图像扫描，并用光学追踪器记录所述标尺、标志架、Tracker的空间位置信息；

c）扫描信息传输到控制系统，所述控制系统进行医学图像处理，可进行手术路径规划，虚拟装配骨钉、骨板等，操作完成后，可以将全部信息保存；

第二步，术中图像配准与导航：

a）所有设备开机，打开控制系统的软件，将术前信息导入，并录入术前标志架的序列号，保证术前与术中的标尺及标志架一致；

b）采集术中患者手术部位医学图像，控制软件进行术前-术中影像信息配准，在软件进行手术的规划，规划出针点、入针点，并将信息进行空间坐标转换后，传输给定位导航系统，由机械臂执行导航定位操作；

c) 在操作过程中，可以在任意时间接入AR远程会话，进行远程求助/进行指导；

第三步，术后信息处理

拍摄术后医学图像，可以进行术中、术后信息的对比分析，包括路径信息、患者数据信息等。