本實用新型涉及醫(yī)療器械技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于生物3D打印技術(shù)的切割修復(fù)一體化手術(shù)機器人。

背景技術(shù)：

生物3D打印技術(shù)，是一種累積制造技術(shù)，即快速成形技術(shù)的一種，它是一種數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，運用生物細胞或生物構(gòu)造塊，通過“按需打印”一層層的生物細胞或生物構(gòu)造塊來制造真正的活體組織或人體活器官的技術(shù)。

細胞三維受控組裝，是將活細胞與生物相容性較好的基質(zhì)材料共混，裝入針管或噴腔，利用離散－堆積成形原理，通過快速成形技術(shù)按事先設(shè)計的立體網(wǎng)格結(jié)構(gòu)將細胞/基質(zhì)由針頭擠出或噴頭噴出，形成特定的三維結(jié)構(gòu)；利用明膠、纖維蛋白等基質(zhì)材料的物理、化學(xué)特性保持成形后的三維結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，細胞在三維結(jié)構(gòu)中繼續(xù)存活、增殖、連接等，其中三維結(jié)構(gòu)中細胞/基質(zhì)的粗細度可控制在幾微米到幾百微米、或更寬的范圍內(nèi)。此技術(shù)廣泛應(yīng)用于人體組織與器官的修復(fù)和重建(再生)、藥物檢測、生物體微系統(tǒng)和生物傳感器等諸多技術(shù)前沿方面。

例如，傳統(tǒng)的骨科手術(shù)需要主刀醫(yī)生根據(jù)臨床經(jīng)驗對患者病變骨骼進行切削或鉆銑，部分缺損修補手術(shù)更是需要主刀醫(yī)生從患者身上取骨頭，現(xiàn)場粘接、拼合填補缺損部位，修補完善的程度則全靠主刀醫(yī)生的業(yè)務(wù)水平。

然而，本申請發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)的手術(shù)過程存在無法精確定位和修復(fù)的問題，即手術(shù)過程中的所有切割和修復(fù)工作都只能根據(jù)主刀醫(yī)生的臨床經(jīng)驗判斷，從而對主刀醫(yī)生的臨床經(jīng)驗有極高的要求。

因此，如何提供一種基于生物3D打印技術(shù)的切割修復(fù)一體化手術(shù)機器人，以既能夠?qū)崿F(xiàn)對骨骼的原位打印再造，又能夠用來輔助主刀醫(yī)生進行高精度定位切割和原位修補，成為本領(lǐng)域技術(shù)人員亟需解決的技術(shù)問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的在于提供一種基于生物3D打印技術(shù)的切割修復(fù)一體化手術(shù)機器人，以解決傳統(tǒng)的手術(shù)過程存在無法精確定位和修復(fù)的技術(shù)問題。

本實用新型提供一種基于生物3D打印技術(shù)的切割修復(fù)一體化手術(shù)機器人，包括：控制臺；工具頭組件；所述工具頭組件設(shè)置在所述控制臺上，且至少包括有手術(shù)刀具工具頭、三維掃描工具頭和生物3D打印工具頭；所述手術(shù)刀具工具頭用于鉆孔、切割、打磨及定位持械，所述三維掃描工具頭用于掃描手術(shù)中的創(chuàng)面和缺損，所述生物3D打印工具頭用于擠出生物材料或活細胞以修復(fù)、填補、粘合手術(shù)中的缺損；機械臂；所述機械臂設(shè)置在所述控制臺上，所述機械臂用于抓取、切換所述手術(shù)刀具工具頭、所述三維掃描工具頭和所述生物3D打印工具頭，并帶動所述手術(shù)刀具工具頭、所述三維掃描工具頭和所述生物3D打印工具頭沿所需的工作路徑移動；控制器；所述控制器與所述機械臂連接，所述控制器用于控制所述機械臂的工作狀態(tài)及運動路徑。

實際應(yīng)用時，所述基于生物3D打印技術(shù)的切割修復(fù)一體化手術(shù)機器人還包括：力反饋操作手柄；所述力反饋操作手柄與所述控制器連接，且所述手術(shù)刀具工具頭上設(shè)置有力學(xué)傳感器。

其中，所述基于生物3D打印技術(shù)的切割修復(fù)一體化手術(shù)機器人還包括：圖像處理器；所述圖像處理器與所述三維掃描工具頭和所述控制器連接，所述圖像處理器用于將所述三維掃描工具頭獲取的創(chuàng)面信息和缺損信息轉(zhuǎn)換為三維數(shù)據(jù)，并發(fā)送給所述控制器。

具體地，所述基于生物3D打印技術(shù)的切割修復(fù)一體化手術(shù)機器人還包括：手術(shù)臺；所述手術(shù)臺上設(shè)置有與所述圖像處理器連接的攝像機，所述攝像機用于獲取所述手術(shù)臺上的患者的手術(shù)信息和形體信息，并發(fā)送給所述圖像處理器。

進一步地，所述圖像處理器還用于將所述攝像機獲取的所述手術(shù)信息和所述形體信息轉(zhuǎn)換為三維數(shù)據(jù)，并發(fā)送給所述控制器。

實際應(yīng)用時，所述基于生物3D打印技術(shù)的切割修復(fù)一體化手術(shù)機器人還包括：抽吸裝置；所述抽吸裝置用于清理手術(shù)過程中溢出的體液和/或骨粉殘渣。

其中，所述手術(shù)刀具工具頭中內(nèi)置有電動驅(qū)動器。

具體地，所述生物3D打印工具頭為氣源使能或電動使能。

進一步地，所述機械臂為多臂結(jié)構(gòu)。

更進一步地，所述工具頭組件還包括：微創(chuàng)骨科手術(shù)工具頭。

相對于現(xiàn)有技術(shù)，本實用新型所述的基于生物3D打印技術(shù)的切割修復(fù)一體化手術(shù)機器人具有以下優(yōu)勢：

本實用新型提供的基于生物3D打印技術(shù)的切割修復(fù)一體化手術(shù)機器人中，包括：控制臺、工具頭組件、機械臂和控制器；其中，工具頭組件設(shè)置在控制臺上，且至少包括有手術(shù)刀具工具頭、三維掃描工具頭和生物3D打印工具頭；具體地，手術(shù)刀具工具頭用于鉆孔、切割、打磨及定位持械，三維掃描工具頭用于掃描手術(shù)中的創(chuàng)面和缺損，生物3D打印工具頭用于擠出生物材料或活細胞以修復(fù)、填補、粘合手術(shù)中的缺損；進一步地，機械臂設(shè)置在控制臺上，機械臂用于抓取、切換手術(shù)刀具工具頭、三維掃描工具頭和生物3D打印工具頭，并帶動手術(shù)刀具工具頭、三維掃描工具頭和生物3D打印工具頭沿所需的工作路徑移動；更進一步地，控制器與機械臂連接，控制器用于控制機械臂的工作狀態(tài)及運動路徑。由此分析可知，使用本實用新型提供的基于生物3D打印技術(shù)的切割修復(fù)一體化手術(shù)機器人時，由于控制器能夠控制機械臂的工作狀態(tài)及運動路徑，機械臂能夠抓取、切換工具頭組件中的手術(shù)刀具工具頭、三維掃描工具頭和生物3D打印工具頭，并帶動工具頭組件中的相應(yīng)工具頭沿所需的工作路徑移動，并且手術(shù)刀具工具頭能夠鉆孔、切割、打磨及定位持械，三維掃描工具頭能夠掃描手術(shù)中的創(chuàng)面和缺損，生物3D打印工具頭能夠擠出生物材料或活細胞以修復(fù)、填補、粘合手術(shù)中的缺損，因此本實用新型提供的基于生物3D打印技術(shù)的切割修復(fù)一體化手術(shù)機器人能夠輔助主刀醫(yī)生進行高精確定位切割和原位修補，同時能夠?qū)崿F(xiàn)對骨骼的原位打印再造。

附圖說明

為了更清楚地說明本實用新型具體實施方式或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對具體實施方式或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本實用新型的一些實施方式，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本實用新型實施例提供的基于生物3D打印技術(shù)的切割修復(fù)一體化手術(shù)機器人的主視結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本實用新型實施例提供的基于生物3D打印技術(shù)的切割修復(fù)一體化手術(shù)機器人的俯視結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本實用新型實施例提供的基于生物3D打印技術(shù)的切割修復(fù)一體化手術(shù)機器人的右視結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：

1－控制臺； 2－工具頭組件；

21－手術(shù)刀具工具頭； 22－三維掃描工具頭；

23－生物3D打印工具頭； 3－機械臂；

4－控制器； 5－力反饋操作手柄；

6－圖像處理器； 7－手術(shù)臺；

8－攝像機； 9－抽吸裝置。

具體實施方式

下面將結(jié)合附圖對本實用新型的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒緦嵱眯滦椭械膶嵤├绢I(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本實用新型保護的范圍。

在本實用新型的描述中，需要說明的是，術(shù)語“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“內(nèi)”、“外”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本實用新型和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對本實用新型的限制。此外，術(shù)語“第一”、“第二”、“第三”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性。

在本實用新型的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語“安裝”、“相連”、“連接”應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也可以是電氣連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內(nèi)部的連通。對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以具體情況理解上述術(shù)語在本實用新型中的具體含義。

圖1為本實用新型實施例提供的基于生物3D打印技術(shù)的切割修復(fù)一體化手術(shù)機器人的主視結(jié)構(gòu)示意圖。

如圖1所示，本實用新型實施例提供一種基于生物3D打印技術(shù)的切割修復(fù)一體化手術(shù)機器人，包括：控制臺1；工具頭組件2；工具頭組件2設(shè)置在控制臺1上，且至少包括有手術(shù)刀具工具頭21、三維掃描工具頭22和生物3D打印工具頭23；手術(shù)刀具工具頭21用于鉆孔、切割、打磨及定位持械，三維掃描工具頭22用于掃描手術(shù)中的創(chuàng)面和缺損，生物3D打印工具頭23用于擠出生物材料或活細胞以修復(fù)、填補、粘合手術(shù)中的缺損；機械臂3；機械臂3設(shè)置在控制臺1上，機械臂3用于抓取、切換手術(shù)刀具工具頭21、三維掃描工具頭22和生物3D打印工具頭23，并帶動手術(shù)刀具工具頭21、三維掃描工具頭22和生物3D打印工具頭23沿所需的工作路徑移動；控制器4；控制器4與機械臂3連接，控制器4用于控制機械臂3的工作狀態(tài)及運動路徑。

相對于現(xiàn)有技術(shù)，本實用新型實施例所述的基于生物3D打印技術(shù)的切割修復(fù)一體化手術(shù)機器人具有以下優(yōu)勢：

本實用新型實施例提供的基于生物3D打印技術(shù)的切割修復(fù)一體化手術(shù)機器人中，如圖1所示，包括：控制臺1、工具頭組件2、機械臂3和控制器4；其中，工具頭組件2設(shè)置在控制臺1上，且至少包括有手術(shù)刀具工具頭21、三維掃描工具頭22和生物3D打印工具頭23；具體地，手術(shù)刀具工具頭21用于鉆孔、切割、打磨及定位持械，三維掃描工具頭22用于掃描手術(shù)中的創(chuàng)面和缺損，生物3D打印工具頭23用于擠出生物材料或活細胞以修復(fù)、填補、粘合手術(shù)中的缺損；進一步地，機械臂3設(shè)置在控制臺1上，機械臂3用于抓取、切換手術(shù)刀具工具頭21、三維掃描工具頭22和生物3D打印工具頭23，并帶動手術(shù)刀具工具頭21、三維掃描工具頭22和生物3D打印工具頭23沿所需的工作路徑移動；更進一步地，控制器4與機械臂3連接，控制器4用于控制機械臂3的工作狀態(tài)及運動路徑。由此分析可知，使用本實用新型實施例提供的基于生物3D打印技術(shù)的切割修復(fù)一體化手術(shù)機器人時，由于控制器4能夠控制機械臂3的工作狀態(tài)及運動路徑，機械臂3能夠抓取、切換工具頭組件2中的手術(shù)刀具工具頭21、三維掃描工具頭22和生物3D打印工具頭23，并帶動工具頭組件2中的相應(yīng)工具頭沿所需的工作路徑移動，并且手術(shù)刀具工具頭21能夠鉆孔、切割、打磨及定位持械，三維掃描工具頭22能夠掃描手術(shù)中的創(chuàng)面和缺損，生物3D打印工具頭23能夠擠出生物材料或活細胞以修復(fù)、填補、粘合手術(shù)中的缺損，因此本實用新型實施例提供的基于生物3D打印技術(shù)的切割修復(fù)一體化手術(shù)機器人能夠輔助主刀醫(yī)生進行高精確定位切割和原位修補，同時能夠?qū)崿F(xiàn)對骨骼的原位打印再造。

此處需要補充說明的是，本實用新型實施例提供的基于生物3D打印技術(shù)的切割修復(fù)一體化手術(shù)機器人，由于具有工具頭組件2，且工具頭組件2具備多種不同功能的工具頭(例如：手術(shù)刀具工具頭21、三維掃描工具頭22和生物3D打印工具頭23)，同時能夠通過控制器4和機械臂3進行自動抓取、切換，即通過控制器4起到控制機械臂3的運動、統(tǒng)籌各工具頭的切換及控制工具頭的工作狀態(tài)的作用，因此能夠有效避免因人工切換工具頭而造成的掉落現(xiàn)象，從而能夠有效避免手術(shù)污染等問題。

實際應(yīng)用時，為了起到使手術(shù)機器人與主刀醫(yī)生進行交互的作用，如圖1所示，基于生物3D打印技術(shù)的切割修復(fù)一體化手術(shù)機器人還可以包括：力反饋操作手柄5；該力反饋操作手柄5可以與控制器4電氣連接或信號連接，且手術(shù)刀具工具頭21上可以設(shè)置有力學(xué)傳感器，從而主刀醫(yī)生能夠通過力學(xué)傳感器獲取對骨骼切割時手術(shù)刀具工具頭21的真實力度，并能夠根據(jù)不同的手術(shù)情況進行適當調(diào)整，進而在提升主刀醫(yī)生手術(shù)手感的同時設(shè)置力度預(yù)警，以避免因手術(shù)操作過力而造成的不可逆損傷。此外，上述力反饋操作手柄5還能夠通過控制器4控制機械臂3的工作狀態(tài)及運動路徑。

此處需要補充說明的是，通過安裝在手術(shù)刀具工具頭21上的力學(xué)傳感器進行反饋，并通過識別手術(shù)刀具工具頭21的信息，讀入手術(shù)刀具工具頭21的幾何尺寸和質(zhì)量信息進行計算，從而自動轉(zhuǎn)換手術(shù)刀具工具頭21末端的受力情況。

其中，為了提高控制器4的控制精度、控制效率和效果，如圖1所示，基于生物3D打印技術(shù)的切割修復(fù)一體化手術(shù)機器人還可以包括：圖像處理器6；該圖像處理器6可以與三維掃描工具頭22和控制器4電氣連接或信號連接，從而圖像處理器6能夠?qū)⑷S掃描工具頭22獲取的創(chuàng)面信息和缺損信息轉(zhuǎn)換為三維數(shù)據(jù)，并發(fā)送給控制器4，以提升控制器4的控制精度、控制效率和效果。

圖2為本實用新型實施例提供的基于生物3D打印技術(shù)的切割修復(fù)一體化手術(shù)機器人的俯視結(jié)構(gòu)示意圖。

具體地，為了便于承載和固定手術(shù)患者，如圖2所示，基于生物3D打印技術(shù)的切割修復(fù)一體化手術(shù)機器人還可以包括：手術(shù)臺7，從而通過手術(shù)臺7以承載安放并固定手術(shù)患者。同時，為了能夠較好地實時檢測手術(shù)中患者的情況，如圖2結(jié)合圖1所示，上述手術(shù)臺7上可以設(shè)置有與圖像處理器6電氣或信號連接的攝像機8，從而通過該攝像機8以獲取手術(shù)臺7上的患者的手術(shù)信息和形體信息，并及時發(fā)送給圖像處理器6。

此處需要補充說明的是，為了保證檢測效果，避免出現(xiàn)拍攝死角，上述攝像機8可以設(shè)置有多個，例如設(shè)置有四個，且四個攝像機8可以分別位于手術(shù)臺7的四個頂角區(qū)域，如圖2所示。

進一步地，為了根據(jù)具體檢測情況進行手術(shù)方案的適當調(diào)整，上述圖像處理器6還能夠?qū)z像機8獲取的手術(shù)信息和形體信息轉(zhuǎn)換為三維數(shù)據(jù)，并發(fā)送給控制器4，從而主刀醫(yī)生能夠通過力反饋操作手柄5和控制器4根據(jù)具體檢測情況進行手術(shù)方案的適當調(diào)整。

圖3為本實用新型實施例提供的基于生物3D打印技術(shù)的切割修復(fù)一體化手術(shù)機器人的右視結(jié)構(gòu)示意圖。

實際應(yīng)用時，為了提高手術(shù)機器人的整體性能，如圖3所示，基于生物3D打印技術(shù)的切割修復(fù)一體化手術(shù)機器人還可以包括：抽吸裝置9，從而通過該抽吸裝置9以清理手術(shù)過程中溢出的體液和/或骨粉殘渣，進而提高手術(shù)效果及效率。

實際裝配時，如圖1－圖3所示，上述抽取裝置9可以臨近手術(shù)臺7設(shè)置，從而有效提高抽取時的便捷性和效率。

其中，為了保證手術(shù)刀具工具頭21的靈活操作，上述手術(shù)刀具工具頭21中可以內(nèi)置有電動驅(qū)動器。

具體地，為了保證生物3D打印工具頭23具有良好地工作性能，上述生物3D打印工具頭23可以為氣源使能或電動使能。

實際生產(chǎn)制造時，上述機械臂3可以為單臂結(jié)構(gòu)。進一步地，為了保證機械臂3能夠向多個方向靈活運動，以使機械臂3能夠?qū)⒐ぞ哳^組件2中的工具頭精確定位至相應(yīng)位置，上述機械臂3可以優(yōu)選為多臂結(jié)構(gòu)，從而通過多個相互連接的單臂，以進行多個不同方向的移動。

更進一步地，為了使手術(shù)機器人能夠適應(yīng)更多不同的手術(shù)情況，例如骨科微創(chuàng)手術(shù)，上述工具頭組件2還可以包括：微創(chuàng)骨科手術(shù)工具頭，從而通過微創(chuàng)骨科手術(shù)工具頭進行骨科微創(chuàng)手術(shù)。當然，還可以包括其它工具頭，具體情況可以根據(jù)手術(shù)情況而定。

下面對使用本實用新型實施例提供的基于生物3D打印技術(shù)的切割修復(fù)一體化手術(shù)機器人進行的手術(shù)過程進行簡單說明。

主刀醫(yī)生手工切開患者手術(shù)區(qū)域的皮膚，暴露手術(shù)視場；通過控制器的控制界面選擇目標手術(shù)刀具(例如：手術(shù)刀具工具頭)；通過操作力反饋手柄控制手術(shù)刀具工具頭進行切割，打磨，鉆孔等操作(手術(shù)過程中的位置及角度信息，可由患者CT數(shù)據(jù)進行自動三維重建獲取并導(dǎo)航)；由主刀醫(yī)生手工安裝假體，骨釘，鈦板等植入體；由三維掃描工具頭掃描患者需要填補的缺損位置，獲取缺損部位的三維信息；由生物3D打印工具頭并使用骨科修復(fù)材料對需要填補的缺損部位進行網(wǎng)孔填充(填充部分的孔隙率等參數(shù)可由主刀醫(yī)生通過控制器進行參數(shù)設(shè)置)；主刀醫(yī)生縫合患者皮膚，結(jié)束手術(shù)。

本實用新型實施例提供的基于生物3D打印技術(shù)的切割修復(fù)一體化手術(shù)機器人，以多軸機器人為基礎(chǔ)，以多噴頭3D打印系統(tǒng)為核心，在骨科手術(shù)中能夠同步復(fù)合三維掃描與生物3D打印技術(shù)，對患者的骨骼缺損部位進行自動的三維填補和修復(fù)。

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、改進等，均應(yīng)包含在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。