[发明专利]脊柱手术机器人的路径规划系统及机器人系统

说明书

本发明提供了一种脊柱手术机器人的路径规划系统及脊柱手术机器人系统。该路径规划系统包括：建模单元，用于根据手术对象的作业骨骼的术前三维图像建立所述作业骨骼的三维模型；以及路径规划单元，用于在所述三维模型上形成脊柱手术的规划操作路径，所述规划操作路径包括所述作业骨骼所在的三维空间中的至少一条三维曲线，脊柱手术机器人根据所述规划操作路径适于从所述作业骨骼中截取至少一块完整的目标骨骼。根据本发明可以在脊柱截骨减压手术中截取出完整的目标骨骼，有助于患者后续的恢复。

技术领域

本发明主要涉及手术机器人领域，尤其涉及一种脊柱手术机器人的路径规划系统及脊柱手术机器人系统。

背景技术

脊柱在人体内起到承重、保护脊髓、小范围运动的作用，保持脊柱结构的稳定对发挥其作用至关重要。随着老龄化的加剧，脊柱领域的发病率越来越高，比如脊部肿瘤、脊部创伤、退行性病变、脊柱畸形等脊柱疾病无不危害着人体的健康，并呈现出年轻化趋势。对于上椎间盘突出、椎管狭窄等造成脊髓神经压迫病症常采用脊柱截骨减压术进行治疗。其原理是将限制椎管的椎板切除，释放被压迫的血管和神经。目前脊柱截骨减压手术过程中多采用传统的“徒手操作”模式，需要手术医生使用咬骨钳等手术器械来切除关节突及椎板。由于脊柱结构复杂，周围布满脊髓、血管、神经根、黄韧带等重要结构，使得徒手手术风险很大，对手术医生的技术水平、体力、心理素质等有较大考验。此外，脊柱手术中，特别是在脊柱微创手术中需要进行大量的X光片拍摄，使得手术医生与病患长期处于辐射下，易受到较大的辐射损伤。

随着医疗器械技术的发展，自动化手术器械被越来越多的引入临床辅助医生进行手术。对于脊柱截骨减压术式，医生可以采用高速磨钻、超声骨刀等器械来完成脊椎节突及椎板的切除，有效降低手术医生在手术中的体力负荷。随着手术机器人技术的发展，还可以采用具有机械臂的手术机器人来辅助执行脊柱手术。在脊柱截骨减压手术中，通常会将由咬骨钳取下的骨骼作为植骨回填到患者椎间盘内，这种方式有利于患者后续的骨融合与恢复。然而，无论是医生手执磨钻或超声骨刀进行截骨，还是采用椎板磨削手术机器人辅助截骨的方式，在手术过程中都是将所需截下的骨骼完全粉碎或烧融。这种方式将本可以用于后续骨融合的患者自身骨骼完全破坏，不能作为回填材料，不利用患者后续的恢复。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种可以完整截取目标骨骼的脊柱手术机器人的路径规划系统及脊柱手术机器人系统。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种脊柱手术机器人的路径规划系统，其特征在于，包括：建模单元，用于根据手术对象的作业骨骼的术前三维图像建立所述作业骨骼的三维模型；以及路径规划单元，用于在所述三维模型上形成脊柱手术的规划操作路径，所述规划操作路径包括所述作业骨骼所在的三维空间中的至少一条三维曲线，脊柱手术机器人根据所述规划操作路径适于从所述作业骨骼中截取至少一块完整的目标骨骼。

在本发明的一实施例中，所述目标骨骼包括与所述作业骨骼相连接的连接面，所述至少一条三维曲线位于所述连接面上。

在本发明的一实施例中，所述连接面具有第一边界和第二边界，所述三维曲线包括一条连续曲线，所述连续曲线在所述第一边界和第二边界之间来回绕行，所述连续曲线不与自身相交。

在本发明的一实施例中，所述连续曲线包括多段在所述第一边界和所述第二边界之间沿第一方向延伸的曲线，多段所述曲线中相邻两条曲线之间的距离各不相等。

在本发明的一实施例中，多段所述曲线中相邻两条曲线之间的距离沿第二方向逐渐增大或减小，所述第二方向垂直于所述第一方向。

在本发明的一实施例中，多条所述三维曲线中的每一条三维曲线沿第三方向延伸，并贯穿所述连接面，所述多条三维曲线彼此之间不相交。

在本发明的一实施例中，所述多条三维曲线中相邻两条三维曲线之间的距离各不相等。