[发明专利]一种用于切除脊柱椎板的机器人

说明书

本申请提供了一种用于切除人体脊柱椎板的机器人，机器人包括机械臂，机械臂的末端有操作器，机器人用于执行以下步骤：获取脊柱椎板的静态基准平面，脊柱椎板包括：外层骨皮质、内层骨皮质、以及位于外层骨皮质和内层骨皮质之间的骨松质，静态基准平面用于指示内层骨皮质远离外层骨皮质一侧的表面；获取脊柱椎板的动态偏移量，动态偏移量用于指示由于人的呼吸运动产生的脊柱偏移；根据静态基准平面和动态偏移量确定脊柱椎板的动态基准平面；获取操作器上的作用力；基于动态基准平面和作用力确定操作器的目标速度；机械臂以目标速度运动。本申请提供的机器人，可以充分发挥医生和机器人各自的优势，精准进行脊柱板切除手术。

技术领域

本申请属于医疗器械技术领域，尤其涉及一种用于切除脊柱椎板的机器人。

背景技术

医生长时间手持器械对脊柱椎板进行切除时，容易产生疲劳，造成手部抖动、精力下降。并且，一般情况下，病变组织的形态组织的形态结构于正常骨组织可能存在差异性，缺少额外辅助性提示对医生空间抽象思维是一个巨大挑战。

虽然，手术自主机器人具有高精度、高可靠性、容易交互、无疲劳等特点，手术机器人逐渐被应用于临床，常用于辅助解决上述问题。但是，由于椎板是存在于3D图像空间中的自由曲面，存在术前规划难的问题，因此，执行预定轨迹和指令的自主机器人也并不适合进行复杂的脊柱椎板切除手术。

发明内容

本申请实施例提供了一种用于切除脊柱椎板的机器人，该机器人可以充分发挥医生和机器人各自的优势，在医生和机器人的共同作用下精准进行脊柱板切除手术。

第一方面，提供了一种用于切除人体脊柱椎板的机器人，机器人包括机械臂，机械臂的末端有操作器，机器人用于执行以下步骤：获取脊柱椎板的静态基准平面，脊柱椎板包括：外层骨皮质、内层骨皮质、以及位于外层骨皮质和内层骨皮质之间的骨松质，静态基准平面用于指示内层骨皮质远离外层骨皮质一侧的表面；获取脊柱椎板的动态偏移量，动态偏移量用于指示由于人的呼吸运动产生的脊柱偏移；根据静态基准平面和动态偏移量确定脊柱椎板的动态基准平面；获取作用在操作器上的作用力；基于动态基准平面和作用力确定操作器的目标速度；机械臂以目标速度运动。

第一方面提供的机器人，该机器人用于获取脊柱椎板的静态基准平面和人在进行呼吸运动时产生的脊柱动态偏移量。以静态基准平面为基准，结合脊柱偏移量可以确定基准椎板的动态基准平面。然后，根据动态基准平面和作用在操作器上的作用力共同确定出操作器的目标速度，最后该机械臂以目标速度运动从而带动操作器进行脊柱椎板的铣削。该机器人结合了用户的作用力和动态基准平面共同输出了操作器的目标速度，从而可以精准控制操作器在铣削时的切削余量。

可选的，机器人还执行以下步骤：基于动态基准平面和操作器的位置确定导纳参数；基于动态基准平面和作用力确定操作器的目标速度，包括：利用如下导纳公式确定操作器的目标速度：

其中，M表示惯性参数；表示加速度；表示目标速度；F_H表示作用力；g(n_p,a,s)表示导纳参数；导纳参数中的n_p表示操作器在t时刻相对于动态基准平面的法向量方向，导纳参数中的a表示操作器在t时刻距动态基准平面的最短距离，s表示操作器位于脊柱椎板中的位置。在该种实现方式中，机器人利用基准平面和操作器的位置确定时变的导纳参数，根据时变的导纳参数和用户的作用力可以确定实时速度。

可选的，机器人还执行以下步骤：确定操作器位于脊柱椎板中的位置；当操作器位于内层骨皮质时，利用如下公式确定导纳参数：