在微创手术中优化可达性、工作空间和灵巧性的系统和方法技术方案

公开了用于量化手术机器人的工具取向中的误差的系统、方法和计算机程序产品。提供第一机械臂，其中机械臂包括外科器械和设置在外科器械远端的工具。确定工具的第一取向，该第一取向包括第一x分量、第一y分量和第一z分量。确定工具的期望取向，该期望取向包括第二x分量、第二y分量和第二z分量。确定第一x分量与第二x分量之间的第一角度，确定第一y分量和第二y分量之间的第二角度，并且确定第一z分量与第二z分量之间的第三角度。确定基于第一角度、第二角度和第三角度的误差度量。二角度和第三角度的误差度量。二角度和第三角度的误差度量。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】在微创手术中优化可达性、工作空间和灵巧性的系统和方法
相关申请的交叉引用
[0001]本申请要求于2018年12月28日提交的美国临时申请号62/785,957的权益，其全部内容通过引用合并于本文中。

技术介绍

[0002]本公开的实施方式一般地涉及微创手术机器人的可达性、工作空间和灵巧性的优化。具体地，本公开描述了一种确定误差最小化切口位置以优化手术机器人的可达性、工作空间和灵巧性的方法。

技术实现思路

[0003]根据本公开的实施方式，提供了用于确定手术机器人的误差最小化工作空间(error
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minimizing workspace)的系统、方法和计算机程序产品。在各种实施方式中，该系统包括具有近端和远端的第一机械臂。近端固定到基部。该系统还包括设置在机械臂的远端处的外科器械，并且该外科器械具有近端和远端。该系统还包括耦合到外科器械的远端的工具和计算节点，该计算节点包括计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质具有在其上实现的程序指令。程序指令可由计算节点的处理器执行，以使得处理器执行其中确定患者的误差最小化的切口部本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于确定手术机器人的误差最小化工作空间的系统，所述系统包括：第一机械臂，所述第一机械臂具有近端和远端，所述近端固定于基部；外科器械，所述外科器械设置在所述机械臂的远端，所述外科器械具有近端和远端；工具，所述工具耦合到所述外科器械的远端；和计算节点，所述计算节点包括计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质具有在其上实现的程序指令，所述程序指令可由所述计算节点的处理器执行以使所述处理器执行方法，所述方法包括：确定患者的误差最小化的切口部位；基于解剖结构的一个或多个位置和所述误差最小化的切口部位确定所述工具的工具取向误差；以及基于所述工具取向误差调整所述手术机器人，从而最小化所述工具取向误差。2.根据权利要求1所述的系统，其中所述方法还包括确定到解剖结构的一个或多个位置的手术轨迹。3.根据权利要求2所述的系统，其中所述方法还包括使用沿所述手术轨迹限定的多个点来离散化所述手术轨迹。4.根据权利要求3所述的系统，其中针对沿着所述手术轨迹的所述多个点中的每个点确定所述工具取向误差。5.根据权利要求4所述的系统，其中所述工具取向误差通过以下公式确定：误差＝α2+β2+γ2其中α是所述工具的期望x分量与实际x分量之间的角度，β是所述工具的期望y分量与实际y分量之间的角度，γ是所述工具的期望z分量与实际z分量之间的角度。6.根据权利要求5所述的系统，其中确定患者的误差最小化的切口部位包括离散化所述患者的解剖模型的表面，从而在所述表面上生成多个候选切口部位。7.根据权利要求1所述的系统，其中确定患者的所述误差最小化的切口部位包括确定多个候选切口部位中的每个候选切口部位的工具取向误差。8.根据权利要求1所述的系统，其中所述方法还包括选择具有最小误差度量的多个候选切口部位中的一个候选切口部位。9.根据权利要求8所述的系统，其中所述方法还包括确定所述手术机器人的基部的误差最小化位置，其中所述误差最小化位置基于所选择的切口部位。10.根据权利要求9所述的系统，其中确定所述基部的误差最小化位置包括将所述患者外部的空间离散成多个候选基部位置。11.根据权利要求10所述的系统，其中所述方法还包括，针对所述多个候选基部位置中的每个候选基部位置，基于离散化的手术轨迹确定第二工具取向误差。12.根据权利要求11所述的系统，其中所述第二工具取向误差通过以下公式确定：误差＝α2+β2+γ2其中α是所述工具的期望x分量与实际x分量之间的角度，β是所述工具的期望y分量与实际y分量之间的角度，γ是所述工具的期望z分量与实际z分量之间的角度。13.一种用于确定手术机器人的误差最小化工作空间的方法，所述手术机器人具有近端和远端以及在所述远端具有工具的外科器械，所述方法包括：
确定患者的误差最小化的切口部位；基于解剖结构的一个或多个位置和所述误差最小化的切口部位确定所述工具的工具取向误差；以及基于所述工具取向误差调整所述手术机器人，从而最小化所述工具取向误差。14.根据权利要求13所述的方法，还包括确定到解剖结构的所述一个或多个位置的手术轨迹。15.根据权利要求14所述的系统，还包括使用沿所述手术轨迹限定的多个点来离散化所述手术轨迹。16.根据权利要求15所述的方法，其中针对沿着所述手术轨迹的所述多个点中的每个点确定所述工具取向误差。17.根据权利要求13所述的方法，其中所述工具取向误差通过以下公式确定：误差＝α2+β2+β2其中α是所述工具的期望x分量与实际x分量之间的角度，β是所述工具的期望y分量与实际y分量之间的角度，γ是所述工具的期望z分量与实际z分量之间的角度。18.根据权利要求17所述的方法，其中确定患者的误差最小化的切口部位包括离散化所述患者的解剖模型的表面，从而在所述表面上生成多个候选切口部位。19.根据权利要求1所述的方法，其中确定患者的所述误差最小化的切口部位包括确定多个候选切口部位中的每个候选切口部位的工具取向误差。20.根据权利要求13所述的方法，还包括选择具有最小误差度量的多个候选切口部位中的一个候选切口部位。21.根据权利要求20所述的方法，还包括确定所述手术机器人的基部的误差最小化位置，其中所述误差最小化位置基于所选择的切口部位。22.根据权利要求21所述的方法，其中确定所述基部的误差最小化位置包括将所述患者外部的空间离散成多个候选基部位置。23.根据权利要求22所述的方法，还包括，针对所述多个候选基部位置中的每个候选基部位置，基于离散化的手术轨迹确定第二工具取向误差。24.根据权利要求23所述的方法，其中所述第二工具取向误差通过以下公式确定：误差＝α2+β2+β2其中α是所述工具的期望x分量与实际x分量之间的角度，β是所述工具的期望y分量与实际y分量之间的角度，γ是所述工具的期望z分量与实际z分量之间的角度。25.一种用于确定手术机器人的误差最小化工作空间的计算机程序产品，所述手术机器人具有近端和远端以及在所述远端具有工具的外科器械，所述计算机程序产品包括计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质具有在其上实现的程序指令，所述程序指令可由处理器执行以使所述处理器执行方法，所述方法包括：确定患者的误差最小化的切口部位；基于解剖结构的一个或多个位置和所述误差最小化的切口部位确定所述工具的工具取向误差；以及基于所述工具取向误差调整所述手术机器人，从而最小化所述工具取向误差。26.根据权利要求25所述的计算机程序产品，还包括确定到解剖结构的所述一个或多
个位置的手术轨迹。27.根据权利要求26所述的计算机程序产品，还包括使用沿所述手术轨迹限定的多个点来离散化所述手术轨迹。28.根据权利要求27所述的计算机程序产品，其中针对沿着所述手术轨迹的所述多个点中的每个点确定所述工具取向误差。29.根据权利要求25所述的计算机程序产品，其中所述工具取向误差通过以下公式确定：误差＝α2+β2+β2其中α是所述工具的期望x分量与实际x分量之间的角度，β是所述工具的期望y分量与实际y分量之间的角度，γ是所述工具的期望z分量与实际z分量之间的角度。30.根据权利要求29所述的计算机程序产品，其中确定患者的误差最小化的切口部位包括离散化所述患者的解剖模型的表面，从而在所述表面上生成多个候选切口部位。31.根据权利要求25所述的计算机程序产品，其中确定患者的所述误差最小化的切口部位包括确定多个候选切口部位中的每个候选切口部位的工具取向误差。32.根据权利要求25所述的计算机程序产品，还包括选择具有最小误差度量的多个候选切口部位中的一个候选切口部位。33.根据权利要求32所述的计算机程序产品，还包括确定所述手术机器人的基部的误差最小化位置，其中所述误差最小化位置基于所选择的切口部位。34.根据权利要求33所述的计算机程序产品，其中确定所述基部的误差最小化位置包括将所述患者外部的空间离散成多个候选基部位置。35.根据权利要求34所述的计算机程序产品，还包括针对所述多个候选基部位置中的每个候选基部位置，基于离散化手术轨迹确定第二工具取向误差。36.根据权利要求35所述的计算机程序产品，其中所述第二工具取向误差通过以下公式确定：误差＝α2+β2+γ2其中α是所述工具的期望x分量与实际x分量之间的角度，β是所述工具的期望y分量与实际y分量之间的角度，γ是所述工具的期望z分量与...

【专利技术属性】
技术研发人员：侯赛因，
申请(专利权)人：艾科缇弗外科公司，
类型：发明
国别省市：