[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

说明书

本发明公开了一种激光截骨手术机器人系统及其路径规划方法，它解决了现有技术中激光截骨位置精确度不高问题，具有能有效对机器人进行控制，提高手术效率的有益效果，其方案如下：一种激光截骨手术机器人系统的路径规划方法，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。

技术领域

本发明涉及手术领域，特别是涉及一种激光截骨手术机器人系统及其路径规划方法。

背景技术

随着医学影像和计算机辅助外科的发展，以三维手术设计软件和图像导航技术为代表的数字外科技术在临床上开始普及。传统的外科手术手术方案通过对CT图像的手工测量来完成，而术中也只依靠手工测量来完成方案的实施。误差在这些手工操作中层层累计，最终导致术后效果与设计方案之间出现较大差异。近年来，术前三维手术设计软件的应用，避免了传统的手工方案设计中的精度损失，使得医生大脑中的手术方案能够精确的表达到图像上，甚至可以通过三维打印的方式，表达到三维打印模型上。但这个完美的方案在术中实施时，却缺乏一个很好的测量、监督及执行手段，其中截骨操作就是一项尤为典型的手术任务。截骨操作是外科手术的一个关键环节，截骨位置不仅能影响周围组织的损伤程度，更能够决定术后骨块重新就位的精度以及术后恢复。因此，在多数手术设计软件中，截骨都会作为重要步骤被精确的规划和模拟出来。而怎样将术前规划出的截骨线在手术中精确的实现出来，成为亟待解决为问题。

因此，需要对一种激光截骨手术机器人系统的路径规划方法进行新的研究设计。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种激光截骨手术机器人系统的路径规划方法，解决了术前在三维影像设计的截骨路径无法在手术中精确执行的技术问题，避免了医生在术中长时间把持激光骨刀造成的疲劳，能够在一定程度上提高手术效率。

一种激光截骨手术机器人系统的路径规划方法的具体方案如下：

一种激光截骨手术机器人系统的路径规划方法，包括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，根据设计方案提取截骨线的位置信息，然后再投射到机械臂坐标系中，无需医务人员手持，就能准确实现切骨，提高了手术效率，也避免因手生的医护人员失误造成不必要的麻烦。

进一步地，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。

进一步地，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，机器人在线控制软件与激光截骨手术机器人的控制器连接，在部分方案中，该控制器为可编程PLC控制器，或者直接由机器人在线控制软件通过控制器控制机器人机械臂的动作。