[发明专利]监测患者呼吸并纠正机械臂轨迹的机器人医疗装置

说明书

本发明属于医疗领域，尤其涉及准备和实施外科手术操作的方法。

本发明具体涉及一种解剖医学成像方法，用于进行机器人辅助的外科手术。

本发明涉及一种监测患者呼吸并纠正机器人轨迹的机器人医疗装置。

本发明优选(但不限于)应用于脊柱解剖区域的外科手术。

应注意，根据腰部脊柱、脊柱前凸的前弯曲级手术的具体实施例描述本发明。然而，本发明也可用于低位和高位颈部脊柱、背部或胸部脊柱，以及骶部脊柱和尾椎的手术。

在这种情况下，在机器人辅助手术的主要问题在于如何管理患者本身呼吸造成的解剖学移位。具体地，呼吸依赖于膈肌运动，产生胸廓和肺部运动，助于气体交换。这种肌肉活动造成周边解剖结构例如腹部，尤其是脊柱的变形。变形的程度取决于分钟通气量(MV)，根据它的体积和频率，也取决于患者的体位，例如，站立位、坐位、俯卧位、仰卧位或侧卧位。

在脊柱手术中，胸椎的移动程度较大，而腰椎的移动程度较小。

为了限制腰部手术中的这些移动，例如，当入路路径允许时，患者取俯卧位，注意使腹部在低于胸廓部分的位置自由运动。然后由手术台的附件和机械部件将患者固定在该体位。这个特定的俯卧位能显著减小腰部脊柱的运动幅度。

因此，在腰椎区域如此施行精细手术，例如椎板切除术(窄通道)、(神经)根减压术(radicular release)(椎间盘凸出)、关节固定术(通过在椎弓根打螺钉而融合脊椎)、椎体后凸成形术以及通过向椎体内灌注骨水泥的椎体成形术。

然而，呼吸使得腰椎产生数毫米的周期性移动，而外科医生则被迫需要仰仗他的灵巧度和视力来对此进行弥补。

当采用机器人系统来代替神经外科医生的手时，弥补的任务就变得更为重要。事实上，为了确保安全(如椎弓根的精确钻孔、透过微创手术或经皮内镜识别解剖结构的，或划定的安全区域以避免损伤脊髓、静脉、神经)，机器人需确保姿势的良好精准度。此外，机器人还必须通过预测解剖结构的可预期移动而与其保持同步，就如同外科医生的手和眼一样，这一速度适应目标的速度，否则按静态环境下执行程序的机器人会造成更严重的损伤。

另一个现有的解决方案包括将标记物(marker)钻入患者的脊柱，作为三维测量系统的光学器件的指向。该系统能够实时捕获所述标记物的空间坐标。因此这些坐标可监测标记物所位于的椎骨的移动。然后，根据术前进行的三维医学成像，计算机上的算法计算所述机械臂在其中移动的参考标记(体系)的补偿量。

然而，相对于放置参考标记的椎骨的所测位移的精确度有限，因此可在椎骨彼此的移动以及邻近器官的移动中观察到差异。这样就需要在每个椎骨或在手术解剖区域附近平面的椎骨放置标记物。就此重新思考一下，该解决方案的缺陷在于是有创的，而增加标记物的数量对于数个脊椎的移动而言并非理想的解决方案。

US2010/063514通过实施例描述了现有技术方案。其是在患者体内解剖区域水平进行有创医疗操作时，监测所述患者的呼吸运动的装置和方法。

为此目的，需通过X射线或超声进行持续的图像采集。然后记录的图像能够计算出所涉及的解剖区域的位移，然后获得位移曲线，优选为周期性曲线。

此外，可通过呼吸机进行监测。在这种情况下，呼吸机的内部时钟可作为术前或术中成像的触发信号。其仅包括作为触发器用的呼吸机内部时钟。因此，所探测到的移动可随着患者的呼吸同时纠正手术工具的轨迹，尤其是机器人的轨迹。

然而，该文献没有详细说明所用的技术，尤其是采用的计算方法，从而能基于连续获取图像来获得所需的纠正轨迹。

本发明的目的是应对本领域现有的缺陷，通过提供模拟在呼吸运动下腰椎移动的装置，从而纠正支撑手术工具和主动操作器件的机器人系统，即，机械臂(用于治疗目的的激光类器件或射线器件)的移动。

本发明能够监测这些移动，使机械臂能够自动适应甚至预测这些移动，从而相对于外科医生的精准度维持机器人精准度的改善，并使得所述移动与对应于目标的速度的操作速度一致。

此外，本发明提供了一种具有无创优势的解决方法。

为达此目的，本发明涉及一种机器人医疗装置，用于监测患者的呼吸并纠正机械臂的轨迹，包括：

-至少一个机械臂；

-机械通气机，用于提供患者的呼吸；

-根据所述机械通气期间时刻的持续时间进行记录的组件，其中，患者处于对应于下一次吸气前的呼气末位置的原位，和对应于吸气末最大位置的高位；

-对所述患者解剖区域图像进行数字捕获的组件，触发所述组件作捕获与在所述原位和所述高位中所记录的时刻同步；