手术路径设定装置、包括该手术路径设定装置的手术机器人系统以及用于手术机器人的手术路径设定方法

摘要

本发明涉及一种用于手术机器人的手术路径设定方法，包括以下步骤：(a)手术机器人沿着相对于将要被操作的人的身体部位已经预设的第一手术路径移动；(b)手术机器人确认是否已经接收到由手术路径设定装置传输的手术路径重置命令；(c)如果已经接收到手术路径重置命令，则手术机器人停止；(d)手术路径设定装置接收手术路径形式信息的输入；(e)手术路径设定装置根据手术路径形式信息来决定作为新的手术路径的第二手术路径，然后将第二手术路径传输到手术机器人；以及(f)手术机器人沿着第二手术路径移动。

说明书

技术领域

本发明涉及一种手术路径设定装置、包括该手术路径设定装置的手术机器人系统以及用于手术机器人的手术路径设定方法。更具体地，手术机器人系统允许在手术期间按照需要重置手术机器人的手术路径，并且手术路径设定方法是手术机器人系统的操作。

背景技术

通常，手术机器人是指能够代替医生执行手术操作的机器人。有利地，与人类相比，手术机器人可以更准确地且更精确地进行操作并且能够远程操作。

根据用途，手术机器人分成骨科手术机器人、腹腔镜手术机器人和整形手术机器人。骨科手术机器人用于切割或连接骨骼的手术。与人类自己有一点手部抖动的操作相比，骨科手术机器人具有更高准确性的操作。而且，有利得，骨科手术机器人可以防止来自于用于监控操作进度的X-射线装置的过多的放射物照射，并且防止医务工作者由于长时间手术的体力下降。

韩国专利10-2014-0112208公开了一种手术机器人及其控制方法。

传统的手术机器人沿着确定的手术路径自动地操作手术，但它不能处理手术期间的突发情况，例如，在手术前未确认手术部位以及在手术计划期间手术部位被忽视，以致手术路径需要重置。

发明内容

技术问题

本发明的目的是解决上述问题，并提供一种手术路径设定装置、包括该手术路径设定装置的手术机器人系统以及用于手术机器人的手术路径设定方法，上述装置、系统以及方法在手术计划期间手术部位被忽视并且在手术期间被发现时，或者在直接监控手术部位的情况下操作手术时，允许手术路径被重置。

本发明的解决方案

为了实现上述目的，根据本发明的一方面的手术机器人系统，包括：手术机器人，该手术机器人沿着相对于患者的手术部位而预先决定的手术路径进行操作；手术路径设定装置，该手术路径设定装置用于将手术路径传输给手术机器人，并且如果需要设定新的手术路径，该手术路径设定装置用于将手术路径重置命令传输给手术机器人，使手术机器人暂停操作；以及跟踪装置，该跟踪装置用于在手术前确认患者和手术机器人的位置，并且在手术期间跟踪患者和手术机器人的位置。

为了实现上述目的，根据本发明的另一个方面的手术路径设定装置用于向手术机器人传输相对于患者的手术部位而预先决定的手术路径，以命令手术机器人进行操作，从跟踪装置接收患者和手术机器人的位置，以在手术前设置手术路径，并且在手术期间，基于手术路径形式信息(surgical path form information)重置新的手术路径。

这里，手术路径形式信息是直线、曲线、平面和曲面中的任意一者。

为了实现上述目的，根据本发明的另一个方面的用于手术机器人的手术路径设定方法，包括以下步骤：(a)手术机器人沿着第一手术路径进行操作，第一手术路径已经由手术路径设定装置传输，并且相对于将要被操作的人的身体部位预设；(b)手术机器人确认是否已经接收到由手术路径设定装置传输的手术路径重置命令；(c)如果已经接收到手术路径重置命令，则手术机器人停止操作；(d)手术路径设定装置接收手术路径形式信息的输入；(e)手术路径设定装置根据手术路径形式信息来决定作为新的手术路径的第二手术路径，然后将第二手术路径传输到手术机器人；以及(f)手术机器人沿着第二手术路径进行操作。

这里，步骤(e)包括以下步骤：(e1)手术路径设定装置第一次确认手术路径形式信息的类型；(e2)手术路径装置根据第一次确认的结果对手术路径形式信息的类型进行第二次确认，并根据第二次确认的结果决定第二手术路径的形式；(e3)手术路径设定装置确认多个手术路径重置位置的定位和数量；(e4)手术路径设定装置根据确定的形式和确认的结果来决定包括多个手术路径重置位置的第二手术路径；以及(e5)手术路径设定装置将决定的第二手术路径传输到手术机器人。

并且，步骤(e1)能够包括：手术路径设定装置根据第一次确认的结果决定手术路径形式为直线、曲线、平面和曲面中的任意一者。

并且，步骤(e2)能够包括：如果第一次确认的手术路径形式是直线，则手术路径设定装置对手术路径形式是指定路径还是指定特定方向的路径进行第二次确认，并基于第二次确认的结果决定第二手术路径的形式。

并且，步骤(e2)能够包括：如果第一次确认的手术路径形式是曲线，则手术路径设定装置对手术路径形式是圆弧线还是自由曲线进行第二次确认，并基于第二次确认的结果决定第二手术路径的形式。

并且，步骤(e2)能够包括：如果第一次确认的手术路径形式是平面，则手术路径设定装置对手术路径形式是指定区域还是指定表面进行第二次确认，并基于第二次确认的结果决定第二手术路径的形式。

并且，步骤(e2)能够包括：如果第一次确认的手术路径是曲面，则手术路径设定装置对手术路径形式是球面还是指定曲面进行第二次确认，并基于第二次确认的结果决定第二手术路径的形式。

本发明的有益效果

根据本发明，允许在手术期间重置手术机器人的手术路径，降低手术期间发生事故的可能性，并提高手术的准确性。

附图说明

图1是根据本发明的优选实施例的手术机器人系统的控制框图。

图2是根据本发明的优选实施例的手术机器人系统的示意图。

图3是根据本发明的优选实施例的手术机器人的手术路径设定方法的流程图。

图4是图3中的步骤S500的具体流程图。

图5是图4中的步骤S555的参考图。

具体实施方式

在下文中，将参照附图详细描述根据本发明的座椅式行走康复机器人的示例性实施例。本发明不限于以下将要描述的实施例，且本发明可以通过不同的方式来实施。提供的这些实施例仅用于说明本发明，并用于向本领域技术人员明确本发明的范围。

图1和图2分别是根据本发明的优选实施例的手术机器人系统的控制框图和示意图。

参照图1和图2，根据本发明的优选实施例的手术机器人系统(10)包括手术机器人(100)、手术路径设定装置(200)和跟踪装置(300)。

位于操作室的手术机器人(100)沿着预先决定的第一手术路径进行操作，第一手术路径已经由手术路径设定装置(200)传输，且已经相对于将要被操作的人(P)的手术部位(SP)预先设定，并对该手术部位执行操作。

手术机器人(100)具有操作控制部(未示出)和机器人手臂(120)。操作控制部将第一手术路径的操作控制命令发送给机器人手臂(120)，然后6轴驱动的机器人手臂(120)利用连接在末端执行器(end effector)上的、如刀具、切割器、钻孔器等的手术器械以及方法来执行手术。

手术路径设定装置(200)提前将第一手术路径传输给手术机器人(100)。并且，如果在手术机器人(100)操作期间或者在手术部位监控期间需重置新的手术路径，手术路径设定装置向手术机器人(100)传输手术路径重置命令，使手术机器人(100)暂停操作。

并且，手术路径设定装置(200)决定新的手术路径并将其传输给手术机器人(100)，从而使手术机器人(100)沿着新的手术路径操作并继续对手术部位执行操作。

为执行上述操作，手术路径设定装置(200)可以包括通信部、监控部和手术路径设定部。将参照图3和图4详细说明手术路径设定装置(200)决定新的手术路径的步骤。

跟踪装置(300)在手术前确认患者(P)和手术机器人(100)的位置，并在手术期间跟踪患者(P)和手术机器人(100)的位置。跟踪装置(300)将患者(P)和手术机器人(100)的位置发送给手术路径设定装置(200)，使得在手术前设定手术路径并监控手术的操作成为可能。

在一个实施例中，跟踪装置(300)使用时可以有标记或者没有标记。

例如，有标记的情况下，跟踪装置可以跟踪位于患者(P)和手术机器人(100)中的光学标记或者非光学标记，如频射标记(RF标记)、磁性标记等。不用标记的情况下，跟踪装置将识别对象(Object)，如患者(P)和手术机器人(100)，并跟踪所识别的对象。

在下文中，为了便于说明，假设跟踪装置跟踪位于患者(P)和手术机器人(100)中的光学标记。

跟踪装置(300)可以包括红外光源和红外立体照相机，红外立体照相机利用两个分开的照相机获取对象的三维图像。并且，光学标记(M1)、(M2)、(M3)位于位置需要被确认的对象中，如患者(P)和手术机器人(100)。每个光学标记都具有红外反射器以反射红外光，且每个光学标记均位于患者(P)的每个手术部位和手术机器人(100)中。例如，在改变膝关节前操作膝盖周围的股骨(femur)和胫骨(tibia)的切割的情况下，光学标记(M1)位于股骨中，(M2)位于胫骨中，(M3)位于手术机器人(100)中，以便跟踪装置(300)可以跟踪股骨、胫骨和手术机器人(100)的位置。光学标记(M1、M2、M3)的红外反射器形成不同的图案，以使跟踪装置(300)能区分各个标记并跟踪位置。

除了位于患者(P)和手术机器人(100)中的光学标记之外，可以使用指示特殊位置的额外的标记(M4)来通知跟踪装置(300)该特殊位置。为了确定本发明中的新的手术路径，指示光学标记(M4)可以被用于指示手术路径重置位置并将所指示的位置输入到跟踪装置(300)中。例如，在利用指示光学标记(M4)在患者(P)身体上指示多个点之后，将所指示的位置输入到跟踪装置(300)中，手术路径设定装置(200)可以基于输入的手术路径形式(surgical path form)和输入的指示位置来设定新的手术路径。

图3是根据本发明的优选实施例的手术机器人的手术路径设定方法的流程图。如图3所示，在步骤S100中，手术路径设定装置(200)提前将第一手术路径传输给手术机器人(100)，手术机器人(100)沿着第一手术路径对手术部位执行操作。

在步骤S200中，手术机器人(100)确认是否已接收到由手术路径设定装置(200)传输的手术路径重置命令。如果没有接收到则继续步骤S100，但是如果已接收到则在步骤S300中手术机器人(100)停止操作。

在监控手术机器人(100)的操作步骤和工作期间，当在手术期间发现手术计划期间被忽视的手术部位时，或者当手术应该在直接监控手术部位的情况下操作时，操作人员输入手术路径重置命令以使手术机器人(100)停止操作。

在步骤S400中，手术路径设定装置(200)接收输入的手术路径形式信息。手术路径形式信息用于向患者的手术部位(SP)提供合适的手术路径的形式，并如下表来实施。

表1

在步骤S500中，手术路径设定装置(200)基于手术路径形式信息根据手术路径形式决定作为新的手术路径的第二手术路径，然后将第二手术路径传输到手术机器人(100)。这里，步骤S500的详细步骤将参照图4和图5在下文进行说明。

在步骤S600中，手术机器人(100)沿着重新设定的第二手术路径进行动作而执行手术，由此完成手术。

图4是图3中的步骤S500的具体流程图，且图5是图4中的步骤S555的参考图。如图4所示，在步骤S505中，手术路径设定装置(200)对手术路径形式信息的类型执行第一次确认，然后，如果在步骤S510中手术路径形式为线，则在步骤S515中确认手术路径形式是否为直线。

如果手术路径形式为直线，则在步骤S520中，手术路径设定装置(200)对手术路径形式为指定路径或者指定特定方向的路径执行第二次确认，然后，在步骤S545中，手术路径设定装置(200)根据第二次确认的结果决定第二手术路径的形式。

但是，如果在步骤S515中确认手术路径形式不是直线，则手术路径设定装置(200)确定手术路径形式是曲线，并在步骤S525中对手术路径形式为圆弧线或者自由曲线执行第二次确认，然后，在步骤S545中，手术路径设定装置(200)根据第二次确认的结果决定第二手术路径的形式。

另外，如果在步骤S510中，手术路径设定装置(200)确认手术路径形式不是线，则在步骤S530中，手术路径设定装置(200)确定手术路径形式为面，并确认手术路径形式是否为平面。

如果手术路径形式为平面，则在步骤S535中，手术路径设定装置(200)对手术路径形式为指定区域或者指定表面执行第二次确认，然后在步骤S545中，手术路径设定装置根据第二次确认的结果决定第二手术路径的形式。

但是，如果在步骤S530中确认手术路径形式不是平面，则手术路径设定装置(200)确定手术路径形式是曲面，并在步骤S540中对手术路径形式为球面或者指定曲面执行第二次确认，然后在步骤S545中，手术路径设定装置(200)根据第二次确认的结果决定第二手术路径的形式。

因此，通过步骤S505至步骤S545，手术路径设定装置(200)确认手术路径形式信息的基本形式信息和详细形式信息，然后，首先确定手术路径形式的类型。(换句话说，确定手术路径形式是直线、曲线、平面或曲面中的哪一个)然后，该手术路径设定装置根据第一次确定的结果确认手术路径形式信息的形式特征信息，并确定手术路径形式。(换句话说，确定手术路径形式是指定路径、指定特定方向的路径、圆弧线、自由曲线、指定区域、指定表面、球面或者指定曲面中的哪一个)

在步骤S550中，手术路径设定装置(200)确认多个手术路径重置位置的定位(location)。

这里，在步骤S550中，多个手术路径重置位置的定位可以如下方式被输入：使用指示光学标记(M4)指示患者(P)身体上的多个位置而将指示位置输入到跟踪装置(300)中。例如，指示光学标记(M4)位于特殊位置，然后操作人员通过输入设备(如踏板、键盘、鼠标、触摸输入面板等)将输入端命令(input end command)输入，以输入特殊位置。对于多个位置的输入，操作人员在多个位置中的每个位置布置指示光学标记(M4)，然后，在多个位置中的每个位置每次输入输入端命令，以将多个定位输入到跟踪装置(300)。

在步骤S555中，手术路径设定装置(200)根据在步骤S550中确认的多个手术路径重置位置的定位和数量以及在步骤S545中确定的手术路径形式，确定包括多个手术路径重置位置的第二手术路径。

换句话说，如图5所示，在步骤S555中手术路径设定装置(200)确认多个手术路径重置位置的定位和数量，然后确定第二手术路径的形式，比如，如果手术路径形式是线且为指定路径，则其形式如图5的(a)所示，如果手术路径形式是线且为指定特定方向的路径，则其形式如图5的(b)所示，如果手术路径形式是曲线且为圆弧线，则其形式如图5的(c)所示，如果手术路径形式是自由曲线，则其形式如图5的(d)所示。

并且，手术路径设定装置(200)确认多个手术路径重置位置的定位和数量，然后确定第二手术路径的形式，比如，如果手术路径形式是平面且为指定区域，则其形式如图5的(e)所示，如果手术路径形式是平面且为指定表面，则其形式如图5的(f)所示，如果手术路径形式是曲面且为球面，则其形式如图5的(g)所示，如果手术路径形式是曲面且为指定曲面，则其形式如图5的(h)所示。

在步骤S560中，手术路径设定装置(200)将在步骤S555中重置的第二手术路径发送给手术机器人(100)，然后在步骤S500中完成并执行步骤S600。

在其他实施例中，如果手术路径设定装置(200)设定第二手术路径，则第二手术路径的虚拟对象可以形成，并协助操作人员的人工手术。

例如，当手术机器人(100)不执行自动手术操作，而是操作人员人工地处理并驱动手术机器人(100)直接操作时，重置的第二手术路径的虚拟对象设置在手术路径设定装置(200)中，以限制手术机器人(100)的工作。

在一个实施例中，如果重置的第二手术路径被设置为期望的手术路径，则用于防止手术机器人(100)从第二手术路径偏离的虚拟对象被设置在手术路径设定装置(200)中，从而防止由操作人员处理的手术机器人(100)从第二手术路径偏离。

如果重置的第二手术路径被设置为被禁止的手术路径，则用于防止手术机器人(100)侵入第二手术路径的虚拟对象被设置在手术路径设定装置(200)中，从而防止操作人员处理的手术机器人(100)侵入第二手术路径。

尽管已经参考本发明的某些示例性实施例来显示和描述本发明，但本发明并不限于上述实施例。在不脱离所附的权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，本领域技术人员可以根据所描述的实施例和所示出的附图做出各种变型。