控制用于在外科手术期间操纵患者的解剖结构的机器人系统的系统和方法技术方案

控制用于在外科手术期间操纵患者的解剖结构的机器人系统的系统和方法包括向解剖结构施力，以便由解剖结构生成响应。解剖结构的响应被测量并且解剖结构的特性基于该响应被计算。基于计算出的特性，器械相对于解剖结构被自主地控制。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利说明】控制用于在外科手术期间操纵患者的解剖结构的机器人系统 的系统和方法 对相关申请的交叉引用 本主题专利申请要求于2013年9月30日提交的美国临时专利申请No . 61/884，500 的优先权和所有权益，该申请通过引用被结合于此。
本专利技术一般而言涉及控制在外科手术期间用来治疗患者的解剖结构的机器人系 统的系统和方法。更具体而言，本专利技术的一个方面涉及基于解剖结构对施加在该解剖结构 上的力的响应来控制机器人系统。
技术介绍
医务人员，诸如医生，最近发现使用机器人系统执行外科手术的好处。这种机器人 系统通常包括可移动的臂。可移动的臂具有自由的远端，该远端能够以非常高的精度被定 位。手术器械被附连到臂的自由端。手术器械被设计为应用到手术部位。 在早期的机器人系统中，医务人员在手术支架中刚性地固定患者，由此在静态患 者坐标系中固定手术部位。但是，最近的机器人系统采用允许患者的轻微运动的手术支架。 从而，现代手术支架不在静态患者坐标系中刚性地固定手术部位。 允许手术部位的运动的一个缺点是，在机器人系统的自主操作期间，手术部位过 于松散地被固定的可能性。在这种情况下，机器人系统的位置控制回路不断尝试到达手术 部位处的目标，而同时又不断地推目标使其不可及。其结果是，手术器械在手术部位不准确 地定位，由此增加了外科手术不必要的延迟。 从而，期望开发一种机器人系统，该系统可以补偿这些状况或完全预防这些状况。
技术实现思路
在一种实施例中，提供了用于在外科手术期间操纵患者的解剖结构的机器人系 统。施力设备被配置为向解剖结构施力，以便由解剖结构生成响应。响应测量设备被配置为 测量解剖结构的响应。解剖结构具有特性并且控制器被配置为基于响应计算解剖结构的特 性。器械被配置为操纵解剖结构。控制器基于计算出的特性相对于解剖结构自主地控制器 械。 在一种实施例中，提供了控制用于在外科手术期间操纵患者的解剖结构的机器人 系统的方法。解剖结构具有特性。机器人系统包括器械并被配置为自主地控制器械。该方法 包括向解剖结构施力，以便由解剖结构生成响应。解剖结构的响应被测量并且解剖结构的 特性基于该响应被计算。该方法还包括基于计算出的特性相对于解剖结构自主地控制器 械。 在另一种实施例中，提供了控制用于在外科手术期间操纵患者的解剖结构的机器 人系统的方法。解剖结构用支撑物固定并且机器人系统包括器械并被配置为自主地控制器 械。导航系统被配置为跟踪解剖结构和器械。该方法包括利用导航系统确定代表解剖结构 相对于支撑物移动的程度的数据。该方法还包括基于该数据相对于解剖结构自主地控制器 械。 本系统和方法解决其中，当器械自主地应用到解剖结构时，解剖结构移动的情况。 通过测量响应和计算解剖结构的特性，本系统和方法解释这种运动。有利的是，本系统和方 法能够基于计算出的特性相对于解剖结构自主地控制器械。通过基于计算出的解剖结构的 特性自主地控制器械，本系统和方法以来自医务人员的最小至无干预来解释解剖结构的运 动。此外，本系统和方法有利地解释解剖结构的特性，由此避免不断尝试到达在手术部位处 的目标，而同时又不断地推目标使其不可及的问题。作为替代，本系统和方法通过将解剖结 构的特性考虑在内来允许高效地到达在手术部位处的目标。从而，本系统和方法提供了在 外科手术过程中手术器械在手术部位处的更准确定位和减少的延迟。【附图说明】 本专利技术的优点将容易理解，因为通过在结合附图考虑时参考以下具体描述，这些 将变得更好理解，其中： 图1是机器人系统的透视图。 图2是机器人系统的示意图。 图3是用于控制机器人系统的方法的流程图。 图4是示出根据一种实施例、建议解剖结构的运动的通知的显示器的视图。 图5是示出根据另一实施例、建议解剖结构的运动的通知的显示器的视图。【具体实施方式】 公开了用于控制机器人系统执行外科手术的系统和方法。参照图1，示出了用于对 患者执行外科手术的机器人系统10。 在外科手术之前，医务人员可以收集患者的术前数据。术前数据可以来自X射线、 CT扫描、MRI或可以收集术前数据的任何其它方式。所收集的术前数据可以被保存并存储， 供机器人系统10使用。 在一种实施例中，患者在外科手术过程中被放在支撑台12上。支持台12具有固定 患者的解剖结构的支撑物或手术支架14。患者的解剖结构在图1中被识别为A。在一些实施 例中，解剖结构可以是股骨F和/或胫骨T。应当认识到的是，手术支架14可以以任何方式被 耦合到支撑台12。 在图1中，支撑台12包括具有轨道18的手术台16。手术支架14耦合到轨道18,使得 手术支架14可沿轨道18在台子16上移动。在外科手术期间，医务人员可以沿轨道18向前和 向后滑动手术支架14,以定位解剖结构。手术支架14可以锁定在轨道18中，使得手术支架14 处于固定的位置。例如，当解剖结构处于最佳位置时，手术支架14可以锁定在固定位置中。 合适的手术支架14的一种实施例在于2012年7月20日提交且标题为"Multi-Position Limb Holder"的美国专利申请No. 13/554,010中示出，该申请的全部内容通过引用被结合于此。 虽然手术支架14可以处于固定位置，但是解剖结构被放在手术支架14中，使得解 剖结构可以仍然相对于手术支架14移动。例如，解剖结构可以以一个或多个自由度相对于 手术支架14移动，包括多达六个自由度。反过来，解剖结构实际上是机器人系统10的动态构 件。还有，手术支架14被配置为以在力施加到解剖结构时限制解剖结构的总体或主要运动 的方式牢固地保持解剖结构，使得机器人系统1 〇能够治疗解剖结构。 机器人系统10包括可被用来操纵外科器械22以治疗解剖结构的操纵器20。操纵器 20的一种实施例在于2013年3月15日提交且标题为"Surgical Manipulator Capable of Controlling a Surgical Instrument in Multiple Modes"的美国临时专利申请Νο·61/ 792，251中描述，其全部内容通过引用被结合于此。 操纵器20包括推车24和一对从推车24延伸到远端的臂26。器械22被耦合到这对臂 26的远端。应当认识到的是，器械22可以以任何方式与操纵器20集成。在一种实施例中，器 械22包括从器械22延伸的能量施加器34。能量施加器34可以是超声波前端、牙钻，或者用于 执行外科手术的任何其它治疗设备。手术支架14 一般相对于操纵器20被固定。 操纵器20和器械22还可以具有一个或多个用于感测位置、力/扭矩等的传感器和/ 或编码器。传感器和编码器可以是本领域中已知的任何形式，以提供与操纵器20和器械22 关联的物理数据或其它类型数据。传感器的一种类型是力/扭矩传感器28,它能够检测施加 到器械22的力和扭矩。合适的力/扭矩传感器28的一种实施例在于2013年3月12日提交且标 题为"Force/Torque Transducer"的美国临时专利申请No.61/777,596中示出，其全部内容 通过引用被结合于此。 操纵器20还包括操纵器控制器30。操纵器控制器30与传感器和编码器(包括力/扭 矩传感器28)通信。操纵器控制器3本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种控制用于在外科手术期间操纵患者的解剖结构的机器人系统的方法，所述解剖结构被支撑物固定，并且机器人系统包括器械并被配置为自主地控制所述器械，并且导航系统被配置为跟踪解剖结构和器械，所述方法包括以下步骤：利用导航系统确定代表解剖结构相对于支撑物移动的程度的数据；及基于所述数据相对于解剖结构自主地控制器械。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：D·W·马拉克沃斯基，D·A·斯桃顿，
申请(专利权)人：史赛克公司，
类型：发明
国别省市：美国;US