[发明专利]一种被动式手术机器人导航定位系统

说明书

本发明提供了一种被动式手术机器人导航定位系统，导航定位系统包括光学跟踪器、机械臂、主控制系统。光学跟踪器及机械臂与主控制系统连接，主控制系统为主要操作设备，用于处理拍摄图像及实时图像之间的空间坐标转换，进行医学图像采集处理、规划、注册导航和术后数据分析。导航定位系统用于骨科、神经外科、口腔治疗、穿刺活检、注射给药等手术，可辅助医生进行导航定位操作。该系统可降低医生劳动强度，提高手术精度，减少手术创伤，改善手术质量。

技术领域

本发明涉及医疗机器人技术领域，特别是涉及一种被动式手术机器人导航定位系统。

背景技术

最近二十多年，由于医学、机器人学、计算机图形学、智能控制等多种学科日益成熟，逐渐融合形成机器人辅助手术技术，其诸多优势符合当代医学发展的需求，凭借着图像处理技术和机器人技术快速、精准及易于重复操作的特点，弥补了传统手术方式的多种缺陷，国内外的科技工作者已经将机器人和视觉技术融合到传统的医疗手术中，医疗机器人已在神经外科、腹腔外科、胸腔外科、骨外科、血管介入、颅面外科等手术中得到了广泛的应用。

与传统的手术相比，机器人辅助手术具有微创、视角清晰、操作灵活、定位精确等优点，实现手术工具到达所规划的位姿，辅助医生安全可靠地完成各种难度较大的手术，能够减少辐射伤害，减少手术创伤，缩短手术时间，提高手术质量，保障医生和患者健康。

目前，针对不同的适应证，对机器人的功能需求也不同，机器人软硬件设计不相同。从手术机器人技术路径上看，总体分为主从型手术机器人和定位型手术机器人。为医生提供导航定位工具的定位型手术机器人，在胸腹盆腔穿刺微创诊疗、骨科手术、神经外科中得到非常广泛的应用。目前的机器人手术系统虽然获得了一些进步，但仍处在一个长期的发展过程中，未来手术机器人会向着更小、更安全、更经济、更智能等多方向一起发展。

本发明提出了一种被动式手术机器人导航定位系统，该系统集医学图像处理、规划导航等功能于一体，结构紧凑，成本低，操作简单，手术定位精度高。

发明内容

一种被动式手术机器人导航定位系统组成包含光学跟踪器、机械臂、主控制系统。

光学跟踪器用于在手术中实时跟踪患者患病部位、机械臂等部位的光学标志点，获取标志点位置。

机械臂包含机械本体、控制器和导航定位部件，能手动精确定位末端导航工具的位置和姿态。

主控制系统包含计算机控制中心、显示装置和输入输出设备。

光学跟踪器及机械臂与主控制系统连接，主控制系统为主要操作设备，用于处理拍摄图像及实时图像之间的空间坐标转换，进行医学图像采集处理、规划、注册导航和术后数据分析。

一种机械臂共有四个关节，基座、腰座、大臂、小臂组成的前三个关节为旋转关节，关节处安装有编码器，小臂和导航定位部件组成的最后一个关节为球关节。

旋转关节两端有机械接口，通过连接模块分别连接两个杆件，电磁离合器断开时，根据旋转关节受到的外力两个杆件绕旋转关节的轴线做同轴转动，编码器检测旋转关节转动的角度。

另一种机械臂共有两个球关节。

球关节在电磁离合器断开时，根据受到的外力所连杆件绕球关节球心做任意方向的转动。

两种机械臂各关节均为被动关节，均安装有机械限位装置、电磁离合器，机械臂本体上安装有光学标志点。

机械限位装置用来限制各关节运动范围。

电磁离合器合上时各关节锁紧，导航定位部件的位置和姿态相对机械臂基座固定。

机械臂本体上的光学标志点用来标定机械臂本体结构参数。