【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及医疗设备，尤其涉及一种骨科手术机器人视触觉传感导向装置、手术系统及方法。
技术介绍
1、骨科手术机器人因其可以为医生提供直观、具体的术前规划，以及精确、稳定的术中导航和操作辅助，有效优化了手术的效果，而逐渐被应用于多个关节的手术中，如肩、髋、膝、脊柱。在手术起始，为了使机器人的末端工具、手术台上患者实际关节的位置在世界坐标系下共享，需要首先对患者关节待操作侧的骨骼进行术前影像与术中数据的配准，以建立骨骼在空间中的位姿，从而规划机器人轨迹，实现术中导航。目前，最常见的导航方法为在骨骼上放置带有光学标记的示踪器，并通过具有全局视角的红外光学相机(如ndi光学定位系统)监看，获取位姿信息。通常地，患者所有目标骨骼都需要埋入示踪器，并使用装有示踪器的探针标定和配准，来定位患者骨骼位置；在术中需要使用带有示踪器的机器人末端手术工具，同步获取患者、工具的相对位置来对术中操作的轨迹进行监看和控制。
2、光学相机与示踪器配合驱动的导航系统具有以下优待优化的问题：(1)术中配准需要医生首先在患者目标骨面周围的无关骨骼处钻一至两个孔用于固定示踪器。对于结构较小的关节——如肩关节中的肩胛骨，可用于钻孔安装示踪器的位置尺寸很小，牢固的安装变得具有挑战性，术中松动和遮挡的可能性也随之上升。(2)示踪器安装后，医生需要握持带有示踪器的探针，依照系统提示在骨骼特征点上进行数十、上百次点击，辅以术前ct图像，重建术中患者实际暴露的骨骼位姿，操作机械，耗时冗长，且准确度受医生点击位置的影响。(3)术中操作中，患者骨骼和机器人之间的相对位
3、除了利用光学相机与示踪器，其他方法如利用深度相机直接对目标骨面观测和三维重建的导航策略中，术野中不可避免的血液、组织液流动等干扰、患者关节特异性的磨损，都会明显干扰图像处理和判断，降低术前数据训练的准确性，导致可能的断层、错误判断和误导。
4、因此，如何有效缩短医生在手术起始配准的时长，增加术中导航的稳定性，同时保持灵敏度与精度，成为了亟待解决的问题。
技术实现思路
1、针对现有技术中骨科手术机器人进行术中导航时存在的问题，本专利技术提供一种骨科手术机器人视触觉传感导向装置、手术系统及方法，改变当前术中配准和导航的方式，具有节省术中操作时间、鲁棒性强、分辨率高、交互直观等优点。
2、本专利技术提供一种骨科手术机器人视触觉传感导向装置，包括机械臂连接件和视触觉传感导向器总成，其中，所述机械臂连接件的第一端连接于骨科手术机器人的机械臂；视触觉传感导向器总成用于直接获取目标骨面的形状、纹理信息，以完成目标骨骼位姿的计算；所述视触觉传感导向器总成包括主体模块，所述主体模块端部设置有透光的弹性模块，所述主体模块的侧面设置有支架接口，所述支架接口连接于所述机械臂连接件的第二端，所述主体模块上还设置有用于连接手术器械的手术器械接口。
3、根据本专利技术提供的一种骨科手术机器人视触觉传感导向装置，所述机械臂连接件包括末端法兰、连接支架和传感导向器接口，所述末端法兰的第一端面与所述机械臂刚性连接，所述末端法兰的第二端面连接所述连接支架的第一端，所述连接支架设有弯折部以改变所述机械臂的连接角度，所述连接支架的第二端构造所述传感导向器接口，所述传感导向器接口与所述支架接口刚性配合连接。
4、根据本专利技术提供的一种骨科手术机器人视触觉传感导向装置，所述主体模块包括外壳、导光镜片、光源和相机，其中，所述外壳为一端开口的包裹结构，所述弹性模块安装于所述外壳的开口端，所述外壳的外壁上设置所述支架接口；导光镜片固定于所述外壳内部，且位于所述弹性模块朝向所述外壳的一侧；光源位于所述外壳内部，用以向所述弹性模块方向发出单色稳定的光照；相机位于所述外壳内部，用以捕捉所述弹性模块的形变图像信息。
5、根据本专利技术提供的一种骨科手术机器人视触觉传感导向装置，所述弹性模块为透光实心胶体，所述透光实心胶体一端刚性安装于所述外壳内，另一端暴露于所述外壳外，所述透光实心胶体暴露于所述外壳外的端部呈阵列分布有多个不透光的特征凸起，所述特征凸起由所述透光实心胶体表面朝所述透光实心胶体内部构造而成。
6、根据本专利技术提供的一种骨科手术机器人视触觉传感导向装置，所述手术器械接口构造为依次贯通所述主体模块和所述弹性模块的导向孔。
7、根据本专利技术提供的一种骨科手术机器人视触觉传感导向装置，所述主体模块和所述弹性模块在相同侧面方向上开设有撤出槽，所述手术器械接口构造于所述撤出槽内端。
8、根据本专利技术提供的一种骨科手术机器人视触觉传感导向装置，所述手术器械接口为空心导向筒，所述空心导向筒沿着所述主体模块长度方向平行设置于所述主体模块外周。
9、根据本专利技术提供的一种骨科手术机器人视触觉传感导向装置，所述手术器械接口为导向块，所述导向块通过连接件连接于所述主体模块外周面。
10、本专利技术还提供一种骨科手术机器人的手术系统，适用于上述任意一项所述的骨科手术机器人视触觉传感导向装置，包括输入信息单元、系统信息处理单元和输出信息单元，其中，输入信息单元用于获取未经过术中计算机系统处理的外部输入数据；系统信息处理单元连接所述输入信息单元，用于对所述输入信息单元的数据进行采集和处理；输出信息单元连接所述系统信息处理单元，用于获取所述系统信息处理单元的数据处理结果并输出控制信号，以控制骨科手术机器人辅助完成手术。
11、根据本专利技术提供的一种骨科手术机器人的手术系统，所述输入信息单元获取的外部输入数据包括：患者术前ct扫描得到的图像数据、骨科手术机器人定义数据、患者的实际术中骨面结构数据、术前规划结果数据、视触觉传感导向器获取的患者解剖结构定制化设计结果。
12、所述系统信息处理单元对所述输入信息单元的数据进行采集和处理包括：由术前ct图像重建目标骨骼3d模型并获取其中目标骨面的局部位姿、视触觉传感导向器采集目标骨骼表面数据并结合机械臂位姿记录采集处的全局位姿、由术前规划确定重点采集区域并确定其在目标骨骼上的局部位姿、数据平滑、图像缝合、采集数据与术前ct图像匹配处理、重建模型之间的叠加对比处理、数据可视化处理、基于人机交互的直接模型修改处理、查找采集区域在目标骨面中的局部位姿。
13、所述输出信息单元输出的控制信号包括：包含目标骨面的目标骨骼在世界坐标系下的全局位姿、术中操作时骨骼特征位置在世界坐标系下的全局位姿以及轨迹规划结果、机械臂进行术中操作行为时的全局位姿以及轨迹规划结果、目标骨骼与骨面模型的术中重建模型、ct重建模型和术中重建模型中的目标骨面与关键采集区域的可视化叠加对比结果、目标骨骼与骨面的融合重建模型。
14、本专利技术还提供一种骨科手术机器人的手术方法，适用于上述任意一项所述的骨科手术机器人视触觉传感导向装置以及上述任意一项所述的骨科手术机器人的手术系统，包括步骤s1～s4。
【技术保护点】
1.一种骨科手术机器人视触觉传感导向装置，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的骨科手术机器人视触觉传感导向装置，其特征在于，所述机械臂连接件(1)包括末端法兰(11)、连接支架(12)和传感导向器接口(13)，所述末端法兰(11)的第一端面与所述机械臂(2)刚性连接，所述末端法兰(11)的第二端面连接所述连接支架(12)的第一端，所述连接支架(12)设有弯折部以改变所述机械臂(2)的连接角度，所述连接支架(12)的第二端构造所述传感导向器接口(13)，所述传感导向器接口(13)与所述支架接口(33)刚性配合连接。
3.根据权利要求1所述的骨科手术机器人视触觉传感导向装置，其特征在于，所述主体模块(31)包括：
4.根据权利要求3所述的骨科手术机器人视触觉传感导向装置，其特征在于，所述弹性模块(32)为透光实心胶体(321)，所述透光实心胶体(321)一端刚性安装于所述外壳(311)内，另一端暴露于所述外壳(311)外，所述透光实心胶体(321)暴露于所述外壳(311)外的端部呈阵列分布有多个不透光的特征凸起(322)，所述特征凸起(32
5.根据权利要求1～4中任意一项所述的骨科手术机器人视触觉传感导向装置，其特征在于：所述手术器械接口(34)构造为依次贯通所述主体模块(31)和所述弹性模块(32)的导向孔；所述主体模块(31)和所述弹性模块(32)在相同侧面方向上开设有撤出槽(341)，所述手术器械接口(34)构造于所述撤出槽(341)内端；
6.一种骨科手术机器人的手术系统，其特征在于，适用于权利要求1～5中任意一项所述的骨科手术机器人视触觉传感导向装置，包括：
7.根据权利要求6所述的骨科手术机器人的手术系统，其特征在于，所述输入信息单元(5)获取的外部输入数据包括：患者术前CT扫描得到的图像数据、骨科手术机器人定义数据、患者的实际术中骨面结构数据、术前规划结果数据、视触觉传感导向器获取的患者解剖结构定制化设计结果；
8.一种骨科手术机器人的手术方法，其特征在于，适用于权利要求1～5中任意一项所述的骨科手术机器人视触觉传感导向装置以及权利要求6～7中任意一项所述的骨科手术机器人的手术系统，包括：
9.根据权利要求8所述的骨科手术机器人的手术方法，其特征在于，步骤S2中进行视触觉传感导向装置的术前/术中配准的过程包括：
10.根据权利要求8所述的骨科手术机器人的手术方法，其特征在于，步骤S3中的术中操作流程包括：
...【技术特征摘要】
1.一种骨科手术机器人视触觉传感导向装置，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的骨科手术机器人视触觉传感导向装置，其特征在于，所述机械臂连接件(1)包括末端法兰(11)、连接支架(12)和传感导向器接口(13)，所述末端法兰(11)的第一端面与所述机械臂(2)刚性连接，所述末端法兰(11)的第二端面连接所述连接支架(12)的第一端，所述连接支架(12)设有弯折部以改变所述机械臂(2)的连接角度，所述连接支架(12)的第二端构造所述传感导向器接口(13)，所述传感导向器接口(13)与所述支架接口(33)刚性配合连接。
3.根据权利要求1所述的骨科手术机器人视触觉传感导向装置，其特征在于，所述主体模块(31)包括：
4.根据权利要求3所述的骨科手术机器人视触觉传感导向装置，其特征在于，所述弹性模块(32)为透光实心胶体(321)，所述透光实心胶体(321)一端刚性安装于所述外壳(311)内，另一端暴露于所述外壳(311)外，所述透光实心胶体(321)暴露于所述外壳(311)外的端部呈阵列分布有多个不透光的特征凸起(322)，所述特征凸起(322)由所述透光实心胶体(321)表面朝所述透光实心胶体(321)内部构造而成。
5.根据权利要求1～4中任意一项所述的...
【专利技术属性】
技术研发人员：骆天珩，刘晋东，
申请(专利权)人：北京埃斯顿医疗科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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