前言導(dǎo)讀
骨科器械一般指專門用于骨科手術(shù)用的專業(yè)醫(yī)療器械。從治療的角度劃分，骨科醫(yī)療器械可以分為創(chuàng)傷類、脊柱類、關(guān)節(jié)類、足踝類等。骨科醫(yī)療器械是整個醫(yī)療器械領(lǐng)域的重要板塊，骨科器械在整個醫(yī)療器械行業(yè)也被看做是高值耗材，技術(shù)含量較高，市場很大。
因?yàn)?ldquo;集采”等多重因素，目前骨科市場風(fēng)云變幻，“集采”對骨科從業(yè)者來說，這是一場生死之戰(zhàn)；對骨科行業(yè)而言，這是一場天翻地覆的改革。該賽道內(nèi)的眾多廠家紛紛尋找下一個突圍點(diǎn)，大家一致的布局技術(shù)含量更高的新興產(chǎn)品，其中骨科手術(shù)機(jī)器人和骨科手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)已成為骨科企業(yè)戰(zhàn)略布局的關(guān)鍵。
骨科手術(shù)機(jī)器人市場概覽
骨科手術(shù)機(jī)器人是指在骨科手術(shù)過程中，由經(jīng)過嚴(yán)格培訓(xùn)的醫(yī)生操控的、能夠根據(jù)醫(yī)生的方案執(zhí)行手術(shù)的先進(jìn)醫(yī)療器械。骨科手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)主要包括：“大腦”——主控電腦系統(tǒng)；“眼睛”——光學(xué)跟蹤系統(tǒng)；“手臂”——機(jī)械臂主機(jī)。
骨科手術(shù)機(jī)器人主要應(yīng)用于三類手術(shù)，即關(guān)節(jié)置換手術(shù)、脊柱手術(shù)及骨科創(chuàng)傷手術(shù)。機(jī)器人輔助關(guān)節(jié)置換手術(shù)在這三個手術(shù)中屬于應(yīng)用最廣泛且最復(fù)雜的一類。根據(jù)弗若斯特沙利文的資料，關(guān)節(jié)置換手術(shù)機(jī)器人于2020年的全球市場規(guī)模為725.0百萬美元，占全球骨科手術(shù)機(jī)器人市場約52.0%。
根據(jù)弗若斯特沙利文的資料，每年在我國完成的機(jī)器人輔助關(guān)節(jié)置換手術(shù)數(shù)量由2015年的零增至2020年的243例，并預(yù)期自2020年起按162.8%的復(fù)合年增長率進(jìn)一步增至2026年的79,964例。我國的機(jī)器人輔助關(guān)節(jié)置換手術(shù)于2020年的滲透率為低于0.1%， 估計于2026年將達(dá)3.1%。下圖載列我國過往及預(yù)測機(jī)器人輔助關(guān)節(jié)置換手術(shù)的歷史及預(yù)測數(shù)量：
數(shù)據(jù)來源：弗若斯特沙利文分析
根據(jù)相關(guān)資料記載，目前我國聚焦骨科手術(shù)機(jī)器人賽道的企業(yè)已多達(dá)數(shù)十家。其中，具備醫(yī)療器械銷售資格的骨科手術(shù)機(jī)器人公司有進(jìn)口的史賽克(MAKO)、美敦力（MAZOR）、捷邁邦美(ROSA)，以及國產(chǎn)的天智航（天璣）、鑫君特（ORTHBOT）、諾亦騰（HOLOSIGHT）。筆者從專利角度著重對上述相關(guān)產(chǎn)品展開分析。
史賽克-MAKO
Mako手術(shù)機(jī)器人于2006年在美國上市，能夠協(xié)助醫(yī)生完成全髖關(guān)節(jié)置換術(shù)、全膝關(guān)節(jié)置換術(shù)及單髁關(guān)節(jié)置換術(shù)。截止至2020年，全球范圍內(nèi)超過28個國家裝機(jī)使用Mako機(jī)器人，14年內(nèi)總計完成手術(shù)超過350,000臺。
Mako機(jī)器人基于兩大核心技術(shù)：智能手術(shù)規(guī)劃技術(shù)和智能輔助截骨技術(shù)。智能手術(shù)規(guī)劃技術(shù)基于CT進(jìn)行3D的智能建模，為患者生成個性化的手術(shù)方案，同時提供術(shù)中動態(tài)調(diào)整，最大程度的將關(guān)節(jié)手術(shù)推向精準(zhǔn)化、個性化。智能輔助截骨技術(shù)采用創(chuàng)新高效的截骨模塊，能夠?qū)崿F(xiàn)高速磨鉆、擺鋸和動力手機(jī)的集成，同時在術(shù)中實(shí)現(xiàn)毫米級精確截骨控制和制動巡航截骨保護(hù)，為術(shù)者賦能，實(shí)現(xiàn)微創(chuàng)化、精細(xì)化的截骨控制。
下圖給出了Mako手術(shù)機(jī)器人的產(chǎn)品實(shí)物示意。
Mako示意圖
2006年，第一代Mako骨科機(jī)器人于美國佛羅里達(dá)州誕生，并成功實(shí)施了首例單髁膝關(guān)節(jié)置換手術(shù)。2015年推出了第三代Mako智能骨科機(jī)器人系統(tǒng)，成功將Accolade及Trident系類假體結(jié)合在全髖關(guān)節(jié)置換應(yīng)用。2016年成功的實(shí)施了Triathlon全膝關(guān)節(jié)置換手術(shù)后，標(biāo)志著Mako智能骨科機(jī)器人系統(tǒng)在關(guān)節(jié)置換領(lǐng)域的應(yīng)用的成熟，并充分顯示出機(jī)器人手術(shù)的優(yōu)勢。下圖給出了Mako骨科機(jī)器人的技術(shù)發(fā)展路線。
重要專利解析
筆者從Mako手術(shù)機(jī)器人涉及的相關(guān)專利中擇機(jī)選擇了相對重要的專利進(jìn)行了解析，相關(guān)結(jié)果如下：
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公開/公告號 |
US10959857B2 |
申請日 |
2019/2/26 |
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發(fā)明名稱 |
Registration tools, systems, and methods |
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解決的技術(shù)問題 |
Intra-operative registration of the pelvis can be challenging because of the complex geometry of the pelvis and, in particular, the concave nature of the acetabulum. While certain methods exist in the art for registration of a patient pelvis, there is need in the art for registration methods that increase accuracy while decreasing registration time. |
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技術(shù)方案 |
A registration system including a bone pin guide and a bone pin clamp. The bone pin guide may include a guide body, a first guide including a first guide through-hole having a first longitudinal axis, and a second guide including a second guide through-hole having a second longitudinal axis. The bone pin guide may guide first and second bone pins into a bone via the first and second guides. The bone pin clamp may include a clamp body, first, second, and third clamp through-holes extending through the clamp body, a plurality of registration indents defined on the clamp body, and a clamping mechanism including at least one adjustable fastener. The bone pin clamp may receive the first and second bone pins in the first and third clamp through-holes and guide a third bone pin into the bone via the second clamp through-hole. |
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相關(guān)附圖 |
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美敦力-MAZOR
2021年8月29日，美敦力宣布旗下脊柱外科智能導(dǎo)航機(jī)器人MAZOR X在中國正式上市，這款脊柱外科智能導(dǎo)航機(jī)器人在精準(zhǔn)、安全、高效三大維度均實(shí)現(xiàn)了突破，立刻引起了業(yè)內(nèi)的廣泛關(guān)注，有望打造國內(nèi)骨科新格局。
MAZOR系列手術(shù)機(jī)器人共經(jīng)歷的三代進(jìn)化，其中MAZOR X手術(shù)機(jī)器人為最新一代產(chǎn)品，其首次實(shí)現(xiàn)了脊柱手術(shù)的全程可視化操作，醫(yī)生可以借此看到此前無法觸及的細(xì)節(jié)。術(shù)前基于解剖識別引擎的全局術(shù)前規(guī)劃功能，在術(shù)前輕松完成手術(shù)方案設(shè)計，讓術(shù)者對手術(shù)胸有成竹。術(shù)中借助MAZORX機(jī)械臂精準(zhǔn)定位及零導(dǎo)絲高效置釘流程，讓原本復(fù)雜費(fèi)力的手術(shù)過程變得游刃有余，舉重若輕。借助MAZOR X全程可視化導(dǎo)航，讓術(shù)者擺脫輻射暴露的風(fēng)險和繁瑣的透視操作，置釘結(jié)果一目了然，確保手術(shù)全程可視。
Mazor示意圖
Mazor機(jī)器人的發(fā)展已逾20年，總共經(jīng)歷了三次技術(shù)更新迭代，分別如下：
第一代：為誕生于2004年的SpineAssist，第一代MAZOR脊柱機(jī)器人SpineAssit于2004年獲得CE&FDA認(rèn)證，標(biāo)志著機(jī)器人脊柱手術(shù)的開端。SpineAssist率先提出利用術(shù)前CT影像規(guī)劃的機(jī)器人脊柱手術(shù)流程。即采用超前的解剖洞察引擎技術(shù)，利用術(shù)前CT影像進(jìn)行手術(shù)規(guī)劃，并于術(shù)中通過跨模態(tài)影像融合技術(shù)將術(shù)前手術(shù)計劃與實(shí)際病人體位的骨性結(jié)構(gòu)匹配，以機(jī)械臂精準(zhǔn)執(zhí)行手術(shù)。這項(xiàng)MAZOR核心科技顯著地提升了手術(shù)的預(yù)見性與精準(zhǔn)性，并一直沿用在之后推出的MAZOR機(jī)器人上。
第二代：為誕生于2011年的Renaissance，進(jìn)一步完善了術(shù)前智能手術(shù)規(guī)劃功能，全局化規(guī)劃脊柱手術(shù)各個關(guān)鍵步驟。在硬件上，Renaissance首次推出一體式患者隨動平臺技術(shù)，將機(jī)械臂與患者骨性結(jié)構(gòu)剛性連接，提升了操作與定位的雙重精確性。在適應(yīng)癥上，豐富的操作平臺選擇覆蓋全脊柱手術(shù)應(yīng)用。截止2018年統(tǒng)計，第二代MAZOR 機(jī)器人共服務(wù)超過40.000臺脊柱手術(shù)，完成植入250,000枚以上脊柱螺釘。
第三代：為誕生于2017年的MAZOR X，其在術(shù)前智能手術(shù)規(guī)劃功能上實(shí)現(xiàn)全面突破，具體包括如下方面：置釘設(shè)計、置棒設(shè)計、皮膚切口設(shè)計、脊柱立線測量、M側(cè)彎分型、植入物選擇、截骨矯形、融合計劃、術(shù)前手術(shù)報告等，MAZOR X將以上各個步驟進(jìn)行全局化手術(shù)方案設(shè)計。同時在硬件上搭載第三代亞毫米級手術(shù)機(jī)械臂系統(tǒng)，真正實(shí)現(xiàn)脊柱手術(shù)的“所思即所見，所見即所得”。
重要專利解析
同樣的，筆者從Mazor手術(shù)機(jī)器人涉及的相關(guān)專利中擇機(jī)選擇了相對重要的專利進(jìn)行了解析，相關(guān)結(jié)果如下：
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公開/公告號 |
US6837892B2 |
申請日 |
2001/7/24 |
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發(fā)明名稱 |
Miniature bone-mounted surgical robot |
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解決的技術(shù)問題 |
there is a need in the art for a device with high precision and accuracy that can assist the surgeon in aligning the working end of the surgical tool such that delicate procedures can be preformed percutaneously with minimal radiation exposure to both the patient and the surgical staff. |
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技術(shù)方案 |
A miniature surgical robot and a method for using it are disclosed. The miniature surgical robot attaches directly with the bone of a patient. Two-dimensional X-ray images of the robot on the bone are registered with three-dimensional images of the bone. This locates the robot precisely on the bone of the patient. The robot is then directed to pre-operative determined positions based on a pre-operative plan by the surgeon. The robot then moves to the requested surgical site and aligns a sleeve through which the surgeon can insert a surgical tool. |
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相關(guān)附圖 |
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捷邁邦美-ROSA
ROSA（Robot of Stereotactic Assistant，ROSA）手術(shù)機(jī)器人是一種新的無框架立體定向手術(shù)機(jī)器人。
ROSA是由法國Medtech公司研發(fā)的新一代多功能手術(shù)機(jī)器人，自誕生以來就受到眾多外科醫(yī)生的青睞。在2016年時，Zimmer Biomet（捷邁邦美）以不低于1.32億美元的價格收購了法國手術(shù)機(jī)器人公司Medtech，擁有了ROSA Brain和ROSA Spine機(jī)器人輔助手術(shù)平臺的所有權(quán)。2019年1月，Zimmer Biomet獲得FDA批準(zhǔn)用于膝關(guān)節(jié)手術(shù)應(yīng)用的ROSA平臺和ROSA One Spine平臺，并宣布計劃在2019年中期ROSA Knee將正式進(jìn)入膝關(guān)節(jié)市場。這一舉措使得Zimmer Biomet成為第一個獲得腦、脊柱、膝關(guān)節(jié)三大領(lǐng)域的FDA批準(zhǔn)的公司。
眾所周知的，ROSA家族共有三兄弟：ROSA Knee、ROSA One Brain、ROSA One Spine。
ROSA Knee是一個機(jī)器人平臺，旨在協(xié)助矯形外科醫(yī)生進(jìn)行骨切除，并評估軟組織狀態(tài)，以便在全膝關(guān)節(jié)置換術(shù)中定位植入物。外科醫(yī)生可以在術(shù)前使用手術(shù)計劃軟件來計劃植入物的定位和大小。外科醫(yī)生也可使用 ROSA 膝關(guān)節(jié)系統(tǒng)內(nèi)的無圖像選項(xiàng)，以實(shí)現(xiàn)與基于圖像的病例相同的目標(biāo)。該設(shè)備由兩個單元組成，分別位于手術(shù)臺的兩側(cè)，分別為：由緊湊的機(jī)械臂和觸摸屏組成的機(jī)器人單元和光學(xué)單元和觸摸屏。
ROSA Knee示意圖
ROSA One Spine是一個機(jī)器人和手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)，旨在幫助外科醫(yī)生進(jìn)行微創(chuàng)胸腰椎手術(shù)。ROSA One Spine旨在適應(yīng)手術(shù)流程，利用機(jī)器人和導(dǎo)航來支持手術(shù)。除了導(dǎo)航技術(shù)套件之外，該平臺還配備了3D術(shù)中計劃軟件，旨在提高植入物以及器械放置的準(zhǔn)確性和可預(yù)測性。ROSA One Spine擁有六個自由度，能夠靈活靈活地進(jìn)入手術(shù)部位。一旦設(shè)定了軌跡，機(jī)械臂的剛性就提供了姿態(tài)穩(wěn)定性。獨(dú)特的“動態(tài)跟蹤”功能允許機(jī)器人實(shí)時移動，與患者的運(yùn)動同步。
ROSA One Spine 示意圖
重要專利解析
同樣的，筆者從ROSA手術(shù)機(jī)器人涉及的相關(guān)專利中擇機(jī)選擇了相對重要的專利進(jìn)行了解析，相關(guān)結(jié)果如下：
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公開/公告號 |
US10159534B2 |
申請日 |
2017/1/30 |
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發(fā)明名稱 |
Robotic-assisted device for positioning a surgical instrument relative to the body of a patient |
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解決的技術(shù)問題 |
The aim of the invention is to cope with the drawbacks of the state of the art by providing a device for positioning a surgical instrument relative to the body of a patient using at least a first robotic arm supporting at least One surgical instrument and a second tracker arm, which is also a robotic arm. This second robotic arm is aimed at detecting in real time and accurately the movements of said body and to communicate them to said first arm, so that it compensates its position accordingly. In particular, said second arm permits to detect the internal and external movements of the anatomic area to be treated. |
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技術(shù)方案 |
The robotic device for positioning a surgical instrument relative to the body of a patient includes a first robotic arm with a device for rigidly connecting to at least One surgical instrument, a device for anatomical realignment of the first arm by realigning an image that is of an area of the anatomy of the patient, and a device for compensating the movements of the first arm on the basis of detected movements. One version of the device includes at least One second robotic arm having sensors for detecting inner movements of the anatomical area, and a device for controlling the positioning of the first arm relative to sensed inner movements and to the outer movements induced in the second arm. |
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相關(guān)附圖 |
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天智航-天璣
天璣骨科手術(shù)機(jī)器人能夠輔助開展脊柱外科手術(shù)以及創(chuàng)傷骨科手術(shù)，以機(jī)械臂輔助完成這些手術(shù)中的手術(shù)器械或植入物的定位。產(chǎn)品兼容2D與3D模式，獨(dú)有入釘點(diǎn)及釘?shù)烙嬎阒悄芩惴ǎ瑱C(jī)械臂精準(zhǔn)運(yùn)動到規(guī)劃位置，借助骨科引導(dǎo)器，為醫(yī)生提供精準(zhǔn)穩(wěn)定的導(dǎo)針置入路徑。按照術(shù)中規(guī)劃，醫(yī)生可以精準(zhǔn)設(shè)計并置入內(nèi)植入物。天璣另辟蹊徑，使常規(guī)手術(shù)精準(zhǔn)微創(chuàng)化、復(fù)雜手術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化、關(guān)鍵操作智能化、醫(yī)療資源均等化，臨床優(yōu)勢顯著，智慧骨科手術(shù)未來可期。
目前，天璣2.0骨科手術(shù)機(jī)器人備受關(guān)注，其適用癥覆蓋頸椎、胸椎、腰椎、骶椎全節(jié)段脊柱外科手術(shù)和骨盆、髖臼、四肢等部位的創(chuàng)傷手術(shù)。
天璣示意圖
重要專利解析
同樣的，筆者從天璣手術(shù)機(jī)器人涉及的相關(guān)專利中擇機(jī)選擇了相對重要的專利進(jìn)行了解析，相關(guān)結(jié)果如下：
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公開/公告號 |
CN104083217B |
申請日 |
2014/7/3 |
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發(fā)明名稱 |
一種手術(shù)定位裝置以及機(jī)器人手術(shù)系統(tǒng) |
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解決的技術(shù)問題 |
克服了標(biāo)尺構(gòu)型對術(shù)中C型臂透視角度的限制，可以減少透視次數(shù)，減少對病人和醫(yī)生的輻射損傷。 |
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技術(shù)方案 |
本發(fā)明涉及一種手術(shù)定位裝置和方法以及機(jī)器人手術(shù)系統(tǒng)，該手術(shù)定位裝置包括定位標(biāo)尺、上位機(jī)和至少六自由度的串聯(lián)機(jī)械臂，上位機(jī)與串聯(lián)機(jī)械臂連接，定位標(biāo)尺包括透X光的兩相對面，兩相對面通過透X光的連接面固定連接，兩相對面上均設(shè)置有一組標(biāo)記，每組標(biāo)記包括至少四個不在一條直線上的標(biāo)記點(diǎn)，標(biāo)記點(diǎn)為不透X光的部件；任一相對面或連接面固定連接標(biāo)尺柄，標(biāo)尺柄通過接口與串聯(lián)機(jī)械臂末端連接；上位機(jī)通過控制串聯(lián)機(jī)械臂的運(yùn)動來調(diào)整定位標(biāo)尺的位置，并根據(jù)采集的圖像中的標(biāo)記點(diǎn)進(jìn)行空間定位計算，得到規(guī)劃路徑。該裝置能夠?qū)崿F(xiàn)任意角度的透視定位，并能消除計算手術(shù)路徑時引起的系統(tǒng)誤差，增大工作空間，提高手術(shù)定位精度。 |
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相關(guān)附圖 |
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鑫君特-ORTHBOT
深圳市鑫君特智能醫(yī)療器械有限公司于2015年創(chuàng)立于深圳，為國家高新技術(shù)企業(yè)，是國內(nèi)首家自主研發(fā)導(dǎo)航+智能輔助手術(shù)的高科技醫(yī)療器械公司。
ORTHBOT的智能術(shù)前規(guī)劃采用了可見光定位的技術(shù)手段，即計算機(jī)通過雙目攝像頭捕捉到圖像后，對圖像進(jìn)行處理、分析和理解，識別出圖像中與視覺定位圖像模板相匹配的部分，通過特征點(diǎn)的坐標(biāo)位置計算出坐標(biāo)定位板在視覺定位系統(tǒng)中的位置信息，它與傳統(tǒng)的紅外定位方式相比，具有抗干擾能力強(qiáng)，容錯性好的優(yōu)點(diǎn)。
在自動操作上，ORTHBOT的設(shè)備設(shè)計了一個自動操作裝置（智能骨鉆），在設(shè)備到達(dá)導(dǎo)航位置以后，醫(yī)生通過工作站發(fā)出操作指令，手術(shù)機(jī)器人根據(jù)術(shù)前規(guī)劃的參數(shù)進(jìn)行自動置針。另外，與導(dǎo)航定位后的人工置針相比，ORTHBOT的置針更加平穩(wěn)，能夠有效地降低人為因素引起的誤差，精度控制能力更高；且具有智能觸覺功能，通過壓力傳感器模仿人的觸覺，進(jìn)一步把手術(shù)過程中的阻力進(jìn)行量化，更能保證手術(shù)安全。
ORTHBOT示意圖
重要專利解析
同樣的，筆者從ORTHBOT手術(shù)機(jī)器人涉及的相關(guān)專利中擇機(jī)選擇了相對重要的專利進(jìn)行了解析，相關(guān)結(jié)果如下：
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公開/公告號 |
CN105848606B |
申請日 |
2015/8/24 |
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發(fā)明名稱 |
一種智能骨科手術(shù)系統(tǒng) |
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解決的技術(shù)問題 |
在導(dǎo)航基礎(chǔ)上可以實(shí)現(xiàn)精確打孔功能，實(shí)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(qiáng)度，避免諸如人的疲勞、精神壓力等因素對手術(shù)的干擾。 |
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技術(shù)方案 |
本發(fā)明適用于醫(yī)療器械領(lǐng)域，提供了一種智能骨科手術(shù)系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括交換機(jī)、手術(shù)定位裝置和分別與交換機(jī)連接的手術(shù)規(guī)劃和監(jiān)控裝置、C形臂X射線機(jī)和骨科手術(shù)機(jī)器人；所述骨科手術(shù)機(jī)器人包括機(jī)器人本體和固定在機(jī)器人本體上的機(jī)械臂、固定在機(jī)械臂上的智能骨鉆、通信模塊、機(jī)械臂控制模塊、智能骨鉆控制模塊、以及手術(shù)機(jī)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(jī)構(gòu)、推進(jìn)機(jī)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。本發(fā)明的智能骨科手術(shù)系統(tǒng)中的骨科手術(shù)機(jī)器人在導(dǎo)航基礎(chǔ)上可以實(shí)現(xiàn)精確打孔功能，實(shí)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(qiáng)度。 |
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相關(guān)附圖 |
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導(dǎo)航跟蹤
需要特別指出的是，對于包括骨科機(jī)器人在內(nèi)的手術(shù)機(jī)器人而言，導(dǎo)航跟蹤系統(tǒng)是核心技術(shù)壁壘之一，在手術(shù)應(yīng)用中，高測量精度使儀器能夠更精確地定位于以前無法手術(shù)的身體部位中非常小的病變。能夠避免脆弱和/或重要的解剖部位，從而更安全地進(jìn)入這些治療區(qū)域。因此，使用精確的 OEM 手術(shù)系統(tǒng)有助于縮短手術(shù)時間并最大程度地減少手術(shù)侵襲性，從而改善患者的治療效果。
事實(shí)上，在骨科手術(shù)機(jī)器人領(lǐng)域，對于導(dǎo)航跟蹤系統(tǒng)而言，國內(nèi)少有企業(yè)能全部掌握所有核心技術(shù)。該技術(shù)的典型代表公司為加拿大NDI（Northern Digital Inc）。
NDI公司的Polaris光學(xué)跟蹤解決方案以及 Aurora 和 3D Guidance電磁 (EM) 跟蹤解決方案在 3D 空間中，捕獲光學(xué)導(dǎo)航標(biāo)記物或電磁傳感器相對于固定物體或參考點(diǎn)的位置（X-Y-Z 坐標(biāo)數(shù)據(jù)）和方向（翻滾、俯仰、偏航）。在骨科手術(shù)應(yīng)用中，可按機(jī)器人引導(dǎo)的閉環(huán)骨科手術(shù)（如脊柱融合和關(guān)節(jié)置換）所需的更新速率，跟蹤附著在機(jī)器人末端執(zhí)行器和患者上的機(jī)器人基座、手術(shù)工具的位置，可將跟蹤數(shù)據(jù)與術(shù)前圖像相融合，這有助于在置入椎弓根螺釘?shù)倪^程中或在實(shí)施顯微椎間盤切除術(shù)期間實(shí)現(xiàn)儀器的可視化并進(jìn)行導(dǎo)航，還可記錄并跟蹤骨性解剖結(jié)構(gòu)，以定位和對齊要安裝的植入物、測量關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)和偏移，以及以可視化方式引導(dǎo)刀具切削的角度和深度。
Polaris光學(xué)測量解決方案由兩個協(xié)同工作的核心組件組成：光學(xué)跟蹤器和導(dǎo)航標(biāo)記器；例如被動標(biāo)記球、基片、逆反射盤。光學(xué)跟蹤器使用紅外光在 3D 空間中（通過標(biāo)記）精確定位和三角化儀器的實(shí)時 X-Y-Z 坐標(biāo)。然后，在預(yù)先校準(zhǔn)的測量體內(nèi)執(zhí)行跟蹤，并在 Polaris 的全局坐標(biāo)系內(nèi)報告跟蹤信息。
坐標(biāo)數(shù)據(jù)計算為變換值；即位置和方向。與車載 GPS 導(dǎo)航的概念類似，跟蹤數(shù)據(jù)可用于可視化手術(shù)儀器相對于患者圖像集的位置，并規(guī)劃和導(dǎo)航儀器到目標(biāo)/治療部位的路徑。每個儀器都有一個獨(dú)特的標(biāo)記陣列，便于在OEM手術(shù)導(dǎo)航界面中加以區(qū)分。
Polaris光學(xué)導(dǎo)航系統(tǒng)
重要專利解析
同樣的，筆者從NDI涉及的光學(xué)和磁導(dǎo)航相關(guān)專利中擇機(jī)選擇了相對重要的專利進(jìn)行了解析，相關(guān)結(jié)果如下：
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公開/公告號 |
US5923417A |
申請日 |
1997/9/26 |
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發(fā)明名稱 |
System for determining the spatial position of a target |
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解決的技術(shù)問題 |
This invention relates generally to systems for determining the spatial position of a target and more particularly to systems of such type which are adapted to determine the spatial position of both active and passive targets. Still more particularly, |
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技術(shù)方案 |
A system for determining the spatial position of a target having an active target adapted to emit energy in response to an active signal and a passive target adapted to reflect energy impinging upon such passive target from an active energy source. A common energy detector is provided for detecting both the energy emitted by the active target and the energy reflected by the passive target. A common processor is provided for determining the spatial positions of both the passive and active targets in response to the energy detected by the common detector. During a sensor cycle the spatial position of the active target is determined and during a sensor cycle the position of the passive target is determined. The sensor cycles may be interspersed or may be the same cycle to enable simultaneous determination of both the active target and the passive target during a single sensor cycle. The system also enables the determination of the spatial position and angular orientation of both a rigid object having affixed thereto active targets and/or another rigid object having affixed thereto passive targets and/or an object having affixed thereto both an active and passive targets. |
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相關(guān)附圖 |
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結(jié) 語
與傳統(tǒng)骨科手術(shù)相比，手術(shù)機(jī)器人和導(dǎo)航系統(tǒng)能夠輔助骨科臨床醫(yī)生實(shí)現(xiàn)高質(zhì)高效的手術(shù)目標(biāo)，相關(guān)技術(shù)可以造福那些要經(jīng)歷高難度、高風(fēng)險背部手術(shù)的患者。該技術(shù)使得骨科外科手術(shù)更安全、更精確。
誠如領(lǐng)域內(nèi)人士共同認(rèn)識的那樣，骨科手術(shù)機(jī)器人逐漸贏得市場追捧，站上了智能精細(xì)化發(fā)展、醫(yī)保政策利好的快車道，國內(nèi)各大骨科器械廠商也必會將骨科機(jī)器人和導(dǎo)航跟蹤系統(tǒng)作為重要的市場賽道，聯(lián)動產(chǎn)學(xué)研醫(yī)生多方力量，不斷創(chuàng)新，推動我國骨科行業(yè)更智能化、精準(zhǔn)化、微創(chuàng)化的發(fā)展，相關(guān)知識產(chǎn)權(quán)問題也必將會成為各大骨科機(jī)器人廠商的研究重點(diǎn)課題，后續(xù)相關(guān)產(chǎn)品的的研發(fā)和專利事務(wù)值得持續(xù)關(guān)注。
京公網(wǎng)安備11010802046783號
