CN116269800A - 一种脊柱内镜手术机器人系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种脊柱内镜手术机器人系统，包括，导航定位系统、机械臂、手术执行器、视觉增强系统和远端操作系统，其中，导航定位模块用于患病部位工作通道建立前穿刺位置和穿刺方向的确定；机械臂用于手术执行器的定位，以及在手术中的被动拖动运动或者导航定位时的主动运动；手术执行器用于完成手术操作；视觉增强模块用于对内镜平台获取到的图像信息进行增强显示处理；远端操作模块用于控制手术执行机构末端在手术部位的运动。通过本发明提出的方法，可以代替传统的手术器械完成手术操作，减轻医生操作负担，提高手术操作效率。
Description
技术领域
本发明属于医疗器械技术领域。
背景技术
以腰椎间盘突出症、腰椎管狭窄症和颈椎病为代表的脊柱疾病近年来发病率高，影响国民的正常生活和健康。传统的非手术治疗方案有药物治疗、物理治疗等，但是只适合年轻、初次发病的轻症患者。传统的手术治疗为开放式手术，需要对患者进行全麻，手术操作时间长，患者手术后恢复时间长，对于高龄高危人群存在风险。开放手术还会影响脊柱结构，造成患者腰椎不稳及后期的粘连。
脊柱内镜微创手术是近年来微创脊柱外科的研究热点，脊柱内镜微创手术能达到开放手术的治疗效果的同时，尽可能减小手术创伤，从而降低并发症发生率，术中出血，住院时间等。脊柱内镜手术包括了照明系统、摄像系统、持续的水流灌注和硬质管道的脊柱内镜系统。脊柱内镜手术流程包括：穿刺定位；逐级使用导杆，导管及扩孔钻进行关节突成型，根据骨性解剖标志建立工作通道；放置工作套管，镜下操作。
术中工作通道的建立基于术前影像数据，术中多次透视判断穿刺位置和穿刺方向是否正确。镜下操作需要频繁更换手术器械，而且现有脊柱内镜手术器械多为刚性器械，难以到达术中重要操作位置。医生通过观看内镜图像进行镜下操作时，手术器械占据了内镜图形大部分区域，内镜图像质量还容易受到术中组织出血等情况的影响。目前传统的经皮脊柱内镜手术存在器械灵活性差、感知能力弱、手术安全与治疗效果难以保证等临床问题，导致手术并发症严重，术后复发率高。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
为此，本发明的目的在于提出一种脊柱内镜手术机器人系统，用于减轻医生操作负担，提高手术操作效率。
为达上述目的，本发明第一方面实施例提出了一种脊柱内镜手术机器人系统，包括导航定位系统、机械臂、手术执行器、视觉增强系统和远端操作系统，其中，
所述导航定位模块用于患病部位工作通道建立前穿刺位置和穿刺方向的确定；
所述机械臂用于所述手术执行器的定位，以及在手术中的被动拖动运动或者导航定位时的主动运动；
所述手术执行器用于完成手术操作；
所述视觉增强模块用于对所述内镜平台获取到的图像信息进行增强显示处理；
所述远端操作模块用于控制所述手术执行机构末端在手术部位的运动。
另外，根据本发明上述实施例的一种脊柱内镜手术机器人系统还可以具有以下附加的技术特征：
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述手术执行器包括工作套管，内镜平台和手术执行机构，其中，
所述工作套管用于工作通道的建立，所述内镜平台，用于实时采集患病部位的图像信息，并为所述手术执行机构提供工作通道，所述手术执行机构，用于完成多种手术操作。
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述内镜平台包括两个注水通道、工作通道和摄像头，其中，
所述两个注水通道外接循环生理盐水，用于对病变部位进行灌洗消炎，所述摄像头用于采集图像信息，所述工作通道用于手术执行机构进入到患病部位。
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述手术执行机构末端安装手术工具，用于实现脊柱内镜手术中的手术操作。
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述手术机器人系统，还配备急停按钮，用于手术中紧急停止机器人的运动。
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述远端操作模块包括第一主手和第二主手，其中，
所述第一主手用于控制手术执行机构的运动，所述第二主手用于控制内镜平台的运动，通过所述内镜平台的运动调整内镜的图像信息。
为达上述目的，本发明第二方面实施例提出了一种基于脊柱内镜手术机器人辅助手术操作方法，包括：
进行脊柱内镜手术机器人辅助手术操作术前准备；
通过导航定位系统确定穿刺位置和穿刺方向，以及机械臂末端的运动路径；
通过所述穿刺位置和穿刺方向进行穿刺并逐级扩张创口，建立手术工作通道，放入工作套管和内镜平台，获取所述患病部位的实时图像；
通过内镜平台放入手术执行机构，通过远端操作系统，结合视觉增强系统提供的内镜图像信息，控制手术执行机构末端的手术工具对所述患病部位进行内镜下手术操作；
从患病部位退出手术执行器，处理手术创口，完成手术操作。
为达上述目的，本发明第三方面实施例提出了一种计算机设备，其特征在于，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时，实现如上所述的一种脊柱内镜手术机器人系统。
为达上述目的，本发明第四方面实施例提出了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如上所述的一种脊柱内镜手术机器人系统。
本发明实施例提出的脊柱内镜手术机器人系统，可以代替传统的手术器械完成手术操作，医生坐在远端操作系统旁边，通过主手在主从控制下完成内镜下手术操作，减轻医生操作负担，提高手术操作效率。导航定位系统能够减少术中穿刺定位的次数，缩短手术时间，通过柔性灵巧的末端机构，手术执行机构能够进入传统手术器械不能到达的区域进行手术操作，视觉增强系统还能够提供狭窄椎间孔内更加清晰的视野图像。将脊柱内镜手术机器人系统应用于腰椎间盘突出症、腰椎管狭窄症和颈椎病等内镜手术中，可以有效降低手术并发症和术后复发率。
附图说明
本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为本发明实施例所提供的一种脊柱内镜手术机器人系统的示意图。
图2为本发明实施例所提供的一种脊柱内镜手术机器人系统中的手术执行器示意图。
图3为本发明实施例所提供的一种基于脊柱内镜手术机器人系统辅助手术操作流程示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
下面参考附图描述本发明实施例的脊柱内镜手术机器人系统。
图1为本发明实施例所提供的一种脊柱内镜手术机器人系统的示意图。
如图1所示，该脊柱内镜手术机器人系统包括导航定位系统、机械臂、手术执行器、视觉增强系统和远端操作系统，其中，
导航定位模块用于患病部位工作通道建立前穿刺位置和穿刺方向的确定；
机械臂用于手术执行器的定位，以及在手术中的被动拖动运动或者导航定位时的主动运动；
手术执行器用于完成手术操作；
视觉增强模块用于对内镜平台获取到的图像信息进行增强显示处理；
远端操作模块用于控制手术执行机构末端在手术部位的运动。
手术开始前需建立工作通道，患者俯卧在手术床上，在机械臂末端和患病部位附近放置光学定位标记物和辅助光学定位标记物，术中通过影像数据获得患病部位和机械臂之间的相对位置。根据导航规划软件，确定工作通道建立前穿刺位置和穿刺方向，机械臂末端移动到患病部位工作通道建立位置，置入穿刺针，通过各级扩张管逐级扩张建立手术工作通道。导航定位系统在保证手术安全的同时减少穿刺次数，提高穿刺的准确率。
进一步地，在本发明的一个实施例中，手术执行器包括工作套管，内镜平台和手术执行机构，其中，
工作套管用于工作通道的建立，内镜平台，用于实时采集患病部位的图像信息，并为手术执行机构提供工作通道，手术执行机构，用于完成多种手术操作。
如图2所示，建立完工作通道后依次沿着轴向放入工作套管和内镜平台。内镜平台包括两个注水通道、工作通道和摄像头。
进一步地，在本发明的一个实施例中，内镜平台包括两个注水通道、工作通道和摄像头，其中，
两个注水通道外接循环生理盐水，用于对病变部位进行灌洗消炎，摄像头用于采集图像信息，工作通道用于手术执行机构进入到患病部位。
其中，内镜平台具备2个自由度，用于术中实时采集患病部位的图像信息，并给手术执行机构提供工作通道。手术执行机构是柔性机构，末端具备5个自由度，末端安装手术器械后能完成多种手术操作。
进一步地，在本发明的一个实施例中，手术执行机构末端安装手术工具，用于实现脊柱内镜手术中的手术操作。
具体的，手术执行机构沿着内镜平台的工作通道进入患病部位后，手术执行机构末端安装髓核钳、咬骨钳、骨钻、射频电极等不同的手术工具，可以实现脊柱内镜手术中的剥离、探查、夹持、烧灼、切削等手术操作；手术执行机构和内镜平台通过工作套管进入椎间孔内部后，视觉增强系统的显示屏展示椎间孔内部组织信息和视觉增强图像。
医生结合内镜图像信息，通过远端操作系统操作主手控制内镜平台和手术执行机构的运动，远端操作系统上一个主手用来控制手术执行机构的运动，另外一个主手用来控制内镜平台的运动。内镜平台的运动可以调整内镜下的图像信息，手术执行器末端在远端操作系统的控制下能实现骨组织的切削，黄韧带的剥离探查，髓核的夹取，电凝止血等内镜下手术操作，通过快换装置更换末端带有不同手术工具的手术执行机构。
手术执行机构抓取髓核等组织后从内镜平台退出，冲洗掉手术工具末端组织后再次通过内镜平台的工作通道进入到患病部位进行手术操作。完成脊柱内镜手术后，依次从患病部位沿着工作套管的轴向退出手术执行机构，内镜平台和工作套管。
导航定位系统通过线缆和机械臂连接相互进行数据传输，手术执行器和视觉增强系统、远端操作系统通过线缆连接进行数据传输。内镜平台的图像信息通过线缆传输到视觉增强系统，医生通过显示器获取内镜下患病部位的情况，手术执行器和远端操作系统通过线缆连接，医生通过远端操作系统上的主手控制手术执行器的运动。
脊柱内镜手术操作时的手术操作空间非常狭窄，附近区域存在神经根、脊髓等重要组织，为了保证手术安全，机械臂和手术执行器只能在规定的范围内运动，避免对患者造成伤害。
进一步地，在本发明的一个实施例中，手术机器人系统，还配备急停按钮，用于手术中紧急停止机器人的运动。
进一步地，在本发明的一个实施例中，远端操作模块包括第一主手和第二主手，其中，
第一主手用于控制手术执行机构的运动，第二主手用于控制内镜平台的运动，通过内镜平台的运动调整内镜的图像信息。
本发明实施例提出的脊柱内镜手术机器人系统，可以代替传统的手术器械完成手术操作，医生坐在远端操作系统旁边，通过主手在主从控制下完成内镜下手术操作，减轻医生操作负担，提高手术操作效率。导航定位系统能够减少术中穿刺定位的次数，缩短手术时间，通过柔性灵巧的末端机构，手术执行机构能够进入传统手术器械不能到达的区域进行手术操作，视觉增强系统还能够提供狭窄椎间孔内更加清晰的视野图像。将脊柱内镜手术机器人系统应用于腰椎间盘突出症、腰椎管狭窄症和颈椎病等内镜手术中，可以有效降低手术并发症和术后复发率。
为了实现上述实施例，本发明还提出一种基于脊柱内镜手术机器人辅助手术操作方法。
图3为本发明实施例提供的一种基于脊柱内镜手术机器人辅助手术操作流程示意图。
如图3所示，该基于脊柱内镜手术机器人辅助手术操作方法包括：
S101：进行脊柱内镜手术机器人辅助手术操作术前准备；
其中，术前准备包括手术器械的清洗消毒，机械臂的摆位等；
S102：通过导航定位系统确定穿刺位置和穿刺方向，以及机械臂末端的运动路径；
S103：通过所述穿刺位置和穿刺方向进行穿刺并逐级扩张创口，建立手术工作通道，放入工作套管和内镜平台，获取所述患病部位的实时图像；
S104：通过内镜平台放入手术执行机构，通过远端操作系统，结合视觉增强系统提供的内镜图像信息，控制手术执行机构末端的手术工具对患病部位进行内镜下手术操作；
S105：从患病部位退出手术执行器，处理手术创口，完成手术操作。
为达上述目的，本发明第三方面实施例提出了一种计算机设备，其特征在于，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时，实现如上所述的脊柱内镜手术机器人系统。
为达上述目的，本发明第四方面实施例提出了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如上所述的脊柱内镜手术机器人系统。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是,上述实施例是示例性的,不能理解为对本发明的限制,本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (9)
1.一种脊柱内镜手术机器人系统，其特征在于，包括导航定位系统、机械臂、手术执行器、视觉增强系统和远端操作系统，其中，
所述导航定位模块用于患病部位工作通道建立前穿刺位置和穿刺方向的确定；
所述机械臂用于所述手术执行器的定位，以及在手术中的被动拖动运动或者导航定位时的主动运动；
所述手术执行器用于完成手术操作；
所述视觉增强模块用于对所述内镜平台获取到的图像信息进行增强显示处理；
所述远端操作模块用于控制所述手术执行机构末端在手术部位的运动。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述手术执行器包括工作套管，内镜平台和手术执行机构，其中，
所述工作套管用于工作通道的建立，所述内镜平台，用于实时采集患病部位的图像信息，并为所述手术执行机构提供工作通道，所述手术执行机构，用于完成多种手术操作。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述内镜平台包括两个注水通道、工作通道和摄像头，其中，
所述两个注水通道外接循环生理盐水，用于对病变部位进行灌洗消炎，所述摄像头用于采集图像信息，所述工作通道用于手术执行机构进入到患病部位。
4.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述手术执行机构末端安装手术工具，用于实现脊柱内镜手术操作。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述手术机器人系统，还配备急停按钮，用于手术中紧急停止机器人的运动。
6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述远端操作模块包括第一主手和第二主手，其中，
所述第一主手用于控制手术执行机构的运动，所述第二主手用于控制内镜平台的运动，通过所述内镜平台的运动调整内镜的图像信息。
7.一种基于脊柱内镜手术机器人辅助手术操作方法，应用于如权利要求1所述的脊柱内镜手术机器人系统，其特征在于，包括：
进行脊柱内镜手术机器人辅助手术操作术前准备；
通过导航定位系统确定穿刺位置和穿刺方向，以及机械臂末端的运动路径；
通过所述穿刺位置和穿刺方向进行穿刺并逐级扩张创口，建立手术工作通道，放入工作套管和内镜平台，获取所述患病部位的实时图像；
通过内镜平台放入手术执行机构，通过远端操作系统，结合视觉增强系统提供的内镜图像信息，控制手术执行机构末端的手术工具对所述患病部位进行内镜下手术操作；
从患病部位退出手术执行器，处理手术创口，完成手术操作。
8.一种计算机设备，其特征在于，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时，实现如权利要求1-6中任一所述的脊柱内镜手术机器人系统。
9.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1-6任意一项所述的脊柱内镜手术机器人系统。
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2023
- 2023-03-29 CN CN202310325400.9A patent/CN116269800A/zh active Pending
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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