[发明专利]用于颅脑穿刺的手术导航及机器臂装置及定位方法

权利要求书

1.用于颅脑穿刺的手术导航及机器臂装置，其特征在于，该装置包括：三维CT扫描装置、手持扫描仪、计算机系统、机器臂控制系统和机器臂执行系统；所述三维CT扫描装置、所述手持扫描仪、所述机器臂控制系统、所述机器臂执行系统分别与所述计算机系统连接；所述机器臂控制系统与所述机器臂执行系统连接；所述机器臂执行系统包括探针、手术工具、用来放置手术工具的探针导管以及在手术工具中安装的传感器装置；所述传感器装置用于实时的将位置信号传递到所述计算机系统；

所述机器臂执行系统采用六自由度的机器臂，即由6根连杆和6个转动关节组成、具有6个自由度的机器臂；所述机器臂包括基准板、码盘、底座、测量臂、平衡臂、换刀座、手术刀和连杆；所述基准板与所述底座相连；所述基准板用于做测量系统的整体基准，需要在使用前调零；所述平衡臂与所述测量臂通过所述连杆和所述码盘以及转动关节相连，用于平衡测量臂；所述手术刀通过连杆与换刀座相连；所述换刀座通过连杆与所述测量臂相连；所述平衡臂和测量臂之间有4根连杆，测量臂和换刀座之间有1根连杆，换刀座和手术刀之间有1根连杆；所述连杆和转动关节通过轴相连；转动关节通过高精度的电机驱动，且在每一个转动关节处装有码盘，手术器械的位置及姿态变化引起测量臂转动关节转角变化，其变化量由码盘测得；

所述手持扫描仪用于对标记好的病灶点进行扫描，将扫描的信号传递给所述计算机系统并将扫描的画面实时显示在计算机显示屏上，通过图像处理软件对颅脑进行三维重建；

所述机器臂控制系统用于对所述机器臂执行系统的运动轨迹进行控制，及时的从所述计算机系统中获得路径信号，然后去调整和控制所述机器臂执行系统的路径轨迹；

所述机器臂控制系统还用于与所述计算机系统一起将机器臂探针位置与之前的病灶点进行位置配准：用所述机器臂在手术操作空间对病灶点进行测量，利用病灶点在机器臂操作空间和图像空间的测量结果计算从所述机器臂操作空间到所述图像空间的映射变换；在所述机器臂操作空间中移动所述机器臂末端的手术探针，引导软件将此时的探针位姿实时的显示在所述图像空间中，当所述手术探针的轴向与规划的估计重合时锁定所述机器臂；定位结束后以固定的机器臂末端的工具作为手术器械的固定支架；

所述计算机系统的图像处理软件用于根据术前的CT扫描模型进行对比换算空间从而得到具体的特征点的位置；所述机械臂用于在得到特征点位置后，将对应的手术设备定位到该位置；

所述计算机系统的电脑路径规划和引导软件用于根据病灶点位置，以及现阶段机器臂探针位置，规划好路径，再将重新规划好的路径信息传递给所述机器臂控制系统；

所述计算机系统的路径规划软件还用于对通过所述传感器传递回所述计算机系统的探针和其他手术工具位置进行修正调成；

所述用于颅脑穿刺的手术导航及机器臂装置定位所述机器臂操作空间是在患者头部做定点标记但不做框架的方式，同时采用的是坐标变化的方式来将机器臂操作空间与图像空间坐标进行关联，并且实现探针位置实时的显示在人机交互界面的图像空间中。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述计算机系统包括显示器，CPU控制器，硬件系统、软件系统；所述显示器能实时显示所述手持扫描仪扫描出来的颅脑内的画面。