[发明专利]一种人工耳蜗植入手术机器人及其辅助方法和辅助系统

说明书

本发明提供了一种人工耳蜗植入手术机器人及其辅助方法和辅助系统，在患者头部设置配准标记物，获取患者头部和配准标记物的医学图像采集数据；根据医学图像采集数据进行三维图像的重建；获取三维图像中的患者头内部组织和配准标记物的位置信息；以配准标记物的位置信息为基准，建立坐标系A；根据患者头内部组织的位置信息，确定术前规划的手术路径的两端点及钻入点，并得到手术路径的两端点及钻入点在坐标系A中的相对位置关系；获取配准标记物的实际位置信息，重新建立坐标系B；根据手术路径的两端点及钻入点在坐标系A中的相对位置关系，得到在坐标系B下手术路径的位姿信息，即为实际钻入点的位姿，完成定位配准。

技术领域

本发明涉及智能机器人技术领域，具体地，涉及一种人工耳蜗植入手术机器人及其辅助方法和辅助系统。

背景技术

据2018年世界卫生组织(WHO)全球听力残疾状况报告，全球有听力残疾患者4.66亿人，中国约占1亿(21.6％)，其中重度听力障碍患者近千万，每年由于疾病或其它原因造成的新生儿聋患者约2.3万人，而由于人口老龄化加剧，老年性聋患者增加的情况更为严峻。尽管人工耳蜗是重度或极重度感音神经性聋患者听力康复最有效的方法，目前仅有8万名患者进行了人工耳蜗植入手术。人工耳蜗是重度或极重度感音神经性聋患者听力康复最有效的方法，需求量巨大。但是，目前成熟规范的人工耳蜗植入手术需磨除患者乳突部位大量骨质，从面神经和鼓索神经之间仅2～3mm的缝隙中打开鼓室，将柔软电极植入脆弱的耳蜗内。临床医生面临手术精度要求极高、难度大，面神经和鼓索神经损伤风险高，电极植入困难等困局。目前全国能够独立完成该手术的医生不超过200名，人才培养困难，需多年艰苦训练方能掌握植入手术技术，远远不能满足临床需要。

随着机器人技术的不断发展，机器人也逐渐在日常生活的应用中不断深入，其中也包括医疗领域。随着医疗机器人的发展，通过机器人辅助进行手术也为上述问题提供了解决思路，通过机器人辅助手术，有望提高手术精度和操作稳定性。近年来，将机器人技术应用于人工耳蜗植入手术在国外已经有了一些尝试，有的使用达芬奇机器人,并且结合增强现实技术，在人体头骨标本上进行主从操纵手术，有的自主研发了一套用于人工耳蜗植入手术的机器人系统。但是在国内，尚未有相关人工耳蜗植入机器人的研究。

机器人辅助人工耳蜗手术最主要的是钻孔手术这一步，需要使用手术电钻在圆窗位置打开一个小孔，从而方便将人工耳蜗植入到耳蜗中去。整个手术过程可以分为术前的定位和钻孔两部分。传统手术需要使用导航设备作为手术定位配准工具，术前需要分别在人头部和机械臂末端执行器上放置标记物，再通过导航设备对头部标记物和机械臂进行标定，读取头部和机械臂末端标记点的坐标信息，以此来监测机械臂的运动。使用这种方法，虽然精确度较高，但配准过程较为繁琐，对导航设备要求较高，同时，导航设备体积过大，占据空间较多。

经过检索发现：

申请号为201310273539.X的中国发明专利申请《一种基于计算机视觉的人工耳蜗植入手术系统》，包括计算机、头部固定支架、粗调被动臂、双平面机器人、CT扫描机和光电导航设备；计算机内还设置有VTKPlatform配准导航平台，它包括图像可视化单元、图像切割单元、空间配准单元、规划单元和导航单元，图像可视化单元用于将患者的CT数据读入、重建和显示，图像切割单元用于对患者的CT数据进行切割，获取手术区域数据，空间配准单元用于将CT图像空间和实际空间联系起来，生成配准矩阵，规划单元用于在CT图像空间对植入人工耳蜗的手术路径进行规划，导航单元在光电导航设备的跟踪下，结合患者耳蜗面绘制模型，根据规划路径引导医生完成人工耳蜗的植入手术。该技术通过CT扫描机进行图像的三维重建，并结合光电导航设备进行配准导航，总体虽能保证精确度，但是过程较为复杂；该技术并没有完整的用于手术的机器人系统，手术过程仍需医生来完成。