[发明专利]一种激光截骨手术机器人系统及其路径规划方法

权利要求书

1.一种激光截骨手术机器人系统，其特征在于，包括机械臂，机械臂端部设置用于截骨的手术工具，机械臂的一侧设置导航相机，手术工具包括设于所述机械臂端部的夹持工具，夹持工具夹持激光发射器，夹持工具包括两夹持杆，其中一夹持杆内设置旋转电机，旋转电机与激光发射器的侧部连接，用于调整激光发射器的角度，激光发射器的一端用于发射激光，激光发射器的另一端部设置十字架，在十字架的每个端部设置红外反光标记部件；机械臂、导航相机和手术工具与总控制器连接，所述红外反光标记部件的设置位置根据所述导航相机的内部参数进行确定，导航相机为红外光线立体相机；红外反光标记部件用于在相机坐标系中标定出激光发射器所发射激光的焦点的位置；

医务人员基于术前三维影像重建和编辑完成手术截骨方案的设计，并提取出截骨线在图像空间的位置信息，将该位置信息映射到机器人的机械臂坐标系中，从而获得路径规划；

手术路径具体步骤如下：

1)医务人员基于术前三维影像重建和编辑完成手术截骨方案的设计，并提取出截骨线在图像空间的位置信息；

2)在机械臂端部安装手术工具；

3)对机械臂所在坐标系、设于机械臂一侧的导航相机所在坐标系和图像空间坐标系，三者进行集成统一；

4)借助步骤3)对三个坐标系的集成统一将步骤1)提取的截骨线映射到手术空间中的相机坐标系和机械臂坐标系，从而实现激光截骨手术机器人的路径规划。

2.根据权利要求1所述的一种激光截骨手术机器人系统，其特征在于，所述医务人员基于术前三维影像重建和编辑完成手术截骨方案的设计是通过术前三维手术规划和模拟软件实现的，术前三维手术规划和模拟软件安装于计算机，计算机内还装有机器人在线控制器软件和手术过程中的图像导航软件。

3.根据权利要求1所述的一种激光截骨手术机器人系统，其特征在于，所述截骨线为三维影像重建出的骨组织表面点云数据与手术模拟软件中的虚拟截骨平面的交集^mL₁，即^mL₁＝{^mp_i(x,y,z)|^mp_i∈S₁∩O₁,i∈[0,n]}，S₁为骨组织最外层表面点云，O₁为虚拟截骨平面，^mp_i为点集^mL₁内的任意一点，x,y,z为^mp_i在三个坐标轴上的坐标值，上标m代表点集是在图像坐标系下的，n为点的个数，i代表点的标号。

4.根据权利要求1所述的一种激光截骨手术机器人系统，其特征在于，所述红外反光标记部件包括多个。

5.根据权利要求1所述的一种激光截骨手术机器人系统，其特征在于，所述步骤3)通过如下方式实现三者集成统一：

借助红外反光标记部件在相机坐标系中标定出激光发射器所发射激光的焦点的位置；借助红外反光标记部件在相机坐标系中标定出机械臂默认的工具中心点的位置和姿态，进而求得机械臂的基座标系与相机坐标系的转换关系；最后通过预先设置在病人身体上的同名点，实现术前三维影像图像坐标系与相机坐标系之间的关系，最终实现机械臂、导航相机以及图像空间坐标系，进而完成系统集成。