用于在患者的解剖结构上安放假体组件的手术系统包括构造成啮合假体组件的手术工具、构造成向手术工具提供至少一些力的力系统和经过编程以比较假体组件的目标姿态与由手术工具啮合的假体组件的实际姿态并且产生使力系统允许手术工具在移动范围内移动并提供触觉反馈以限制使用者手动移动手术工具超出移动范围的能力的控制信号的控制器。触觉反馈阻止使用者移动手术工具，所述移动会引起在假体组件实际姿态的至少一个方面与假体组件目标姿态的相应方面之间出现实质性偏差。控制器经过编程以产生使力系统在使用者的解剖结构上植入假体组件时维持触觉反馈的控制信号。
【技术实现步骤摘要】
【专利说明】用于安放假体组件和/或限制手术工具移动的手术系统 本案是国际申请日为2010年9月29日、国际申请号为PCT/US2010/050740、专利技术 名称为"用于安放假体组件和/或限制手术工具移动的手术系统"、中国国家阶段申请号为 201080051940. 3的中国专利技术专利申请的分案申请。 相关专利申请的交叉参考 本申请要求2009年10月1日提交的美国临时专利申请No. 61/278, 066 ;2010年 3月4日提交的美国临时专利申请N〇.61/339,460 ;2010年3月9日提交的美国临时专利 申请No. 61/339,756 ;和2010年8月9日提交的美国临时专利申请No. 61/401,209的优先 权，各申请以引用的方式整体并入本文。 专利技术背景 专利
本专利技术大体涉及机器人系统，并且更具体地说涉及用于整形外科关节置换手术的 手术系统。 相关技术的描述 在需要高准确度和/或精确度的应用中，如在手术程序或其它复杂任务中，常使 用机器人系统。这类系统可包括各种类型的机器人，如自主、遥控操作和交互式机器人。 对于一些类型的手术如关节置换手术来说，交互式机器人系统是优选的，因为其 使得外科医生能够保持对手术程序的直接亲自控制，同时仍能达成高准确度和/或精确 度。例如，在膝关节置换手术中，外科医生可以被动方式使用触觉指导的交互式机器人臂来 雕凿骨以接纳关节植入物，如膝关节植入物。为了雕凿骨，外科医生用手抓握并操纵机器人 臂来移动耦合于机器人臂的切削工具（如磨锥），以在骨中切削出口袋（pocket)。只要外 科医生将磨锥的尖端保持在由例如触觉物体限定的预定虚拟切削边界以内，那么机器人臂 就将以低摩擦和低惯性自由移动，使得外科医生感觉机器人臂仿佛基本上没有重量一般并 且可以根据需要移动机器人臂。然而，如果外科医生试图移动磨锥尖端以在虚拟切削边界 以外切削，那么机器人臂就将提供触觉（或力）反馈以阻止或抑制外科医生将磨锥尖端移 动超出虚拟切削边界。以此方式，机器人臂能够获得高度准确、可重复的骨切口。当外科医 生在相应骨切口上手动植入膝关节植入物（如髌股组件）时，植入物通常将因切削骨与膝 关节植入物的构造和其间的界面而准确地对准。 尽管上述交互式机器人系统适用于膝关节置换手术，但其并不最适于如髋关节置 换手术等手术类型，所述手术需要使用具有不同功能（例如扩孔、冲击）、不同构造（例如 笔直、偏心）和不同重量的多种手术工具。设计成适应多种工具的系统可能过于复杂并且 需要多种末端执行器，而且在手术程序期间移除和附接不同类型的工具到机器人臂上可能 增加执行程序的时间。另外，在髋关节置换手术中，除了保持适当的切削边界外，手术工具 和植入物的角取向也是重要的。例如，在常规髋关节置换手术中，外科医生使用半球形扩孔 器重整患者髋白的表面，所述髋白为骨盆中的杯状关节窝。接着，将相应杯状植入物（髋臼 杯）附接于冲击器工具的远端。外科医生通过用木槌重复击打冲击器工具的近端将髋臼杯 植入经过扩孔的关节窝中。经过扩孔的关节窝和所植入的髋白杯两者的角取向是重要的， 因为错误的个别和/或相对取向会导致髋臼杯不能与患者髋臼解剖结构的适当型式和倾 斜角对准。未对准可能导致手术后问题，包括关节脱位、在股骨的最大运动范围时股骨撞击 髋臼杯和髋白杯因股骨头与髋白杯界面的不当负荷而加速磨损。对准对于维持正确的腿长 和内偏/外偏也是重要的。最终，髋白杯冲击至经过扩孔的关节窝中产生高冲击力，其可能 会损坏设计用来进行高准确度和/或精确度操作的机器人臂。 鉴于上述内容，对改良的机器人手术系统和其组件存在需要。 概述 根据本专利技术的一方面，用于在患者的解剖结构上安放假体组件的手术系统包括构 造成啮合假体组件的手术工具、构造成向手术工具提供至少一些力的力系统和经过编程以 比较假体组件的目标姿态与由手术工具啮合的假体组件的实际姿态并且产生使力系统允 许手术工具在移动范围内移动并提供触觉反馈以限制使用者手动移动手术工具超出移动 范围的能力的控制信号的控制器。触觉反馈阻止使用者移动手术工具，所述移动会引起在 假体组件实际姿态的至少一个方面与假体组件目标姿态的相应方面之间出现实质性偏差。 控制器经过编程以产生使力系统在使用者在解剖结构上植入假体组件时维持触觉反馈的 控制信号。 根据另一方面，手术系统包括构造成耦合至切削元件的手术工具、构造成对手术 工具提供至少一些力的力系统和经过编程以产生使力系统在切削元件为第一切削元件时 对手术工具的使用者手动移动提供第一限制并在切削元件为第二切削元件时对手术工具 的使用者手动移动提供不同于第一限制的第二限制的控制信号。 附图简述 并入并构成本说明书的一部分的随附图式说明本专利技术的实施方案并且结合描述 用于说明的本专利技术的各方面。 图IA是股骨和骨盆的透视图。 图IB是由图IA的股骨和骨盆形成的髋关节的透视图。 图2A是用于全髋关节置换程序的股骨组件与髋白组件的分解透视图。 图2B是说明分别与图IA的股骨与骨盆相关的图2A的股骨组件与髋臼组件置换 的透视图。 图3A是手术系统的一个实施方案的透视图。 图3B是图3A的手术系统的机器人臂的一个实施方案的透视图。 图4A是与操作构件的一个实施方案耦合的末端执行器的一个实施方案的透视 图。 图4B是图4A的末端执行器和操作构件的剖面图。 图4C是图4A的操作构件的轴干的透视图。 图4D是图4C的轴干沿线N-N所取的剖面图。 图5A是图4A的末端执行器的耦合装置的一个实施方案处于释放位置的剖面图。 图5B是图5A的耦合装置处于连接位置的剖面图。 图5C是图4A的末端执行器的接纳部分的一个实施方案的透视图。 图是图5A的耦合装置的锁紧构件的一个实施方案的透视图。 图5E是图5A的耦合装置的滑动构件的透视图。 图6A是与操作构件的另一实施方案耦合的图4A的末端执行器的透视图。 图6B是图6A的末端执行器和操作构件的剖面图。 图6C是图6A的操作构件的轴干的透视图。 图7A是与操作构件的另一实施方案耦合的图4A的末端执行器处于固定位置的剖 面图。 图7B是图7A的末端执行器和操作构件处于开离位置的剖面图。 图8A是图7A的末端执行器的耦合装置处于释放位置的剖面图。 图8B是图8A的耦合装置处于连接位置的剖面图。 图9A是与操作构件的另一实施方案耦合的图4A的末端执行器的透视图。 图9B是图9A的末端执行器和操作构件的剖面图。 图IOA说明外科医生如何握持图4A的末端执行器和操作构件用于对患者的髋臼 进行扩孔。 图IOB说明外科医生如何使用图7A的末端执行器和操作构件用于将髋臼杯冲击 进患者经过扩孔的髋臼中。 图11说明髋关节置换程序的步骤的一个实施方案。 图12是第一切削元件和第二切削元件的一个实施方案的剖面图。 图13A说明第一约束器的一个实施方案。 图13B说明第二约束器的一个实施方案。 图14A-14G说明在手术程序期间使用的电脑显示器的实施方案。 图15说明虚拟制动器的一个实施方案。 图16A说明松开的虚拟制动器的一个实施方案。 图16B说明啮合的虚拟制动器的一个实施方案。 图17A说明仪器连接的一个实施方案。 图17B说明图17A的仪器连接处于停放配置的一个实施本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种手术系统，其包括：手术工具，其构造成耦合于切削元件；力系统，其构造成对所述手术工具提供至少一些力；和控制器，其经过编程以产生使所述力系统执行以下操作的控制信号：当所述切削元件为第一切削元件时对使用者手动移动所述手术工具提供第一限制；和当所述切削元件为第二切削元件时对使用者手动移动所述手术工具提供不同于所述第一限制的第二限制。
【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：B·哈加格，H·坎克，A·莫泽斯，D·欧德尔马特，B·D·施米茨，
申请(专利权)人：马科外科公司，
类型：发明
国别省市：美国;US
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