适用于胫骨高位截骨的智能手术系统及其控制系统

本公开涉及胫骨高位截骨手术，尤其涉及一种适用于胫骨高位截骨的智能手术系统及其控制系统。

背景技术：

1、胫骨高位截骨是治疗早中期膝关节骨关节炎的一项重要的手术方式。可以通过胫骨近端截骨的方式，将下肢力线从患侧间室转移至正常间室，从而可以达到缓解膝关节疼痛、改善膝关节功能的目的。相关的胫骨高位截骨手术对医生经验要求高，并且存在效率较低、精度较低和安全性较低的不足。

技术实现思路

1、为至少部分地克服上述提及的至少一种或者其它发明的技术缺陷，本公开的至少一种实施例提供一种适用于胫骨高位截骨的智能手术系统及其控制系统，可以提高胫骨高位截骨手术的安全性和准确性。

2、有鉴于此，本公开实施例提供了一种适用于胫骨高位截骨的智能手术系统，其特征在于，包括：手术台，被配置为支撑患者；操作部，包括：第一台车；机械臂，设置在所述台车上；以及手术器械，被构造成安装于所述机械臂的末端，所述手术器械包括：撑开装置，包括移动机构和维持机构，在所述撑开装置插入骨缝撑开两个截骨面的过程中，所述移动机构和所述维持机构保持配合；在所述撑开装置撑开两个截骨面后，通过操作使所述移动机构和所述维持机构分离，所述维持机构被配置为使所述两个截骨面继续保持撑开状态，以在所述撑开状态下安装固定板；以及控制部，被配置为控制所述操作部完成手术操作。

3、可选地，所述控制部包括：第二台车；多个示踪工具，分别设置在所述机械臂的末端和所述患者的腿部；光学定位仪，安装在所述第二台车上，所述光学定位仪被配置为基于所述示踪工具反射的光信号确定所述机械臂的末端的位置和所述目标手术部位的位置；上位机，安装在所述第二台车上，所述上位机基于所述机械臂的末端的位置和所述目标手术部位的位置控制所述操作部完成手术操作。

4、可选地，所述撑开装置还包括：基座，被构造成安装于机械臂的末端；驱动机构，安装于所述基座上；以及锁紧组件，安装于所述移动机构上，所述锁紧组件被配置为允许所述移动机构和所述维持机构配合或分离；其中，所述移动机构包括：定位移动部，安装于所述基座上；以及活动移动部，所述活动移动部的第一端通过第一枢轴可转动地安装于所述定位移动部的第一端；所述维持机构包括：定位维持部，所述定位维持部的第一端被构造成与所述定位移动部的第二端配合，以形成定位撑开机构；以及活动维持部，所述活动维持部的第一端通过第二枢轴可转动地安装于所述定位维持部的第二端，所述活动维持部的第二端被构造成与所述活动移动部的第二端配合，以形成活动撑开机构，所述驱动机构被构造为驱动所述活动撑开机构相对于所述定位撑开机构转动。

5、可选地，所述维持机构还包括：支撑部，包括：第一支撑件，设置在所述定位维持部上；第二支撑件，设置在所述活动维持部上；第三支撑件，所述第三支撑件的一端与所述第二支撑件连接，所述第三支撑件的另一端在撑开两个截骨面的过程中，沿所述第一支撑件的通孔滑动；以及固定部，与所述第三支撑件螺纹连接，在所述撑开装置撑开两个截骨面后，通过转动所述固定部由与所述活动维持部抵靠的状态至与所述定位维持部抵靠的状态，从而在所述移动机构和所述维持机构分离后，继续使所述两个截骨面保持撑开状态。

6、本公开实施例还提供了一种适用于上述的胫骨高位截骨手术系统的控制系统，包括：术前规划模块，包括：二维规划单元，适用于根据患者腿部的二维图像进行术前二维规划；三维规划单元，适用于根据患者腿部的三维模型和所述术前二维规划进行术前三维规划；以及布局规划单元，适用于基于所述术前三维规划模拟手术场景；术前准备模块，适用于基于所述三维模型确定手术操作过程中目标手术部位的位姿；以及操作控制模块，适用于基于所述术前三维规划控制操作部对所述目标手术部位进行手术操作。

7、可选地，所述术前准备模块包括：初步摆位优化单元，适用于基于安装在所述患者的腿部的示踪工具的位姿，调节所述光学定位仪的位姿；以及空间配准单元，适用于将所述三维模型上的特征点和手术台上患者腿部的特征位置进行配准，得到所述腿部的实体模型，并基于所述实体模型和所述术前三维规划确定目标手术部位在实际手术空间中的位姿。

8、可选地，所述术前准备模块还包括：自动摆位优化单元，适用于在空间配准单元完成配准操作后，调节第一台车的摆位，直至机械臂的末端满足运动至所述目标手术部位的条件，并适用于调节第二台车上光学定位仪的摆位，直至第二台车上的光学定位仪满足对多个示踪工具同时追踪的条件。

9、可选地，所述术前准备模块包括：机械臂初始位姿优化单元，适用于基于所述目标手术部位的位姿确定所述机械臂的最终位姿，基于所述机械臂的最终位姿确定所述当前位姿的评价参数，基于所述评价参数确定所述机械臂的初始目标姿态；机械臂运动路径优化单元，适用于基于所述机械臂的初始目标姿态和最终位姿，生成所述机械臂的多条运动路径，基于每条所述运动路径上的多个插值点，确定每条路径中每个插值点对应的机械臂的灵巧度，确定多条路径中，灵巧度的平均值为最小值的路径为所述机械臂的目标运动路径。

10、可选地，所述术前二维规划包括：确定二维相关力学信息、确定截骨线、确定二维目标力线位置、二维模拟矫形。

11、可选地，所述术前三维规划包括：确定三维相关力学信息、确定截骨面、确定三维目标力线位置、三维模拟矫形、确定固定板的安装位置、确定钉道的空间位置和确定锁定螺钉的长度信息、确定手术安全区。

12、根据本公开实施例，通过将撑开装置设置为可以分开和配合的移动机构和维持机构，在配合状态下可以撑开截骨面，在撑开截骨面后通过将移动机构和维持机构分离，可以使移动机构远离截骨面。维持机构可以使所述两个截骨面继续保持撑开状态，从而可以在两个截骨面的撑开状态下安装固定板，并且安装固定板的过程中不会受到移动机构的干扰，从而可以提高胫骨高位截骨手术的安全性和准确性。

技术特征：

1.一种适用于胫骨高位截骨的智能手术系统，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的智能手术系统，其特征在于，所述控制部包括：

3.根据权利要求2所述的智能手术系统，其特征在于，所述撑开装置还包括：

4.根据权利要求3所述的智能手术系统，其特征在于，所述维持机构还包括：

5.一种适用于上述权利要求2、3或4所述的智能手术系统的控制系统，包括：

6.根据权利要求5所述的控制系统，其特征在于，所述术前准备模块包括：

7.根据权利要求5所述的控制系统，其特征在于，所述术前准备模块还包括：

8.根据权利要求5所述的控制系统，其特征在于，所述术前准备模块包括：

9.根据权利要求5所述的控制系统，其特征在于，所述术前二维规划包括：确定二维相关力学信息、确定截骨线、确定二维目标力线位置、二维模拟矫形。

10.根据权利要求5所述的控制系统，其特征在于，所述术前三维规划包括：确定三维相关力学信息、确定截骨面、确定三维目标力线位置、三维模拟矫形、确定固定板的安装位置、确定钉道的空间位置和确定锁定螺钉的长度信息、确定手术安全区。

技术总结
本公开提供了一种适用于胫骨高位截骨的智能手术系统及其控制系统，该智能手术系统，包括：手术台，被配置为支撑患者；操作部，包括：第一台车；机械臂，设置在台车上；以及手术器械，被构造成安装于机械臂的末端，手术器械包括：撑开装置，包括移动机构和维持机构，在撑开装置插入骨缝撑开两个截骨面的过程中，移动机构和维持机构保持配合；在撑开装置撑开两个截骨面后，通过操作使移动机构和维持机构分离，维持机构被配置为使两个截骨面继续保持撑开状态，以在撑开状态下安装固定板；以及控制部，被配置为控制操作部完成手术操作。

技术研发人员：王树新,马信龙,韩佳奇,关佳奇,王铭智,谭景文,周伊广,吕奕欧,石羽萌,张鑫鹏
受保护的技术使用者：天津大学医疗机器人与智能系统研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/4/29