[发明专利]一种开颅手术机器人系统及其开颅手术方法

权利要求书

1.一种开颅手术机器人系统，其特征在于，包括数据处理机构(10)、协同光学导航机构(20)和双臂手术机器人机构(30)；其中，

协同光学导航机构(20)包括导航台车(20a)、六自由度导航机械臂(20b)和光学定位仪(20c)；六自由度导航机械臂(20b)的底座固定在导航台车(20a)的上表面；光学定位仪(20c)固定在六自由度导航机械臂(20b)的末端法兰上，使其能够在六自由度导航机械臂(20b)的运动下实现与双臂手术机器人机构(30)的协同运动；

双臂手术机器人机构(30)包括手术台车(30a)、第一六自由度手术机械臂(30b)和第二六自由度手术机械臂(30c)；第一六自由度手术机械臂(30b)的底座和第二六自由度手术机械臂(30c)的底座分别固定于手术台车(30a)上表面设置的T形梁的横梁两端，形成类似医生手术过程中的手臂摆放姿态；

数据处理机构(10)包括主控台车(10a)、固定安装于主控台车(10a)上的第一图像处理工作站(10b)和第二图像处理工作站(10c)；第一图像处理工作站(10b)由第一处理器和第一显示屏构成；第一处理器包括能够根据患者医学影像数据进行病灶区域三维重建的三维重建模块和用于术前空间配准及术中手术器械实时追踪的导航模块；第二图像处理工作站(10c)由设置在车体的箱体内的第二处理器和设置在车体的箱体上方的第二显示屏构成；第二处理器包括用于驱动六自由度导航机械臂(20b)、第一六自由度手术机械臂(30b)和第二六自由度手术机械臂(30c)的各关节运动及监测各机械臂实时状态的控制模块。

2.根据权利要求1所述的开颅手术机器人系统，其特征在于，导航台车(20a)、手术台车(30a)和主控台车均为箱体式车体，其底部设置有四个用于驱动车体运动的滚轮，且在每个滚轮处设置有一个自锁机构。

3.根据权利要求1所述的开颅手术机器人系统，其特征在于，在第一六自由度手术机械臂(30b)的末端设置有电凝镊或吸引器；在第二六自由度手术机械臂(30c)的末端设置有开颅钻头、开颅铣、直磨钻、超声骨刀或肿瘤摘除钳。

4.一种采用如权利要求1所述的开颅手术机器人实现的开颅手术方法，具体步骤如下：

S1、术前将与光学定位仪(20c)配套使用的贴片作为第一标记点贴于患者颅骨的合理位置，并对患者颅骨进行CT扫描；基于患者颅骨进行CT图像对患者病灶区域进行三维重建，获得患者病灶区域的三维视图、以及相应的横断面视图、矢状面视图和冠状面视图，并获取第一标记点在三维图像坐标系下的位置信息；

S2、将患者按照需要的术式固定于手术台边缘的定位头架上；将双臂手术机器人机构(30)推至邻近手术台患者头部的位置处，并于第一六自由度手术机械臂(30b)和第二六自由度手术机械臂(30c)的前端法兰出各粘贴若干个与光学定位仪(20c)配套使用的贴片作为第二标记点；将协同光学导航机构(20)推至邻近手术台的位置处，并调节六自由度导航机械臂(20b)使固定于其前端的光学定位仪(20c)能够同时采集到作为第一标记点的贴片和作为第二标记点的贴片；进而基于若干个第一标记点和若干个第二标记点实现光学定位仪(20c)所对应的光学坐标系、患者位置所对应的患者坐标系、第一六自由度手术机械臂(30b)和第二六自由度手术机械臂(30c)所对应地机械臂坐标系以及三维重建图像所对应地三维图像坐标系之间完成空间配准，得到三维图像坐标系下的位置信息与机械臂坐标系下的位置信息之间的映射关系，以实现第一六自由度手术机械臂(30b)和第二六自由度手术机械臂(30c)能够按照在三维图像坐标系下设计的运动轨迹在机械臂坐标系下的患者头部进行相应地运动；

S3、医生根据患者病灶区域的三维重建图像，分析手术方案，进行术前规划，并在三维重建图像上规划手术切口位置和手术入路，获得在三维图像坐标系下规划出由多个位置信息构成的手术路径；

S4、根据由步骤S2得到的三维图像坐标系下的位置信息与机械臂坐标系下的位置信息之间的映射关系，将由步骤S3得到的在三维图像坐标系下规划出手术路径转换为在机械臂坐标系下的手术路径，并利用控制模块对第一六自由度手术机械臂(30b)和/或第二六自由度手术机械臂(30c)的运动方式进行驱动，引导和控制安装于第一六自由度手术机械臂(30b)和第二六自由度手术机械臂(30c)末端的手术器械按照术前规划的路径从起始点运动到目标点，从而完成手术任务。

5.根据权利要求4所述的开颅手术方法，其特征在于，作为第一标记点的贴片分别贴敷在患者头部的生理结构位置处。