[发明专利]用于置钉操作的脊柱手术机器人系统

说明书

本发明提供了一种用于置钉操作的脊柱手术机器人系统，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。本发明的脊柱手术机器人系统通过路径规划模块生成的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，使执行模块在执行置钉操作时从密度较低的松质骨处置入，所受到的阻力小，保证了置钉手术的安全性。

技术领域

本发明主要涉及手术机器人领域，尤其涉及一种用于置钉操作的脊柱手术机器人系统。

背景技术

随着颈椎外科技术的进步以及对颈椎局部解剖学研究的不断深入，颈椎后路置钉技术得到快速的发展。后路颈椎椎弓根螺钉固定术是脊柱疾病治疗的革命性创新，颈椎椎弓根螺钉固定的生物力学稳定性要优于颈椎其他各种固定技术，甚至超过前路钛板加后路侧块固定的稳定性，是一种矫正颈椎后凸畸形、进行颈椎的固定融合以及治疗颈椎骨折脱位等颈椎疾病的理想固定方法。

在对患者开展后路颈椎椎弓根螺钉术时，需要将椎弓根螺钉置入到人体的后路颈椎中。现有的置入方式都是依靠手术医生徒手执行，这种方式不仅依赖手术医生的经验，而且人手操作容易产生偏差导致椎弓根螺钉置入偏离正确轨道，从而降低手术成功率，手术失误后可能造成脊髓神经根损伤及椎动脉损伤等不可逆性损害甚至危及患者生命。同时在对后路颈椎椎弓根置入螺钉时，受患者具体情况的影响，可能需要对多个后颈椎椎弓根进行螺钉置入，而这种操作无疑更大的加重了手术的难度，更加考验医生的技术。

随着医疗器械技术的发展，机器人技术在手术中的应用越来越多。目前在后路颈椎椎弓根螺钉固定术中，手术机器人主要起到医学影像建模、辅助定位和导航的作用，椎弓根螺钉的植入还是需要由手术医生来完成。由于后路颈椎椎弓根不但细小而且还处于四周由椎动脉、脊髓和上、下位神经根所形成的狭窄空间中，使椎弓根螺钉的置入难度和危险性都相应增大。手术医生即便根据术前影像来规划置入钉道，也无法解决所规划钉道偏移正确位置的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种安全可靠的用于置钉操作的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。

在一些实施例中，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。

在一些实施例中，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。

在一些实施例中，所述基本信息包括年龄、性别、身高、体重和病史。

在一些实施例中，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。

在一些实施例中，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。

在一些实施例中，所述控制模块还用于根据所述规划操作路径和所述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；以及所述控制模块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。