[发明专利]用于置钉操作的脊柱手术机器人系统

权利要求书

1.一种用于置钉操作的脊柱手术机器人系统，其特征在于，包括：

路径规划模块，用于生成置钉操作的规划操作路径，所述规划操作路径沿着手术对象的作业骨骼中组织密度梯度下降最快的方向分布；

执行模块，用于执行所述置钉操作；以及

控制模块，用于控制所述执行模块按照所述规划操作路径执行所述置钉操作。

2.如权利要求1所述的脊柱手术机器人系统，其特征在于，所述路径规划模块包括：

建模单元，用于根据所述作业骨骼的术前三维图像建立所述作业骨骼的三维模型；

路径规划单元，用于在所述三维模型上形成所述规划操作路径。

3.如权利要求2所述的脊柱手术机器人系统，其特征在于，所述三维模型包括所述作业骨骼的结构信息，所述结构信息包括所述作业骨骼中各个位置的组织密度，所述组织密度和所述手术对象的基本信息相关。

4.如权利要求3所述的脊柱手术机器人系统，其特征在于，所述基本信息包括年龄、性别、身高、体重和病史。

5.如权利要求2所述的脊柱手术机器人系统，其特征在于，所述规划操作路径上的每一个位置具有对应的术前模拟反馈作用力，所述术前模拟反馈作用力与所述组织密度相对应。

6.如权利要求1所述的脊柱手术机器人系统，其特征在于，所述执行模块包括：

置钉操作器，设置在手术执行臂的末端，用于执行所述置钉操作；以及

力学传感装置，设置在所述置钉操作器中，用于检测所述置钉操作器受到的来自所述手术对象的作业骨骼的作用力。

7.如权利要求6所述的脊柱手术机器人系统，其特征在于，还包括：人机交互模块，用于根据所述作用力生成模拟作用力，使操作者接收所述模拟作用力并通过所述控制模块控制所述执行臂的移动。

8.如权利要求6所述的脊柱手术机器人系统，其特征在于，还包括安全模块，用于实时监测所述作用力，当所述作用力超过安全范围时，所述安全模块控制所述执行臂停止所述置钉操作。

9.如权利要求2所述的脊柱手术机器人系统，其特征在于，还包括：

导航定位模块，用于获得所述作业骨骼的空间位姿和所述脊柱手术机器人的执行臂的空间位姿，建立所述作业骨骼和所述执行臂之间的空间映射关系；

所述控制模块还包括：影像配准单元，用于将所述三维模型与所述手术对象的术中二维图像进行配准，获得配准图像空间信息；空间映射单元，用于将所述配准图像空间信息、所述作业骨骼的空间位姿和所述执行臂的空间位姿映射在统一空间坐标中；路径转换单元，用于将所述规划操作路径转换为所述统一空间坐标中的手术操作路径。

10.一种于置钉操作的脊柱手术机器人系统，其特征在于，包括：

路径规划模块，用于生成置钉操作的规划操作路径，所述规划操作路径沿着手术对象的作业骨骼中组织密度梯度下降最快的方向分布；

执行模块，包括置钉操作器，所述置钉操作器设置在手术执行臂的末端用于执行所述置钉操作；以及

控制模块，用于根据所述规划操作路径和所述置钉操作器受到的来自所述手术对象的作业骨骼的作用力生成手术操作路径，所述规划操作路径上的每一个位置具有对应的术前模拟反馈作用力，所述手术操作路径上的每一个位置具有对应的所述作用力，在所述手术操作路径上每个所述位置的所述作用力和所述术前模拟反馈作用力之间的第一差值在预设阈值范围之内，所述控制模块还用于控制所述执行模块按照所述手术操作路径执行所述置钉操作。

11.如权利要求10所述的脊柱手术机器人系统，其特征在于，所述控制模块还用于在每个所述位置调整所述置钉操作器的方向，获得多个方向上的多个所述作用力，比较所述多个作用力和所述位置的所述术前模拟反馈作用力之间的第二差值，取所述第二差值最小的方向作为所述置钉操作器的操作方向。

12.如权利要求10所述的脊柱手术机器人系统，其特征在于，所述执行模块还包括力学传感装置，设置在所述置钉操作器中，用于检测所述置钉操作器受到的来自所述手术对象的作业骨骼的作用力。