外科手术机器人系统及用于该系统的牵开器技术方案

本申请涉及一种外科手术机器人系统及用于该系统的牵开器。该系统包含：机器人，其具有机器人底座和联接到所述机器人底座的机器人臂；以及外科手术牵开器。该牵开器包含牵开器框架、联接器、叶片、力和/或扭矩传感器以及力和/或扭矩反馈确定单元。牵开器框架包含可平移地和/或可枢转地连接到所述牵开器框架的臂。所述联接器将所述牵开器框架可拆卸地附接到所述机器人臂。所述叶片各自联接到所述臂中的一个的远侧端且远离所述远侧端延伸。所述力和/或扭矩传感器连接到所述叶片且指示因与外科手术部位的材料接触而施加到所述叶片的力和/或扭矩的量。所述力和/或扭矩反馈确定单元基于所述指示来确定施加到所述叶片的力和/或扭矩的所述量。

Surgical Robot System and Retractor for the System

The present application relates to a surgical robot system and a retractor for the system. The system includes: a robot with a robot base and a robot arm connected to the robot base; and a surgical retractor. The retractor comprises a retractor frame, a connector, a blade, a force and/or torque sensor, and a force and/or torque feedback determination unit. The retractor frame includes arms that are translatably and/or pivotally connected to the retractor frame. The connector detachably attaches the retractor frame to the robot arm. The blades are respectively connected to a distal end of one of the arms and extend away from the distal end. The force and/or torque sensor is connected to the blade and indicates the amount of force and/or torque applied to the blade due to material contact with the surgical site. The force and/or torque feedback determining unit determines the amount of force and/or torque applied to the blade based on the indication.

【技术实现步骤摘要】
外科手术机器人系统及用于该系统的牵开器相关申请的交叉引用本申请是2017年5月31日提交的第15/609,334号美国专利申请的部分继续申请，其是2016年5月18日提交的第15/157,444号美国专利申请的部分继续申请，是2016年4月11日提交的第15/095,883号美国专利申请的部分继续申请，是2013年10月24日提交的第14/062,707号美国专利申请的部分继续申请，是2013年6月21日提交的第13/924,505号美国专利申请的部分继续申请，其要求2012年6月21日提交的第61/662,702号临时申请的优先权且要求2013年3月15日提交的第61/800,527号临时申请的优先权，出于所有目的所有申请的全部内容以引用的方式并入本文中。
本公开涉及位置识别系统，并且具体涉及在机器人辅助外科手术期间的末端执行器和工具跟踪和操纵。
技术介绍
用于机器人辅助外科手术的位置辨识系统用于以三维(3D)方式确定特定对象的位置且跟踪特定对象。举例来说，在机器人辅助外科手术中，例如当机器人或医生定位和移动器械时，需要高度精确地跟踪某些对象，例如外科手术器械。基于红外信号的位置识别系统可以使用无源和/或有源传感器或标记来跟踪对象。在无源传感器或标记中，待跟踪的对象可包含无源传感器，例如反射球形球，其位于待跟踪对象上的策略位置。红外发射器发射信号，且反射球形球反射信号以帮助确定对象在3D中的位置。在有源传感器或标记中，待跟踪的对象包含有源红外发射器，如发光二极管(lightemittingdiode，LED)，并因此产生它们自己的用于3D检测的红外信号。利用有源或无源跟踪传感器，系统然后基于来自以下一个或多个或与以下一个或多个相关的信息，在几何上分辨有源和/或无源传感器的三维位置：红外相机、数字信号、有源或无源传感器的已知位置、距离、其接收响应信号所花费的时间、其它已知变量或其组合。这些外科手术系统可因此利用位置反馈来精确地引导机器人臂和工具相对于患者的外科手术部位的移动。然而，这些系统可能缺乏力和扭矩反馈，其可在外科手术程序期间限制其效果。
技术实现思路
为了满足这个和其它需要，公开在机器人辅助外科手术期间提供力和/扭矩反馈的外科手术牵开器和相关的外科手术系统。本公开的一些实施例涉及用于外科手术机器人系统的外科手术牵开器。外科手术牵开器包含牵开器框架、联接器、多个叶片以及力和/或扭矩传感器。牵开器框架包含多个臂，所述多个臂可平移地和/或可枢转地连接到框架。联接器配置成将牵开器框架可拆卸地附接到外科手术机器人系统的机器人臂。所述叶片各自联接到所述臂中的一个的远侧端且远离所述臂中的一个的远侧端延伸。力和/或扭矩传感器连接到所述叶片且配置成提供因与外科手术部位的材料接触而施加到所述叶片中的至少一个的力和/或扭矩的量的指示。本公开的某一其它实施例涉及外科手术机器人系统，其包含：机器人，其具有机器人底座和联接到机器人底座的机器人臂；以及外科手术牵开器。外科手术牵开器包含牵开器框架、联接器、多个叶片、力和/或扭矩传感器以及力和/或扭矩反馈确定单元。牵开器框架包含多个臂，所述多个臂可平移地和/或可枢转地连接到牵开器框架。联接器配置成将所述牵开器框架可拆卸地附接到所述机器人臂。所述叶片各自联接到所述臂中的一个的远侧端且远离所述臂中的一个的远侧端延伸。力和/或扭矩传感器连接到所述叶片且配置成提供因与外科手术部位的材料接触而施加到所述叶片中的至少一个的力和/或扭矩的量的指示。所述力和/或扭矩反馈确定单元配置成感测由所述力和/或扭矩传感器提供的所述指示，且基于所述指示来确定施加到所述叶片中的所述至少一个的力和/或扭矩的所述量。在审阅以下图式和详细描述之后，本领域的技术人员将显而易见根据本专利技术主题的实施例的其它外科手术牵开器和相关的外科手术系统以及对应方法和计算机程序产品。希望所有此类额外外科手术牵开器和相关的外科手术系统以及对应方法和计算机程序产品包含在本说明书内，在本专利技术主题的范围内，且受所附权利要求书保护。此外，希望本文中所公开的所有实施例可单独地实施或者以任何方式和/或组合而组合。附图说明为了提供对本公开的进一步理解而提供且并入在本申请的一部分中并构成本申请案的一部分的附图说明了本专利技术概念的某些非限制性实施例。在附图中：图1是外科手术过程期间机器人系统、患者、外科医生和其它医务人员的位置的潜在布置的俯视图；图2示出了根据一个实施例的包含外科手术机器人和相机相对于患者的定位的机器人系统；图3示出了根据示范性实施例的外科手术机器人系统；图4示出根据示范性实施例的外科手术机器人的部分；图5示出了根据示范性实施例的外科手术机器人的框图；图6示出了根据示范性实施例的外科手术机器人；图7A到7C示出了根据示范性实施例的末端执行器；图8示出了根据一个实施例的在将外科手术器械插入末端执行器的导管中之前和之后的外科手术器械和末端执行器；图9A到9C示出了根据示范性实施例的末端执行器和机器人臂的部分；图10示出了根据示范性实施例的动态参考阵列、成像阵列和其它部件；图11示出了根据示范性实施例的配准方法；图12A-12B示出了根据示范性实施例的成像装置的实施例；图13A示出了根据示范性实施例的包含机器人臂和末端执行器的机器人的一部分；图13B是图13A所示的末端执行器的特写视图，其具有刚性固定在其上的多个跟踪标记；图13C是根据一个实施例的具有刚性固定在其上的多个跟踪标记的工具或器械；图14A是在第一配置中具有可移动跟踪标记的末端执行器的替代性版本；图14B是在第二配置中具有可移动跟踪标记的图14A中示出的末端执行器；图14C示出来自图14A的第一配置中的跟踪标记的模板；图14D示出来自图14B的第二配置中的跟踪标记的模板；图15A示出仅附着有单个跟踪标记的末端执行器的替代性版本；图15B示出具有穿过导管安置的仪器的图15A的末端执行器；图15C示出图15A的末端执行器，其具有在两个不同位置中的仪器，和用以确定仪器是否定位于导管内或导管外部的所得逻辑；图15D示出具有两个不同框架处的导管中的仪器的图15A的末端执行器，和所述末端执行器离导管上的单个跟踪标记的相对距离；图15E关于坐标系示出图15A的末端执行器；图16是用于将机器人的末端执行器导航并移动到期望目标轨迹的方法的框图；图17A到17B分别描绘用于将具有固定和可移动跟踪标记的可膨胀植入物插入于收缩和膨胀位置中的仪器；图18A到18B分别描绘用于将具有固定和可移动跟踪标记的铰接式植入物插入于插入位置和成角位置中的仪器；图19A描绘具有可互换或替代性末端执行器的机器人的实施例；且图19B描绘具有联接到其的仪器样式末端执行器的机器人的实施例；图20说明具有机器人臂的外科手术机器人系统，所述机器人臂具有牵开器末端执行器，所述牵开器末端执行器具有根据一些实施例配置的力和/或扭矩传感器和响应组件；图21A到21B说明根据一个实施例配置的双叶片牵开器末端执行器的运动；图22A到22B说明根据一个实施例配置的三叶片牵开器末端执行器的运动；图23说明根据一个实施例的图20的外科手术机器人系统的部分，所述外科手术机器人系统具有相机系统和配置成感测施加到牵开器的力和/或扭矩的响应组件；图本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于外科手术机器人系统的外科手术牵开器，所述外科手术牵开器包括：牵开器框架，其包括可平移地和/或可枢转地连接到所述牵开器框架的多个臂；联接器，其配置成将所述牵开器框架可拆卸地附接到所述外科手术机器人系统的机器人臂；多个叶片，各自联接到所述臂中的一个的远侧端且远离所述远侧端延伸；以及力和/或扭矩传感器，其连接到所述叶片且配置成提供因与外科手术部位的材料接触而施加到所述叶片中的至少一个的力和/或扭矩的量的指示。

【技术特征摘要】
2017.11.10 US 15/809,0341.一种用于外科手术机器人系统的外科手术牵开器，所述外科手术牵开器包括：牵开器框架，其包括可平移地和/或可枢转地连接到所述牵开器框架的多个臂；联接器，其配置成将所述牵开器框架可拆卸地附接到所述外科手术机器人系统的机器人臂；多个叶片，各自联接到所述臂中的一个的远侧端且远离所述远侧端延伸；以及力和/或扭矩传感器，其连接到所述叶片且配置成提供因与外科手术部位的材料接触而施加到所述叶片中的至少一个的力和/或扭矩的量的指示。2.根据权利要求1所述的外科手术牵开器，其中所述力和/或扭矩传感器包括：至少一个柔性构件，其连接于所述叶片与所述臂之间，允许在所述叶片与所述臂之间的弹性移动；以及多个跟踪标记，所述跟踪标记中的至少一个连接到所述臂和所述叶片中的每一个，其中所述跟踪标记配置成允许其相对定向被所述外科手术机器人系统的位置跟踪组件跟踪。3.根据权利要求2所述的外科手术牵开器，其中所述至少一个柔性构件包括：转动接头，其配置成将运动约束于所述叶片与所述臂之间的一个自由度旋转，所述转动接头包括扭转弹簧，所述扭转弹簧配置成弹性地抵抗所述叶片相对于所述臂的旋转。4.根据权利要求2所述的外科手术牵开器，其中所述至少一个柔性构件包括：棱形接头，其配置成将运动约束于所述叶片与所述臂之间的线性滑动，所述棱形接头包括在所述叶片与所述臂之间延伸的弹簧，所述弹簧弹性地抵抗所述叶片与所述臂之间的线性滑动。5.根据权利要求2所述的外科手术牵开器，其中所述至少一个柔性构件包括：多轴接头，其配置成沿着多个正交轴约束所述叶片与所述臂之间的运动，所述多轴接头包括在所述叶片与所述臂之间延伸的弹簧，所述弹簧沿着所述正交轴弹性地抵抗所述叶片与所述臂之间的移动。6.根据权利要求2所述的外科手术牵开器，其中所述至少一个柔性构件包括：至少一个弹簧，其在所述叶片与所述臂之间延伸，弹性地抵抗所述叶片与所述臂之间的移动。7.根据权利要求1所述的外科手术牵开器，其中所述力和/或扭矩传感器包括：多个应变计，其连接到所述叶片以测量所述叶片中的应变；以及联接器，其配置成从所述应变计朝向所述外科手术机器人系统的力和/或扭矩反馈确定单元提供信号。8.根据权利要求7所述的外科手术牵开器，其中所述应变计在所述叶片的中间与远离所述臂的端部之间的位置处连接到所述叶片。9.根据权利要求7所述的外科手术牵开器，其中所述联接器包括：应变计驱动器电路，其配置成为所述应变计供能以输出应变信号；模/数转换器，其配置成将所述应变信号转换成数字数据；以及无线发射器电路，其配置成通过无线空中接口朝向所述外科手术机器人系统的无线接收器电路发射所述数字数据。10.根据权利要求1所述的外科手术牵开器，其进一步包括：至少一个发光二极管(LED)装置，其连接到所述牵开器框架；以及联接器，其配置成从所述外科手术机器人系统的控制接口单元接收LED激活信号且将所述LED激活信号提供到所述至少一个LED装置。11.根据权利要求1所述的外科手术牵开器，其进一步包括：显示装置，其连接到所述牵开器框架；以及联接器，其配置成从所述外科手术机器人系统的控制接口单元接收显示信号且将所述显示信号提供到所述显示装置。12.一种外科手术机器人系统，其包括：机器人，其具有机器人底座和耦合到所述机器人底座的机器人臂；外科手术牵开器，其包括：牵开器框架，其包括可平移地和/或可枢转地连接到所述牵开器框架的多个臂；联接器，其配置成将所述牵开器框架可拆卸地附接到所述机器人臂；多个叶片，各自联接到所述臂中的一个的远侧端且远离所述远侧端延伸；以及力和/或扭矩传感器，其连接到所述叶片且配置成提供因与外科手术部位的材料接触而施加到所述叶片...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·弗里德里克，N·R·克劳福德，K·张，S·乔许，N·约翰逊，W·希利，
申请(专利权)人：格罗伯斯医疗有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US