骨科手术机器人是适用于创伤、脊柱、关节等多种骨科手术,用于辅助医生进行术前规划和术中引导及施术的重要的辅助手术工具,具有精准定位减少误差、缩短手术时间、节省医生体力消耗、减少医生所受辐射量、减少患者出血量并加快病人康复速度等优势。

骨科手术机器人的核心技术是什么?答案是定位导航技术。这是技术发展的热点领域,也是是骨科手术机器人企业重点布局的领域。在骨科手术机器人相关技术的专利申请中,定位导航技术的专利申请量占比超过三分之一以上,申请量次之的领域还包括末端执行器及其控制、整机结构、臂及其控制、控制架构等。

骨科手术机器人的机械臂

骨科手术机器人主要由机械臂、影像系统和计算机导航系统三部分组成。其中,机械臂主要负责手术执行和操作,需要具备运动的精准性、灵活性和平稳性,以及机械臂末端反馈系统高度的灵敏度。影像系统主要负责手术建模与规划,通过实时的影像监控,对图像进行采集、处理和分析,据此制定手术策略。计算机导航系统是机器人系统的核心,负责规划导航与定位,主要由测量仪器、传感器、定位仪等计算机软件构成。

骨科手术机器人想要实现精准的定位导航,机械臂定位与控制是关键,技术上包括多设备间的坐标系转换,安全边界保护,运动路径规划,绝对定位与重复定位精度提升,力反馈传感技术等。机械臂的主要部件包含伺服电机、谐波减速机、传感器和力控制器等。除了少部分手术机器人公司采用自研机械臂,大部分公司都采用外协通用的工业机械臂。

其次是导航与追踪技术,主要技术包含导航参考架设计,工具建模,特征点注册算法,可视化融合,刷新频率策略,运动跟踪感知与控制等。骨科手术机器人导航追踪技术主要采用红外线和可见光技术,还有少量磁导航技术。由于骨科手术现场会用到大量的金属工具,会干扰磁场信号,因此骨科很少使用磁导航技术。

骨科手术机器人的核心技术——定位导航技术

普爱医疗的PL300B骨科手术导航机器人为了实现高效且准确的图像配准,采用了一体化自适应配准技术(轨迹法),通过与同品牌三维C形臂协作,借助C臂机架上的靶罩,将预设轨迹与实际滑行轨迹进行匹配,实现更高精度的图像配准,且不受图像品质影响,实现临床精度达亚毫米级(≤±0.7mm),优于市面上大多数精度≤±1mm的同类产品。