外科手术机器人系统技术方案

本申请涉及一种外科手术机器人系统，其包括用于通过提供螺纹导管来辅助插入外科手术植入物的装置、系统和方法，所述螺纹导管构造成啮合螺纹外科手术器械，使得机器人的末端执行器可以提供力以将所述外科手术植入物驱动到患者体内。另外，装置、系统和方法涉及与机器人系统一起使用的扩张器系统，所述机器人系统允许对所述扩张器系统内的工具进行独立和单独的控制。

Surgical Robot System

【技术实现步骤摘要】
外科手术机器人系统相关申请的交叉参考本申请是2017年5月31日提交的第15/609,334号美国专利申请(公开为第2017/0258535号美国专利公开)的部分继续申请，所述第15/609,334号美国专利申请是2016年5月18日提交的第15/157,444号美国专利申请(公开为第2016-0256225号美国专利公开)的部分继续申请，所述第15/157,444号美国专利申请是2016年4月11日提交的第15/095,883号美国专利申请(公开为第2016-0220320号美国专利公开)的部分继续申请，所述第15/095,883号美国专利申请是2013年10月24日提交的第14/062,707号美国专利申请(公开为第2014-0275955号美国专利公开)的部分继续申请，所述第14/062,707号美国专利申请是2013年6月21日提交的第13/924,505号美国专利申请(现第9,782,229号美国专利)的部分继续申请，所述第13/924,505号美国专利申请要求2012年6月21日提交的第61/662,702号临时申请(到期)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(到期)的优先权，所有文献的全部内容出于所有目的以引用的方式并入本文中。
本公开涉及位置辨识系统，并且具体来说涉及在机器人辅助外科手术期间的末端执行器以及工具跟踪和操纵。
技术介绍
各种医疗程序需要将外科手术器械的三维(3D)位置精确定位在体内，以实现优化的治疗。例如，融合椎骨的一些外科手术需要外科医生在特定位置处将多个孔钻入骨结构中。为了在融合系统中实现高水平的机械完整性，并平衡骨结构中产生的力，必须在正确的位置钻孔。与大多数骨结构一样，椎骨具有复杂的形状，包含非平面的曲面，使得精确且垂直的钻孔变得困难。传统上，使用当前可用的系统和方法，外科医生通过使用引导系统手动固持和定位钻子导管，以将钻管的位置叠加到患者的解剖结构(例如，患者的骨结构)的三维图像上。这种手动过程既繁琐又耗时且容易出错。此外，手术是否可以被认为是成功的很大程度上取决于执行手术的外科医生的技巧。因此，需要使用机器人辅助手术来更精确地定位外科手术器械并且更准确地描绘这些器械相对于患者的解剖结构的位置。目前，可获得有限的外科手术机器人辅助。例如，某些系统允许使用者控制机器人致动器。这些系统将外科医生的总体移动转换为机器人致动器的微移动，以在进行手术时更准确地定位和稳定外科手术器械。虽然这些系统可以帮助消除手颤并且为外科医生提供通过小开口工作的改进的能力，如同当今市售的许多机器人，这些系统昂贵、突兀，并且需要相对于患者和使用者(例如，外科医生)对机器人进行麻烦的设置。此外，对于某些手术，例如胸腰椎椎弓根螺钉插入(thoracolumbarpediclescrewinsertion)，已知这些传统方法容易出错且繁琐。当前的系统具有许多缺点，包含但不限于这样的事实：一旦器械浸没在患者的一部分内，机械反馈的缺乏和/或视觉放置的损失可能妨碍外科手术器械的自主移动和精确放置。这些缺点使得现有的外科手术应用容易出错，从而在外科手术过程中对患者以及外科医生造成安全隐患。此外，当前的机器人辅助系统存在其它缺点。由于机器人臂的构造及其可以移动的方式，外科手术器械插入到患者体内的路径和角度(器械的轨迹)可能受到限制。例如，一些当前系统可能没有足够的运动或移动范围来将外科手术器械放置在理想地放置到患者体内的轨迹上和/或允许外科医生获得进行手术的最佳视图的位置。本公开克服了当前机器人辅助手术应用的缺点。例如，本公开允许在手术期间在开放式、经皮或微创手术(MIS)程序中精确定位解剖结构并定位外科手术器械或植入物。另外，本公开可以通过允许相对于术前计算机断层扫描(CT)扫描、术中CT扫描或者解剖结构的基于荧光透视/X射线的图像识别和参考刚性解剖结构来改进立体定向外科手术。此外，本公开可以将外科手术机器人臂与末端执行器、本地定位系统、动态参考基座和计划软件集成，以帮助外科医生以更准确和安全的方式执行医疗程序，从而减少当前机器人辅助系统和方法的容易出错的特征。另外，为了克服当前机器人辅助手术应用的其它缺点，本公开的一目标是使用机器人臂和末端执行器向例如螺钉和其它工具等外科手术工具提供实质的驱动力。这可以通过匹配末端执行器上的内螺纹和外科手术工具上的外螺纹来实现。使用螺纹的互锁力允许末端执行器在操作期间帮助将工具驱动到例如骨头等硬组织中。此外，为了克服当前机器人辅助手术应用的其它缺点，本公开的一目标是通过利用可附接到上述钻子的同心安装点来提供对例如扩张器等外科手术工具的两个或两个以上部件的单独精细控制。利用这些独立控制，外科医生可以在不影响工具的第二部分的位置的情况下压下或缩回工具的一个部分，且反之亦然。
技术实现思路
为了满足这个和其它需求、装置、系统和方法，本公开提供了一种外科手术机器人系统，其包含具有机器人基座的机器人、连接到机器人基座的机器人臂、连接到机器人臂的末端执行器、联接到末端执行器的导管，以及联接到导管的外科手术器械。机器人可以被配置为控制末端执行器的移动以执行给定的外科手术，导管可以具有内螺纹，且外科手术器械可以具有被配置为啮合内螺纹的外螺纹，且外科手术器械可以被配置为在与导管螺纹啮合的同时啮合外科手术植入物。本公开还提供一种用于外科手术机器人的扩张器系统，其包含外套管、至少部分地设置在外套管内的中心柄、至少部分地设置在外套管内的杆、设置在外套管内的外扩张器、设置在外扩张器内的内扩张器。中心柄可以构造成使中心销推进到骨中，杆可以构造成使内扩张器在中心销上方推进，并且外扩张器可以构造成在内扩张器上方推进。附图说明图1是外科手术过程期间机器人系统、患者、外科医生和其他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示出了根据示范性实施例的外科手术机器人的一部分；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在将外科手术器械插入到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到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，其具有刚性附连在其上的多个跟踪标记；图13C是根据一个实施例具有刚性附连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型式；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示出附连有仅单个跟踪标记的末端执行器的替代型式本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种外科手术机器人系统，其包括：机器人，其具有机器人基座、联接到所述机器人基座的机器人臂、联接到所述机器人臂的末端执行器、联接到所述末端执行器的导管，以及联接到所述导管的外科手术器械，其中所述机器人被配置为控制所述末端执行器的移动以执行给定的外科手术，其中所述导管具有内螺纹，并且所述外科手术器械具有外螺纹，所述外螺纹构造成与所述内螺纹啮合，以及其中所述外科手术器械构造成在与所述导管螺纹啮合的同时啮合外科手术植入物。

【技术特征摘要】
2018.01.29 US 15/881,9711.一种外科手术机器人系统，其包括：机器人，其具有机器人基座、联接到所述机器人基座的机器人臂、联接到所述机器人臂的末端执行器、联接到所述末端执行器的导管，以及联接到所述导管的外科手术器械，其中所述机器人被配置为控制所述末端执行器的移动以执行给定的外科手术，其中所述导管具有内螺纹，并且所述外科手术器械具有外螺纹，所述外螺纹构造成与所述内螺纹啮合，以及其中所述外科手术器械构造成在与所述导管螺纹啮合的同时啮合外科手术植入物。2.根据权利要求1所述的系统，其中所述外科手术器械是螺丝刀。3.根据权利要求2所述的系统...

【专利技术属性】
技术研发人员：N·R·克劳福德，N·约翰逊，N·狄奥多尔，
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