本申請涉及康復(fù)醫(yī)療，特別是涉及一種神經(jīng)調(diào)控康復(fù)機器人系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、神經(jīng)退行性疾病和精神類疾病的臨床表現(xiàn)各異，導(dǎo)致仍缺乏有效的針對性治療和康復(fù)方案。近年來，研究發(fā)現(xiàn)，基于電、磁、光、聲等手段開發(fā)的新型神經(jīng)調(diào)控技術(shù)，可以有效地治療或緩解各類藥物難治性精神類疾病的臨床癥狀。目前已有紅外光學(xué)導(dǎo)航定位的機器人輔助系統(tǒng)。治療前，醫(yī)生在病人頭部及機械臂上固定紅外反射小球。系統(tǒng)發(fā)射紅外光，被小球反射后捕捉，計算時間和角度確定三維位置。機器人輔助定位神經(jīng)調(diào)控刺激器至目標區(qū)域完成刺激。

2、然而現(xiàn)有的系統(tǒng)存在以下問題：1)現(xiàn)有系統(tǒng)應(yīng)用效果差，臨床與實驗誤差大，復(fù)現(xiàn)能力弱；2)紅外光學(xué)導(dǎo)航系統(tǒng)受環(huán)境干擾，對光學(xué)要求高，存在遮擋現(xiàn)象，導(dǎo)致定位丟失，患者佩戴標志物不適，晃動大，配準精度低；3)導(dǎo)航機器人系統(tǒng)多源自工業(yè)機器人技術(shù)移植，安全性關(guān)注不足，結(jié)構(gòu)大，不適合狹小空間，空間靈巧度和定位精度低，難以覆蓋全腦刺激目標區(qū)域；4)不可達目標區(qū)域需人工定位導(dǎo)航，耗時費力；5)刺激器類型受限，無法擴展以滿足不同調(diào)控需求。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本申請的目的是提供一種神經(jīng)調(diào)控康復(fù)機器人系統(tǒng)，能夠提高治療的精確性和有效性。

2、為實現(xiàn)上述目的，本申請?zhí)峁┝巳缦路桨福?/p>

3、第一方面，本申請?zhí)峁┝艘环N神經(jīng)調(diào)控康復(fù)機器人系統(tǒng)，包括：

4、所述硬件結(jié)構(gòu)包括：主體臺車和雙目攝像頭定位裝置；

5、所述主體臺車上設(shè)有用于固定調(diào)控刺激器的醫(yī)療協(xié)作機器人；所述醫(yī)療協(xié)作機器人的末端設(shè)置有用于固定調(diào)控刺激器的快拆結(jié)構(gòu)；所述主體臺車上還設(shè)有人機交互顯示屏；所述雙目攝像頭定位裝置用于實時捕捉患者的位置和姿態(tài)信息。

6、所述軟件部分包括：主控模塊、康復(fù)策略生成模塊、通訊模塊、定位程序控制模塊和機器人控制模塊。

7、所述主控模塊通過通信模塊與定位程序控制模塊、機器人控制模塊建立實時的通信連接；所述定位程序控制模塊用于控制醫(yī)療協(xié)作機器人對患者的神經(jīng)調(diào)控靶點進行定位；所述機器人控制模塊用于基于動作指令控制醫(yī)療協(xié)作機器人發(fā)生動作。

8、所述康復(fù)策略生成模塊用于根據(jù)患者信息，生成特定的康復(fù)策略。

9、可選的，所述康復(fù)策略生成模塊，具體包括：腦影像數(shù)據(jù)預(yù)處理子模塊、調(diào)控靶點計算子模塊和調(diào)控方案預(yù)裝載子模塊。

10、所述腦影像數(shù)據(jù)預(yù)處理子模塊，用于：對患者的腦影像數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)處理，得到處理后的腦影像數(shù)據(jù)；所述數(shù)據(jù)處理包括：基于腦影像數(shù)據(jù)中的彌散加權(quán)影像，將腦影像數(shù)據(jù)中的病灶圖像通過線性變換配準至mni標準空間以及對腦影像數(shù)據(jù)中的靜息態(tài)功能磁共振影像進行標準化處理。

11、所述調(diào)控靶點計算子模塊，用于基于處理后的腦影像數(shù)據(jù)，對彌散加權(quán)影像和靜息態(tài)功能磁共振影像進行分析，得到患者腦網(wǎng)絡(luò)中的功能和結(jié)構(gòu)失聯(lián)區(qū)域，并基于失聯(lián)區(qū)域確定所述患者的神經(jīng)調(diào)控靶點位置。

12、所述調(diào)控方案預(yù)裝載子模塊，用于根據(jù)所述患者的病情和神經(jīng)調(diào)控靶點位置，從預(yù)裝載的調(diào)控方案庫中選擇匹配的調(diào)控方案；所述調(diào)控方案是根據(jù)神經(jīng)調(diào)控技術(shù)、調(diào)控參數(shù)設(shè)置、應(yīng)用場景、適用癥狀、靶點位置和刺激參數(shù)構(gòu)成的。

13、可選的，所述通訊模塊的通信方式包括websocket和http；所述通訊模塊的信息傳輸方式包括圖像數(shù)據(jù)和json格式的字符串數(shù)據(jù)。

14、可選的，所述定位程序控制模塊，具體包括：攝像頭參數(shù)配置子模塊、光學(xué)標志物校準子模塊和定位效果驗證子模塊。

15、所述攝像頭參數(shù)配置子模塊，用于對攝像頭進行初始化和參數(shù)設(shè)置；所述參數(shù)配置包括分辨率、幀率、曝光時間、焦距參數(shù)的配置。

16、所述光學(xué)標志物校準子模塊，用于基于圖像處理算法，識別和跟蹤光學(xué)標志物的位置，并使用人臉點云配準算法將光學(xué)標志物的位置與患者的腦部影像數(shù)據(jù)進行配準。

17、所述定位效果驗證子模塊，用于對配準的結(jié)果進行驗證和調(diào)整。

18、可選的，所述機器人控制模塊，具體包括：運動仿真子模塊、運動控制子模塊和負載/力傳感器校準子模塊。

19、所述運動仿真子模塊，用于通過三維建模技術(shù)，加載患者和康復(fù)設(shè)備的三維模型，并構(gòu)建與實際治療環(huán)境一致的虛擬場景；根據(jù)定位程序控制模塊的目標位置，規(guī)劃機器人的運動軌跡。

20、所述運動控制子模塊，用于將運動仿真子模塊中生成的運動路徑和參數(shù)轉(zhuǎn)化為實際的操作指令，控制機器人執(zhí)行預(yù)定的動作。

21、所述負載/力傳感器校準子模塊，用于對醫(yī)療協(xié)作機器人采用的六維力和力矩傳感器進行靜態(tài)標定，測量和校準負載的重心位置和力矩參數(shù)。

22、可選的，還包括：人機交互界面模塊；所述人機交互界面模塊用于查看調(diào)控過程中的各種數(shù)據(jù)和反饋信息。

23、可選的，所述雙目攝像頭定位裝置的底部設(shè)置有四個可旋轉(zhuǎn)輪子；雙目攝像頭安裝在一個可伸縮的支架上，所述支架的一端設(shè)置有俯仰角調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)，所述俯仰角調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)與雙目攝像頭連接。

24、可選的，所述醫(yī)療協(xié)作機器人擁有六個自由度；所述六個自由度包括：x軸平移、y軸平移、z軸平移、x軸旋轉(zhuǎn)、y軸旋轉(zhuǎn)和z軸旋轉(zhuǎn)。

25、可選的，所述快拆結(jié)構(gòu)的一端固定在醫(yī)療協(xié)作機器人的機械臂末端，所述機械臂末端有四個m6的螺絲孔，所述快拆結(jié)構(gòu)的一端通過四個m6的螺絲固定到所述機械臂末端；所述快拆結(jié)構(gòu)的另一端設(shè)置有一個定位孔、橫桿和四根立柱；四根立柱通過四個m4的螺絲與調(diào)控刺激器連接，調(diào)控刺激器的連接部分還包括一個彈簧卡扣和定位孔，將調(diào)控刺激器的連接部分的定位孔與快拆結(jié)構(gòu)的定位孔對齊，通過橫桿，使彈簧卡扣固定在快拆結(jié)構(gòu)。

26、可選的，所述人機交互顯示屏為能夠沿z軸進行360度旋轉(zhuǎn)的顯示屏。

27、根據(jù)本申請?zhí)峁┑木唧w實施例，本申請公開了以下技術(shù)效果：

28、本申請?zhí)峁┝艘环N神經(jīng)調(diào)控康復(fù)機器人系統(tǒng)，硬件結(jié)構(gòu)由主體臺車和雙目攝像頭定位裝置組成。主體臺車上安裝有醫(yī)療協(xié)作機器人，用于固定調(diào)控刺激器，并且該機器人的末端配備有快拆結(jié)構(gòu)以便于調(diào)控刺激器的更換。此外，主體臺車上還設(shè)有用于人機交互的顯示屏。雙目攝像頭定位裝置負責(zé)實時捕捉患者的位置和姿態(tài)信息。軟件部分則包括主控模塊、康復(fù)策略生成模塊、通訊模塊、定位程序控制模塊和機器人控制模塊。主控模塊通過通訊模塊與定位程序控制模塊、機器人控制模塊建立實時通信連接。定位程序控制模塊的作用是控制醫(yī)療協(xié)作機器人對患者的神經(jīng)調(diào)控靶點進行精確的定位。機器人控制模塊則負責(zé)根據(jù)動作指令控制醫(yī)療協(xié)作機器人的動作?？祻?fù)策略生成模塊根據(jù)患者的具體信息，生成個性化的康復(fù)策略?；诒旧暾?zhí)峁┑南到y(tǒng)能夠提高治療的精確性和有效性。

技術(shù)特征：

1.一種神經(jīng)調(diào)控康復(fù)機器人系統(tǒng)，其特征在于，包括：硬件結(jié)構(gòu)和軟件部分；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種神經(jīng)調(diào)控康復(fù)機器人系統(tǒng)，其特征在于，所述康復(fù)策略生成模塊具體包括：腦影像數(shù)據(jù)預(yù)處理子模塊、調(diào)控靶點計算子模塊和調(diào)控方案預(yù)裝載子模塊；

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種神經(jīng)調(diào)控康復(fù)機器人系統(tǒng)，其特征在于，所述通訊模塊的通信方式包括websocket和http；所述通訊模塊的信息傳輸方式包括圖像數(shù)據(jù)和json格式的字符串數(shù)據(jù)。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種神經(jīng)調(diào)控康復(fù)機器人系統(tǒng)，其特征在于，所述定位程序控制模塊，具體包括：攝像頭參數(shù)配置子模塊、光學(xué)標志物校準子模塊和定位效果驗證子模塊；

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種神經(jīng)調(diào)控康復(fù)機器人系統(tǒng)，其特征在于，所述機器人控制模塊，具體包括：運動仿真子模塊、運動控制子模塊和負載/力傳感器校準子模塊；

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種神經(jīng)調(diào)控康復(fù)機器人系統(tǒng)，其特征在于，還包括：人機交互界面模塊；所述人機交互界面模塊用于查看調(diào)控過程中的各種數(shù)據(jù)和反饋信息。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種神經(jīng)調(diào)控康復(fù)機器人系統(tǒng)，其特征在于，所述雙目攝像頭定位裝置的底部設(shè)置有四個可旋轉(zhuǎn)輪子；雙目攝像頭安裝在一個可伸縮的支架上，所述支架的一端設(shè)置有俯仰角調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)，所述俯仰角調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)與雙目攝像頭連接。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種神經(jīng)調(diào)控康復(fù)機器人系統(tǒng)，其特征在于，所述醫(yī)療協(xié)作機器人擁有六個自由度；所述六個自由度包括：x軸平移、y軸平移、z軸平移、x軸旋轉(zhuǎn)、y軸旋轉(zhuǎn)和z軸旋轉(zhuǎn)。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種神經(jīng)調(diào)控康復(fù)機器人系統(tǒng)，其特征在于，所述快拆結(jié)構(gòu)的一端固定在醫(yī)療協(xié)作機器人的機械臂末端，所述機械臂末端有四個m6的螺絲孔，所述快拆結(jié)構(gòu)的一端通過四個m6的螺絲固定到所述機械臂末端；所述快拆結(jié)構(gòu)的另一端設(shè)置有一個定位孔、橫桿和四根立柱；四根立柱通過四個m4的螺絲與調(diào)控刺激器連接，調(diào)控刺激器的連接部分還包括一個彈簧卡扣和定位孔，將調(diào)控刺激器的連接部分的定位孔與快拆結(jié)構(gòu)的定位孔對齊，通過橫桿，使彈簧卡扣固定在快拆結(jié)構(gòu)。

10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種神經(jīng)調(diào)控康復(fù)機器人系統(tǒng)，其特征在于，所述人機交互顯示屏為能夠沿z軸進行360度旋轉(zhuǎn)的顯示屏。

技術(shù)總結(jié)
本申請公開了一種神經(jīng)調(diào)控康復(fù)機器人系統(tǒng)，涉及康復(fù)醫(yī)療技術(shù)領(lǐng)域，該系統(tǒng)包括硬件結(jié)構(gòu)和軟件部分硬件結(jié)構(gòu)含主體臺車與雙目攝像頭定位裝置；主體臺車搭載醫(yī)療協(xié)作機器人，末端設(shè)快拆結(jié)構(gòu)固定調(diào)控刺激器，并配人機交互顯示屏；雙目攝像頭定位裝置實時捕捉患者位置與姿態(tài)信息；軟件含主控、康復(fù)策略生成、通訊、定位程序控制、機器人控制模塊；主控模塊通過通信模塊與其他模塊建立實時連接；定位程序控制模塊負責(zé)醫(yī)療協(xié)作機器人對神經(jīng)調(diào)控靶點的定位；機器人控制模塊根據(jù)動作指令控制機器人動作。康復(fù)策略生成模塊根據(jù)患者信息生成康復(fù)策略?；诒旧暾?zhí)峁┑南到y(tǒng)能夠提高治療的精確性和有效性。

技術(shù)研發(fā)人員：劉濤,藍鑫隆,張爍,劉文勇,劉浩,周怡君,劉子陽
受保護的技術(shù)使用者：北京天航睿醫(yī)科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/21