[发明专利]一种基于宏微复合结构的脑机电极植入手术机器人

说明书

本发明涉及一种基于宏微复合结构的脑机电极植入手术机器人，包括由上至下依次设置的微操作平台、头部定位平台、宏定位平台和主动隔振平台，其中，微操作平台具有6自由度、用于实现微动进给电极植入操作；头部定位平台用于对头部表面工作空间进行定位；宏定位平台具有7自由度、用于对目标植入区域进行初始定位，即进行颅窗定位；主动隔振平台用于隔离地面振动干扰。与现有技术相比，本发明能够在满足多自由度的同时实现微米级定位精度并能在大范围空间运动，能够满足一定速度和工作空间要求。

技术领域

本发明涉及手术机器人技术领域，尤其是涉及一种基于宏微复合结构的脑机电极植入手术机器人。

背景技术

侵入式柔性电极植入技术因具备长期测量稳定且高通量扩展能力，已经成为脑机接口发展的主流方向。目前柔性电极植入主要以医生通过外科手术手动植入到患者大脑皮层，但手动操作存在点位精准度不足、手术耗时长等问题，通过研发脑部外科手术机器人可以实现侵入式柔性电极的高效、准确、安全植入。

近年来脑部电极植入的功能性神经外科手术已有较多实例，如脑部深度电刺激电极植入、癫痫灶定位深度电极图像引导的机器人辅助立体定向激光消融等：2015年尼斯大学医学中心量化分析了Neuromate机器人在基底神经目标的运动障碍；2018年克利夫兰神经科学研究所使用ROSA机器人对一名癫痫患者进行机器人辅助立体定向激光消融术的微创手术。但是在脑皮层微电极植入实现脑机接口的外科手术领域，目前还是以医生在窥镜辅助下手动完成为主，尽管Neuralink公司在2019年发布了能够实现电极植入自动化的机器人，能够以9秒每根速度植入电极，但该系统经过动物实验发现由于运动精度限制，导致无法通过轨迹控制实现规避毛细血管，从而容易引起手术区域局部出血；在大脑皮层中，不同部位的脑组织对缺血、缺氧性损害的敏感性不同，该系统因定位精度不足而引起术中凝血卡针、软组织创伤等问题；此外，由于脑部电极植入每次数量有限，手术过程中机器人需要多次离开目标植入脑区并返回电极储备区装配电极，往复多次才能完成有效数量的电极植入，大大降低了手术操作效率。

目前国内外研究的脑外科手术机器人仅能达到0.02mm的重复定位精度和7自由度的灵巧操作要求，尚未达到有效规避毛细血管等微小组织的视觉导航定位精度。对比通用机器人，脑外科手术机器人会增加更多自由度实现对复杂脑组织曲面的定位与手术操作，从机器人结构设计角度考虑，更多的自由度或者传动链的引入会增加关节回隙和传动误差，从而降低机器人的整体刚度和定位精度。虽然目前有部分通用机器人定位精度接近微米级，但由于自由度过少而无法完成复杂的脑外科手术操作。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于宏微复合结构的脑机电极植入手术机器人，能够在满足多自由度的同时实现微米级定位精度并能在大范围空间运动。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种基于宏微复合结构的脑机电极植入手术机器人，包括由上至下依次设置的微操作平台、头部定位平台、宏定位平台和主动隔振平台，所述微操作平台用于实现微动进给电极植入操作；

所述头部定位平台用于对头部表面工作空间进行定位；

所述宏定位平台用于对目标植入区域进行初始定位，即进行颅窗定位；

所述主动隔振平台用于隔离地面振动干扰。

进一步地，所述微操作平台具有6自由度。

进一步地，所述宏定位平台具有7自由度。

进一步地，所述微操作平台设置有并联操作模组以及电极固定夹具。

进一步地，所述电极固定夹具夹持的电极朝向平行于头部法线方向。

进一步地，所述头部定位平台设置有纬度定位模组、经度定位模组以及纬度定位放大模组，所述纬度定位放大模组用于实现纬度方向全覆盖，所述纬度定位放大模组包括纬度定位放大平台、纬度定位放大驱动模块。