本實用新型屬于醫(yī)療器械領(lǐng)域，尤其涉及一種智能骨科手術(shù)系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

隨著交通運輸業(yè)的不斷發(fā)展，交通事故的發(fā)生也不斷攀升，創(chuàng)傷已經(jīng)成為全球的主要死因。骨科手術(shù)，種類復(fù)雜多變，雖然目前市面上已經(jīng)有骨科手術(shù)機器人，但目前國內(nèi)外的骨科手術(shù)機器人其只能完成對手術(shù)器械的輔助定位功能，在實際應(yīng)用中并不能取代醫(yī)生進行手術(shù)操作，雖然能夠改善醫(yī)生的勞動強度，但由于對手術(shù)的操作仍需要由醫(yī)生完成，所以手術(shù)的準(zhǔn)確性依然容易出現(xiàn)偏差，醫(yī)生的勞動強度還是比較大。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的在于提供一種智能骨科手術(shù)系統(tǒng)，旨在解決現(xiàn)有技術(shù)的智能骨科手術(shù)系統(tǒng)的骨科手術(shù)機器人只能完成對手術(shù)器械的輔助定位功能的問題。

本實用新型提供了一種智能骨科手術(shù)系統(tǒng)，所述智能骨科手術(shù)系統(tǒng)包括交換機和分別與交換機連接的手術(shù)規(guī)劃和監(jiān)控裝置、C形臂X射線機、骨科手術(shù)機器人和手術(shù)定位裝置；所述骨科手術(shù)機器人包括機器人本體和固定在機器人本體上的機械臂、固定在機械臂上的智能骨鉆、通信模塊、分別與機械臂和通信模塊電連接的機械臂控制模塊、分別與智能骨鉆和通信模塊電連接的智能骨鉆控制模塊、以及與智能骨鉆控制模塊和機械臂控制模塊電連接的手術(shù)機器人電氣控制模塊，所述智能骨鉆包括手術(shù)電鉆、套接在手術(shù)電鉆的電鉆頭的引導(dǎo)機構(gòu)、推進機構(gòu)、雙目視覺識別系統(tǒng)、固定在手術(shù)電鉆上的壓力傳感器和骨鉆控制器，所述手術(shù)電鉆、引導(dǎo)機構(gòu)、雙目視覺識別系統(tǒng)和壓力傳感器均安裝在推進機構(gòu)上，骨鉆控制器分別與手術(shù)電鉆、推進機構(gòu)、雙目視覺識別系統(tǒng)和壓力傳感器電連接。

在本實用新型中，由于現(xiàn)有技術(shù)的智能骨科手術(shù)系統(tǒng)中的骨科手術(shù)機器人包括智能骨鉆，又由于骨科手術(shù)機器人的智能骨鉆包括雙目視覺識別系統(tǒng)，骨鉆控制器與雙目視覺識別系統(tǒng)電連接。因此不僅可以讓遠端醫(yī)生通過雙目視覺識別系統(tǒng)觀看到手術(shù)操作的實時圖像，還可以通過雙目視覺識別系統(tǒng)在手術(shù)機器人動作之前進行坐標(biāo)定位用，具體為通過雙目視覺識別系統(tǒng)識別安裝在患者或者是手術(shù)床上的手術(shù)定位裝置上的圖標(biāo)，建立基于手術(shù)定位裝置的立體坐標(biāo)，并將骨科手術(shù)機器人和智能骨鉆的坐標(biāo)統(tǒng)一到通過基于手術(shù)定位裝置確定的立體坐標(biāo)中，指引手術(shù)機器人的機器臂到達相應(yīng)的坐標(biāo)位置和位姿狀態(tài)。因此，本實用新型的骨科手術(shù)機器人在導(dǎo)航基礎(chǔ)上可以實現(xiàn)精確打孔功能，實現(xiàn)手術(shù)操作，從而提高手術(shù)的精度和穩(wěn)定度，減輕醫(yī)生的工作強度，避免諸如人的疲勞、精神壓力等因素對手術(shù)的干擾。

附圖說明

圖1是本實用新型實施例提供的智能骨科手術(shù)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本實用新型實施例提供的骨科手術(shù)機器人的分解圖。

圖3是本實用新型實施例提供的骨科手術(shù)機器人的立體圖。

圖4是本實用新型實施例提供的智能骨鉆的分解圖。

圖5是本實用新型實施例提供的智能骨鉆的立體圖。

圖6是本實用新型實施例提供的手術(shù)定位裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

為了使本實用新型的目的、技術(shù)方案及有益效果更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本實用新型進行進一步詳細說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本實用新型，并不用于限定本實用新型。

為了說明本實用新型所述的技術(shù)方案，下面通過具體實施例來進行說明。

請參閱圖1，本實用新型實施例提供的智能骨科手術(shù)系統(tǒng)包括手術(shù)規(guī)劃和監(jiān)控裝置31、C形臂X射線機32、骨科手術(shù)機器人33和手術(shù)定位裝置34。其中，

手術(shù)規(guī)劃和監(jiān)控裝置31：內(nèi)置了一臺圖形工作站電腦的可人工移動的操作臺，圖形工作站電腦安裝有專用的手術(shù)前規(guī)劃軟件和手術(shù)過程控制軟件，使用者可以通過該操作臺進行圖形界面人機交互，實現(xiàn)人體骨骼三維重建、術(shù)前規(guī)劃、手術(shù)機器人操控和手術(shù)中動態(tài)圖像監(jiān)控。

C形臂X射線機32：用于在手術(shù)中拍攝病人水平和垂直兩個方向的X光片，通過數(shù)據(jù)線傳輸至手術(shù)規(guī)劃和監(jiān)控裝置31，通過空間變化算法實現(xiàn)多個空間坐標(biāo)系的匹配，精確定位患者手術(shù)部位。

手術(shù)規(guī)劃和監(jiān)控裝置31、C形臂X射線機32和骨科手術(shù)機器人33分別與交換機35連接，使系統(tǒng)中各設(shè)備實現(xiàn)數(shù)據(jù)交互和命令的執(zhí)行。其中交換機35可以是以太網(wǎng)交換機。

請參閱圖2和圖3，本實用新型實施例提供的骨科手術(shù)機器人包括機器人本體233和固定在機器人本體233上的機械臂232、固定在機械臂232上的智能骨鉆231、通信模塊235、分別與機械臂232和通信模塊235電連接的機械臂控制模塊239、分別與智能骨鉆231和通信模塊235電連接的智能骨鉆控制模塊236、以及與智能骨鉆控制模塊236和機械臂控制模塊239電連接的手術(shù)機器人電氣控制模塊。所述機械臂232具體可以為六軸機械臂。

六軸機械臂232用于移動智能骨鉆231到指定的手術(shù)位置。智能骨鉆231用于對患者進行手術(shù)。機器臂控制模塊239用于對六軸機械臂232進行控制。智能骨鉆控制模塊236對智能骨鉆231進行控制。通信模塊235可以是以太網(wǎng)交換機，以太網(wǎng)交換機用于把智能骨鉆控制模塊236和機械臂控制模塊239等連接起來后與外部網(wǎng)絡(luò)連接。手術(shù)機器人電氣控制模塊為整個骨科手術(shù)機器人提供電氣控制。

六軸機械臂232共有六個關(guān)節(jié)軸，由六個伺服電機直接通過諧波減速器、同步帶輪等驅(qū)動六個關(guān)節(jié)軸的旋轉(zhuǎn)。因為六軸機械臂有六個軸，具有六個自由度，因此可以實現(xiàn)末端在機座關(guān)節(jié)的活動范圍內(nèi)以任意位姿到達任意空間位置。

六軸機械臂232的六個關(guān)節(jié)軸均采用相同的結(jié)構(gòu)，采用兩種不同大小的伺服電機，其中旋轉(zhuǎn)軸(S軸)、下臂軸(L軸)、上臂軸(U軸)采用大伺服電機，手腕放轉(zhuǎn)軸(R軸)、手腕擺動軸(B軸)和手腕回轉(zhuǎn)軸(T軸)采用小伺服電機。關(guān)節(jié)軸的大小模擬人體手臂的比例大小。這樣，可以方便地以任意姿態(tài)到達可達范圍中的任意一個空間位置。

六軸機械臂232安裝在機器人本體233的機器臂底座上。機器臂底座的末端為法蘭，智能骨鉆231通過法蘭固定在六軸機械臂232上。智能骨鉆231在六軸機械臂232到達指定位置后執(zhí)行手術(shù)動作。

機器人本體233外部左右各有三色光帶244一條，可以發(fā)出多種不同顏色的光，分別由機械臂控制模塊239和智能骨鉆控制模塊236控制，指示六軸機械臂的工作狀態(tài)和骨科機器人的工作狀態(tài)。

機器人本體233底部裝有四個滾輪241，使用時可以方便地進行移動。機器人本體233底部還裝有電動腳撐242，由直流電機通過皮帶輪帶動腳撐的升起與降落。電動腳撐242的上下均裝有限位開關(guān)240，以對電動腳撐242的運動量程進行限制。當(dāng)電動腳撐242落下時，機器人本體233被固定在地上，當(dāng)電動腳撐242升起后，機器人本體233可以方便地通過四個滾輪241來移動。腳撐電機243的控制由安裝在機器人本體233后部移動推手237處的兩個按鈕控制。

機器人本體233后部下方為機器人輸入電源和控制接口處，分別裝有電源輸入接口250、電源開關(guān)249以及與外部連接的網(wǎng)絡(luò)接口248。

手術(shù)機器人電氣控制模塊包括電源輸入插座、電源開關(guān)、電源濾波器、隔離變壓器238、腳撐按鈕246、腳撐電機控制電路、機械臂急停開關(guān)245、外接急停開關(guān)接口247等。其中隔離變壓器238把整個骨科手術(shù)機器人的供電系統(tǒng)與市網(wǎng)隔離開來，增強了骨科手術(shù)機器人內(nèi)部與市網(wǎng)的電氣絕緣，增強了骨科手術(shù)機器人的電氣安全性。隔離變壓器安裝在骨科手術(shù)機器人安裝支架的底部。

機器人本體233還包括內(nèi)部安裝支架234。安裝支架234是用于安裝手術(shù)機器人其它部件的基座。

請參閱圖4和圖5，本實用新型實施例提供的骨科手術(shù)機器人的智能骨鉆包括手術(shù)電鉆11、套接在手術(shù)電鉆11的電鉆頭的引導(dǎo)機構(gòu)12、推進機構(gòu)13、雙目視覺識別系統(tǒng)14、固定在手術(shù)電鉆11上的壓力傳感器15和骨鉆控制器16。手術(shù)電鉆11、引導(dǎo)機構(gòu)12、雙目視覺識別系統(tǒng)14和壓力傳感器15均安裝在推進機構(gòu)13上，骨鉆控制器16分別與手術(shù)電鉆11、推進機構(gòu)13、雙目視覺識別系統(tǒng)14和壓力傳感器15電連接。

手術(shù)電鉆11包括電鉆頭111和驅(qū)動電鉆頭111運行的電鉆電機112。骨鉆控制器16與手術(shù)電鉆11的電鉆電機112電連接。

推進機構(gòu)13包括骨鉆底座131、直線導(dǎo)軌132、載物平臺133、驅(qū)動電機134、聯(lián)軸器135和滾珠絲杠136。直線導(dǎo)軌132和滾珠絲杠136安裝在骨鉆底座131上，載物平臺133固定在直線導(dǎo)軌132上，載物平臺133通過連接件與滾珠絲杠136上的螺母連接。驅(qū)動電機134安裝在骨鉆底座131的后端，載物平臺133由驅(qū)動電機134通過聯(lián)軸器135聯(lián)接驅(qū)動，做前后直線往復(fù)運動。載物平臺133上安裝有手術(shù)電鉆固定板137，手術(shù)電鉆11通過壓力傳感器15安裝在手術(shù)電鉆固定板137上。這樣，手術(shù)電鉆11在手術(shù)中所受到的力即可通過壓力傳感器15接收到。通過受力變化，結(jié)合手術(shù)電鉆11的推進速度，可以判斷出手術(shù)電鉆11的手術(shù)部位的結(jié)構(gòu)密度及其變化，并通過與系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)庫參數(shù)進行比對推測出骨鉆到達人體的哪一層(皮膚、肌肉、脂肪、骨膜、骨質(zhì)、骨髓)，避免手術(shù)事故的發(fā)生，從而為手術(shù)醫(yī)生提供手術(shù)依據(jù)。

手術(shù)電鉆11由驅(qū)動電機134控制其行進和后退。驅(qū)動電機134采用直流無刷減速電機，由骨鉆控制器16控制驅(qū)動電機134的驅(qū)動電源的頻率來控制驅(qū)動電機134的轉(zhuǎn)速，達到控制手術(shù)電鉆11的推進或后退的速度。驅(qū)動電源的相序可以控制手術(shù)電鉆是前進或后退。同時通過測量驅(qū)動電機134的轉(zhuǎn)動次數(shù)，可以測量推進或后退的距離。

引導(dǎo)機構(gòu)12是安裝在骨鉆底座131前端的套接在手術(shù)電鉆11的電鉆頭的套筒，用于引導(dǎo)電鉆頭的推進，并且阻隔電鉆頭與患者的肌肉接觸，防止患者手術(shù)周圍的肌肉跟隨電鉆頭的旋轉(zhuǎn)而一起運動。

雙目視覺識別系統(tǒng)14包括兩個相機141和固定兩個相機141的固定座142，兩個相機141通過固定座142安裝在骨鉆底座131的前端下部。相機141由網(wǎng)線經(jīng)交換機與手術(shù)系統(tǒng)相連。操作者和被授權(quán)人員可以通過網(wǎng)絡(luò)實時觀看兩個相機141的實時圖像，并可通過3D成像系統(tǒng)直觀看到立體影像。同時，雙目視覺識別系統(tǒng)14還可在手術(shù)機器人動作之前進行坐標(biāo)定位用。由于本實用新型的智能骨鉆具有雙目視覺識別系統(tǒng)，因此不僅可以讓遠端醫(yī)生通過雙目視覺識別系統(tǒng)觀看到手術(shù)操作的實時圖像，還可以通過雙目視覺識別系統(tǒng)識別安裝在患者或者是手術(shù)床上的手術(shù)定位裝置上的圖標(biāo)，建立手術(shù)定位裝置的立體坐標(biāo)，并將骨科手術(shù)機器人和智能骨鉆的坐標(biāo)統(tǒng)一到通過手術(shù)定位裝置確定的立體坐標(biāo)中，指引手術(shù)機器人的機器臂到達相應(yīng)的坐標(biāo)位置和位姿狀態(tài)。

智能骨鉆通過安裝法蘭17可固定在骨科手術(shù)機器人的六軸機器臂上，可以按照術(shù)前手術(shù)規(guī)劃對鉆入速度和深度進行精確控制，減少了人工操作帶來的偏差，使得手術(shù)精度得到保證，同時減輕了醫(yī)生的勞動強度。

本實用新型實施例提供的骨科手術(shù)機器人的智能骨鉆由骨鉆控制器16和PC機軟件進行控制，骨鉆控制器16外置于智能骨鉆，骨鉆控制器16通過骨鉆底座131的控制接口18與智能骨鉆相連。骨鉆控制器16主要用于對手術(shù)電鉆、11推進電鉆的控制和測量，以及對壓力傳感器15的測量。手術(shù)電鉆11的電鉆電機112和驅(qū)動電機134均采用無刷直流電機并內(nèi)置霍爾傳感器，通過控制電機輸入電源的頻率可以控制電機的轉(zhuǎn)速，控制電機輸入電源的相序控制電機的正反轉(zhuǎn)，并通過霍爾傳感器測量電機的轉(zhuǎn)速。骨鉆控制器16通過網(wǎng)絡(luò)接口與PC機相連。PC機通過專用軟件可以方便地對智能骨鉆進行控制，并可以通過網(wǎng)絡(luò)與雙目視覺識別系統(tǒng)相連。

請參閱圖6，本實用新型實施例提供的手術(shù)定位裝置包括相互連接的第一定位板341和第二定位板342，在本實用新型實施例中，第一定位板341和第二定位板342互相垂直，從而簡化了建立立體坐標(biāo)系的計算，當(dāng)然，第一定位板341和第二定位板342也可以不互相垂直，即第一定位板341和第二定位板342之間的夾角不是90度。第一定位板341和第二定位板342是一體化結(jié)構(gòu)或者通過連接件相互連接。第一定位板341和第二定位板342均采用透明的塑膠材料為基體，在基體內(nèi)按照定位算法嵌有多個金屬件343，金屬件343可以是金屬球、金屬塊等，第一定位板341和第二定位板342上的金屬件343用于X光機在水平和垂直兩個方向上的感光，可以阻擋X光線，在X光片上形成圖像，用于手術(shù)定位用。

由于金屬件343在手術(shù)機器人的智能骨鉆的雙目視覺識別系統(tǒng)中無法清晰識別，所以本實用新型實施例提供的手術(shù)定位裝置的第一定位板341和第二定位板342的基體上還分別印有至少三個不在一直線上的供雙目視覺識別系統(tǒng)識別的圖標(biāo)344。根據(jù)不在一直線上的至少三個圖標(biāo)344才能確定一個平面。其中，雙目視覺識別系統(tǒng)由安裝在智能骨鉆前端下部的兩個工業(yè)相機組成，工業(yè)相機由網(wǎng)線經(jīng)以太網(wǎng)交換機與系統(tǒng)相連，操作者和被授權(quán)人員通過網(wǎng)絡(luò)實時觀看兩個工業(yè)相機的實時圖像，還用于在手術(shù)機器人動作之前進行坐標(biāo)定位。

本實用新型實施例提供的手術(shù)定位裝置的第一定位板341和/或第二定位板342的周邊具有固定安裝孔345，用于固定在手術(shù)床邊或者患者身上的定位支架上。

本實用新型實施例提供的手術(shù)定位裝置的安裝方式有兩種，一種是在手術(shù)床邊安裝定位支架，然后將手術(shù)定位裝置安裝在定位支架上，另一種是在患者身上固定定位支架，然后將手術(shù)定位裝置安裝在定位支架上。

本實用新型實施例提供的手術(shù)定位裝置可確定一立體坐標(biāo)系，由于手術(shù)定位裝置包括金屬件和供雙目視覺識別系統(tǒng)識別的圖標(biāo)，因此能夠同時被X光機和雙目視覺識別系統(tǒng)識別，X光機可通過手術(shù)定位裝置的金屬件把手術(shù)部位定位到通過手術(shù)定位裝置確定的立體坐標(biāo)系中，同時雙目視覺識別系統(tǒng)可以通過圖標(biāo)計算出手術(shù)機器人自身在通過手術(shù)定位裝置確定的立體坐標(biāo)系中的位置，從而將手術(shù)機器人的坐標(biāo)和智能骨鉆的坐標(biāo)統(tǒng)一到通過手術(shù)定位裝置確定的立體坐標(biāo)系中。從而指引手術(shù)機器人到達相應(yīng)的手術(shù)位置，這樣更直觀，精度也更高。

在本實用新型中，由于現(xiàn)有技術(shù)的智能骨科手術(shù)系統(tǒng)中的骨科手術(shù)機器人包括智能骨鉆，又由于骨科手術(shù)機器人的智能骨鉆包括雙目視覺識別系統(tǒng)，骨鉆控制器與雙目視覺識別系統(tǒng)電連接。因此不僅可以讓遠端醫(yī)生通過雙目視覺識別系統(tǒng)觀看到手術(shù)操作的實時圖像，還可以通過雙目視覺識別系統(tǒng)在手術(shù)機器人動作之前進行坐標(biāo)定位用，具體為通過雙目視覺識別系統(tǒng)識別安裝在患者或者是手術(shù)床上的手術(shù)定位裝置上的圖標(biāo)，建立手術(shù)定位裝置的立體坐標(biāo)，并將骨科手術(shù)機器人和智能骨鉆的坐標(biāo)統(tǒng)一到通過手術(shù)定位裝置確定的立體坐標(biāo)中，指引手術(shù)機器人的機器臂到達相應(yīng)的坐標(biāo)位置和位姿狀態(tài)。因此，本實用新型的骨科手術(shù)機器人在導(dǎo)航基礎(chǔ)上可以實現(xiàn)精確打孔功能，實現(xiàn)手術(shù)操作，從而提高手術(shù)的精度和穩(wěn)定度，減輕醫(yī)生的工作強度，避免諸如人的疲勞、精神壓力等因素對手術(shù)的干擾。

本實用新型實施例提供的智能骨科手術(shù)系統(tǒng)的手術(shù)流程是：術(shù)前人工規(guī)劃，術(shù)中機器人定位，手術(shù)實施過程智能監(jiān)控。

骨科手術(shù)機器人，是應(yīng)用計算機，把患者的影像資料如X光片、CT、核磁等進行疊加的分析處理，然后根據(jù)分析結(jié)果，控制機械臂完成一些醫(yī)生不能完成或完成得沒有機器好的動作和步驟。避免射線對醫(yī)生身體的損傷、減輕醫(yī)生的勞動強度、縮短手術(shù)時間、提高手術(shù)精度和質(zhì)量、避免二次整復(fù)，并具有通用性。

本實用新型利用醫(yī)生的經(jīng)驗規(guī)劃出手術(shù)方案，骨科手術(shù)機器人來實施手術(shù)，這種人機結(jié)合的手術(shù)方式，對于骨科手術(shù)的歷史而言，是革命性的。骨科機器人的精準(zhǔn)加上醫(yī)生的思維，對骨科手術(shù)水平的提高作用是巨大的。

本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解實現(xiàn)上述實施例方法中的全部或部分步驟是可以通過程序來指令相關(guān)的硬件來完成，所述的程序可以存儲于一計算機可讀取存儲介質(zhì)中，所述的存儲介質(zhì)，如ROM/RAM、磁盤、光盤等。

以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，并不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應(yīng)包含在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。