[发明专利]定位手术用手术机器人系统及其控制方法

说明书

本发明的定位手术用手术机器人系统可以包括：定位手术部，其使手术工具移动及旋转至少五自由度；控制部，其接收代表包括手术目标在内的手术部位的三维图像的第一成像数据；至少一个标记，其附着或接近于手术部位进行配置；拍摄部，其生成代表手术部位外部的三维图像的第二成像数据；及跟踪部，其跟踪拍摄部及标记的位置及姿势。控制部生成第一坐标变换关系，利用第一坐标变换关系和拍摄部及至少一个的标记的位置及姿势，生成第二坐标变换关系，及第三坐标变换关系，利用第二坐标变换关系及所述第三坐标变换关系，控制所述定位手术部。

技术领域

本发明涉及定位手术用手术机器人系统及定位手术用机器人的控制方法。

本发明是从作为产业通商资源部的机器人产业融合核心技术开发事业的一环而进行的研究中得出的。[课题固有编号：10062800，研究课题名称：通过临床试验之基于医疗影像的脑部手术机器人系统的实用化技术开发]

背景技术

多样的定位手术器械已经众所周知。例如，作为脑手术用手动定位手术器械，正在使用莱克塞尔框架(LEKSELL FRAME)。莱克塞尔框架具有可供用户手动将定位手术工具沿X、Y、Z轴移动及旋转的结构，以便定位手术工具的位置对应于患部位置。但是，当利用这种手动定位手术器械时，用户需要目视读取莱克塞尔框架上的刻度，决定手术工具的位置并移动，因而在患部位置与手术工具之间容易发生误差。

因此，为了改善手术工具的位置设定的精密度，正在使用将机器人用于定位手术的技术。定位手术用机器人由包含可动臂组件的机器臂体现，其中，机器臂连接于固定的底座，包括串联连接的多个臂。附着于这种串联型机器臂的手术工具的位置及手术精密度受到机器臂的所有自由度轴的影响。即，如果在利用机器臂的某一轴的动作中发生误差，那么，该误差叠加于在利用其它轴的动作中发生的误差，从而通过机器臂的所有轴的动作的误差进行累积，对手术精密度造成影响。此时，如果在安装于底座侧的驱动端发生动作误差，那么，该误差与连接于底座的多个机器臂的其它动作误差叠加，越是机器臂的末端，误差越被放大。因此，为了提高手术的精密度，优选把供机器臂固定的底座与患部之间的距离设置得较短。但是，如果机器臂的底座与患部之间的距离变短，则机器臂的惯性变小，因而容易发生误差，因此，机器臂的精密控制变得困难。另外，由于机器臂的底座与患部之间的空间变小，因而机器臂的作业半径变得狭小。另外，在固定于底座的机器臂配置于患部周围时，当用户在患部周围移动时，存在与机器臂冲突的危险，因而用户的移动会受到妨碍。

另一方面，为了定位手术，应指定手术目标的位置与手术工具的进入位置(或入口)。进行脑或神经手术时，如果不能适宜地设置手术工具的进入位置，则手术工具在到达手术目标之前，接触脑或神经的重要部分，从而会对患者造成不必要的危险。但是，就以往的定位手术器械而言，根据手术目标的位置而移动手术工具与根据手术工具的进入位置而移动手术工具，是以未分别独立区分的状态进行控制的。因此，如果实际手术工具的位置与定位手术用机器人系统识别的手术工具的位置之间发生误差，则修正该误差所需的手术工具的控制将会变得复杂。

发明内容

解决的技术问题

本发明提供一种能够提高定位手术的精密度、确保患者的手术姿势便利性的定位手术用手术机器人。

本发明提供一种减少定位手术用手术机器人的控制误差、容易修正发生误差的定位手术用手术机器人的控制方法。

本发明提供一种定位手术用手术机器人及定位手术用手术机器人的控制方法，分别独立地实施基于手术目标位置的手术工具的动作控制和基于手术工具进入位置的手术工具的动作控制，从而能够减小手术工具的动作控制的复杂性。

本发明提供一种能够基于用户界面中显示的手术对象的图像而容易地控制定位手术用手术机器人的手术机器人系统及定位手术用手术机器人的控制方法。

技术方案