[实用新型]机器人辅助超声骨动力系统

说明书

一种机器人辅助超声骨动力系统，其包括超声骨动力系统、机器人辅助手术系统和控制器，骨动力系统包括用于将电能转换为机械能的超声换能器用于将机械能传递至骨骼的超声骨刀，机器人辅助手术系统包括基座和机械臂，机械臂安装在基座上，超声骨动力系统能够拆卸地连接到机械臂的能够运动的端部，机械臂用于控制超声骨动力系统的切割端部的位置、空间角度及施加至待切割的骨骼的力；控制器通信连接到超声骨动力系统，用于控制超声骨动力系统的切割功率；其中，控制器根据骨骼的剩余切割厚度、密度、邻接的组织类型等控制超声骨动力系统的输出功率。本实用新型的机器人辅助超声骨动力系统提高了骨科手术、特别是微创骨科手术系统的安全性和精确性。

技术领域

本实用新型涉及一种机器人辅助超声骨动力系统，尤其是通过机器人精确操纵超声骨动力系统完成骨骼的整形、切割等手术操作，同时也适用于内窥镜下的采用该装置完成整形、切割等手术操作。

背景技术

在骨切割的外科手术中，常常通过超声骨动力系统进行切割。超声骨动力系统是通过超声换能器将电能转化为机械能，经高频超声振动使所接触骨组织彻底破坏，由于其振动幅值通常为100μm左右，对血管和神经组织等的损伤能力弱，因此在脊柱手术及神经外科手术等应用中具有较高的手术安全性。

然而，目前主要单纯依赖医生手动操作超声骨动力系统来完成骨科、神经外科手术，由于医生手术操作时不可避免施加大体垂直于骨骼的纵向压力，但手动操作存在对纵向方向的控制能力差的难题，当超声骨动力系统切透骨骼时由于医生纵向施力过大容易引起骨骼下面的神经、脊髓等组织的损伤，存在一定的手术风险。同时，医生手动操作时由于超声振动与骨骼的相互作用以及骨骼本身的不规则曲面形状，在切割时，超声骨动力系统会存在一定的横向振动和位移，这导致医生难以精确地控制超声骨动力系统，从而导致切割准确性降低。

机器人辅助手术系统主要依赖位置传感器、角度传感器、力反馈传感器等传感技术控制电机实现高精度的反馈控制，可有效解决医生手动操作存在的控制性差、抖动性问题，提高手术操作的安全性，但传统的机器人手术系统缺乏有效的骨组织切割工具，难以完成骨科手术特别是骨科微创手术。

因此，需要一种集成了超声骨动力系统和机器人手术系统的机器人辅助超声骨动力系统。

实用新型内容

本实用新型的一个目的在于提供一种集成了超声骨动力系统和机器人手术系统的机器人辅助超声骨动力系统，所述机器人辅助超声骨动力系统至少能够部分地解决或减轻以下技术问题中的一个或多个：

1)超声骨动力系统的力反馈问题：目前，骨科手术的骨骼切割操作完全依赖医生的临床经验和手感，这种经验难以进行有效传递，特别是在危险区域如脊柱、神经外科手术时，由于患者骨骼组织的力学特性差异较大，特别是某些钙化区域硬度较高，而其他区域由于缺钙可能硬度较小，单独依赖医生的经验施加控制超声骨动力系统时容易出现施加压力过大造成超声刀头快速穿透骨骼，引起骨骼下方的神经、脊髓等组织损伤，造成医疗事故；

2)超声骨动力系统的切割抖动问题：当采用超声骨动力系统进行切割时，当医生操控手柄进行切割骨组织时，由于骨骼的不规则的曲面形状，超声系统的振动容易引起超声刀头的横向滑动。在超声振动与骨骼的相互作用下，超声骨动力系统存在一定的横向振动，因而，医生需要施加较大的力量进行把持防止刀头的横向移动，该横向移动容易增大骨骼切口大小，在一定程度上影响病患部位的力学特性，更容易引起切割部位的横向损伤；

3)传统的骨科手术机器人缺乏有效的骨组织切割工具，依然采用传统的骨组织切割工具，导致在切割时需要施加巨大的压力或旋转摩擦，因而存在较大的安全隐患，难以顺利完成骨科手术、尤其是骨科微创手术，这也导致采用传统的骨组织切割工具的骨骼手术机器人难以广泛应用。

本实用新型提供了一种机器人辅助超声骨动力系统，所述机器人辅助超声骨动力系统包括：

超声骨动力系统，所述超声骨动力系统包括：