用于提供触觉指导的系统和方法技术方案

一种方法包括限定虚拟对象以及限定与外科手术工具的虚拟表示相关联的第一点和第二点。所述外科手术工具的所述虚拟表示的移动对应于所述外科手术工具在真实空间中的移动。所述方法包括：控制联接到所述外科手术工具的机器人装置以将所述第一点约束到所述虚拟对象；确定所述第一点在沿所述虚拟对象的阈值位置处；以及控制所述机器人装置以将所述第二点引导到所述虚拟对象。导到所述虚拟对象。导到所述虚拟对象。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于提供触觉指导的系统和方法
[0001]相关申请案的交叉引用
[0002]本申请要求于2019年10月1日提交的美国临时专利申请No.62/908,890的利益和优先权，所述美国临时专利申请的全部公开内容以引用的方式并入本文中。

技术介绍

[0003]本公开总体上涉及用于整形外科手术的外科手术系统，例如有助于关节置换手术的外科手术系统。关节置换手术(关节成形术)广泛用于治疗骨关节炎和患者关节的其他损伤，做法是用假体部件置换关节的各部分。关节置换手术可包括用一个或多个假体部件置换髋、膝、肩或其他关节的手术。
[0004]用于关节成形术的一种可能的工具是机器人辅助外科手术系统。机器人辅助外科手术系统通常包括：机器人装置，用于使患者的解剖结构准备好接纳植入物；跟踪系统，所述跟踪系统被配置成监测机器人装置相对于患者解剖结构的位置；以及计算系统，所述计算系统被配置成监测和控制机器人装置。呈各种形式的机器人辅助外科手术系统自主地实施外科手术任务，向操纵外科手术装置的使用者提供力反馈以完成外科手术任务，增强外科医生的灵活性和精确度，和/或提供其他引导提示以有助于安全且准确的外科手术操作。
[0005]通常在使用机器人辅助的外科手术系统执行外科手术之前确定外科手术计划。基于该外科手术计划，外科手术系统在外科手术的各部分期间引导、控制或限制外科手术工具的移动。外科手术工具的引导和/或控制用于在实现外科手术计划期间辅助外科医生。
附图说明
[0006]图1是根据示例性实施方案的准备好接纳植入物部件的股骨的透视图。
[0007]图2是根据示例性实施方案的外科手术系统的图示。
[0008]图3是根据示例性实施方案的可由图2的外科手术系统实行的第一过程的流程图。
[0009]图4是根据示例性实施方案的可由图2的外科手术系统实行的第二过程的流程图。
[0010]图5是根据示例性实施方案的图4的过程的图示。
[0011]图6是根据示例性实施方案的可由图2的外科手术系统实行的第三过程的流程图。
[0012]图7是根据示例性实施方案可与图6的过程一起使用的虚拟控制对象的图示。
[0013]图8是根据示例性实施方案的可由图2的外科手术系统实行的第四过程的流程图。
[0014]图9是根据示例性实施方案的可由图2的外科手术系统实行的第五过程的流程图。
[0015]图10是根据示例性实施方案的可与图9的过程一起使用的虚拟控制对象的图示。
[0016]图11是根据示例性实施方案的可由图2的外科手术系统实行的第六过程的流程图。
[0017]图12是根据示例性实施方案的可由图2的外科手术系统实行的第七过程的流程图。
[0018]图13是根据示例性实施方案的可由图2的外科手术系统实行的第八过程的流程图。

技术实现思路

[0019]本公开的一个实现方式是一种用于控制机器人装置的方法。该方法包括限定虚拟对象以及限定与外科手术工具的虚拟表示相关联的第一点和第二点。外科手术工具的虚拟表示的移动对应于外科手术工具在真实空间中的移动。该方法包括：控制联接到外科手术工具的机器人装置以将第一点约束到虚拟对象，确定第一点在沿虚拟对象的阈值位置处，以及控制机器人装置以将第二点引导到虚拟对象。
[0020]本公开的另一实现方式是一种系统，所述系统包括机器人装置和可与机器人装置通信的处理电路。处理电路可被配置成限定虚拟对象并限定与外科手术工具的虚拟表示相关联的第一点和第二点。处理电路被配置成使得外科手术工具的虚拟表示的移动对应于外科手术工具在真实空间中的移动。处理电路还被配置成控制联接到外科手术工具的机器人装置以将第一点约束到虚拟对象，确定第一点在沿虚拟对象的阈值位置处，并控制机器人装置以将第二点引导到虚拟对象。
[0021]本公开的另一实现方式是一种操作机器人装置的方法，所述机器人装置联接有工具。该方法包括控制机器人装置以基于第一触觉对象而约束外科手术工具，接收信号和使用者定义的方向，以及通过在使用者定义的方向上延伸第一触觉对象来响应于信号而调整触觉控制交互。
[0022]本公开的另一实现方式是一种系统，所述系统包括机器人装置和可与机器人装置通信的处理电路。处理电路被配置成控制机器人装置以基于第一触觉对象而约束外科手术工具，接收信号和使用者定义的方向，并且通过在使用者定义的方向上延伸第一触觉对象来响应于信号而调整触觉控制交互。
[0023]本公开的另一实现方式是一种操作机器人装置的方法，所述机器人装置联接有工具。该方法包括控制机器人装置以基于第一触觉对象而约束所述工具，接收信号和使用者定义的方向，以及通过调整工具的虚拟尺寸来响应于信号而调整触觉控制交互。
[0024]本公开的另一实现方式是一种系统，所述系统包括机器人装置和可与机器人装置通信的处理电路。处理电路被配置成控制机器人装置以基于第一触觉对象而约束所述工具，接收信号和使用者定义的方向，并通过调整工具的虚拟尺寸来响应于信号而调整触觉控制交互。
[0025]本公开的另一实现方式是一种操作机器人装置的方法。该方法包括跟踪联接到机器人装置的工具的移动，确定工具的移动方向，确定移动方向是否指向虚拟控制对象，以及响应于确定移动方向指向虚拟控制对象而控制机器人装置来将工具引导到虚拟控制对象。
[0026]本公开的另一实现方式是一种系统，所述系统包括机器人装置和可与机器人装置通信的处理电路。处理电路被配置成接收指示联接到机器人装置的工具的移动的跟踪数据，确定工具的移动方向，确定移动方向是否指向虚拟控制对象，并且响应于确定移动方向指向虚拟控制对象而控制机器人装置来将工具引导到虚拟控制对象。
[0027]本公开的另一实现方式是一种操作机器人装置的方法。该方法包括：跟踪联接到机器人装置的工具，控制机器人装置以将工具约束在虚拟控制对象内，限定虚拟控制对象的区域，确定工具在该区域中，以及控制机器人装置来抵抗工具在该区域中的移动。
[0028]本公开的另一实现方式是一种系统，所述系统包括机器人装置和可与机器人装置通信的处理电路。处理电路被配置成控制机器人装置以将工具约束在虚拟控制对象内，限
定虚拟控制对象的区域，确定工具在该区域中，并且控制机器人装置来抵抗工具在该区域中的移动。
[0029]本公开的另一实现方式是一种操作机器人装置的方法，所述机器人装置联接有工具。该方法包括：通过机器人装置将工具约束到虚拟控制对象，检测在大致预定方向上对工具施加的力，确定大致在预定方向上的力是否超过阈值力，以及响应于确定大致在预定方向上的力超过阈值力而控制机器人装置以允许工具退出虚拟控制对象。
[0030]本公开的另一实现方式是一种系统，所述系统包括机器人装置和可与机器人装置通信的处理电路。处理电路被配置成控制机器人装置以将工具约束到虚拟控制对象，检测在大致预定方向上对工具施加的力，确定大致在预定方向上的力是否超过阈值力，并且响应于确定大致在预定方向上的力超过阈值力而控制机器人装本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种方法，所述方法包括：限定虚拟对象；限定与外科手术工具的虚拟表示相关联的第一点和第二点，其中所述外科手术工具的所述虚拟表示的移动对应于所述外科手术工具在真实空间中的移动；控制联接到所述外科手术工具的机器人装置以将所述第一点约束到所述虚拟对象；确定所述第一点在沿所述虚拟对象的阈值位置处；以及控制所述机器人装置以将所述第二点引导到所述虚拟对象。2.如权利要求1所述的方法，其中控制所述机器人装置以将所述第一点约束到所述虚拟对象包括控制所述机器人装置以阻止所述第一点远离所述虚拟对象移动并且允许所述外科手术工具围绕所述第一点旋转。3.如权利要求1所述的方法，所述方法还包括：确定所述第二点定位在所述虚拟对象处；以及将所述第一点和所述第二点约束到所述虚拟对象。4.如权利要求3所述的方法，所述方法还包括：检测在预定方向上对所述工具施加的力，所述预定方向正交于所述虚拟对象；确定在所述预定方向上的所述力是否超过阈值力；以及响应于确定在所述预定方向上的所述力超过阈值力而控制所述机器人装置以允许所述第一点和所述第二点偏离所述虚拟对象。5.如权利要求1所述的方法，所述方法还包括：沿所述虚拟对象限定阻尼区；确定所述第一点在所述阻尼区中；控制所述机器人装置以抵抗所述第一点移动通过所述阻尼区。6.如权利要求5所述的方法，所述方法包括：确定所述第一点已传递通过所述阻尼区；以及响应于确定所述第一点已传递通过所述阻尼区而从所述虚拟对象移除所述阻尼区。7.如权利要求1所述的方法，其中控制所述机器人装置以将所述第二点引导到所述虚拟对象包括控制所述机器人装置以对所述外科手术工具提供辅助力，所述辅助力被定向成有助于所述第二点移动到所述虚拟对象。8.如权利要求1所述的方法，所述方法包括：确定所述第一点正朝向所述虚拟对象移动；以及响应于确定所述第一点正朝向所述虚拟对象移动而控制所述机器人装置以向所述外科手术工具提供辅助力，所述辅助力被定向成有助于所述第一点向虚拟线移动。9.如权利要求1所述的方法，所述方法包括：接收信号；以及响应于所述信号而改变所述第一点与所述虚拟对象之间的控制交互。10.如权利要求1所述的方法，其中限定所述虚拟对象包括：获得包括目标骨骼中的规划的孔的外科手术计划；以及将所述虚拟对象与所述规划的孔对准。11.如权利要求1所述的方法，其中沿所述虚拟对象的所述阈值位置对应于距解剖特征
的阈值距离。12.如权利要求1所述的方法，其中沿所述虚拟对象的所述阈值位置对应于进入解剖特征的刺穿量。13.如权利要求1所述的方法，其中所述虚拟对象是虚拟线。14.一种操作机器人装置的方法，所述机器人装置联接有工具，所述方法包括：控制所述机器人装置以基于第一触觉对象而约束所述外科手术工具；接收信号和使用者定义的方向；以及通过在所述使用者定义的方向上延伸所述第一触觉对象来响应于所述信号而调整触觉控制交互。15.如权利要求14所述的方法，其中接收所述使用者定义的方向包括确定由所述使用者对所述工具施加的力的方向。16.如权利要求14所述的方法，其中响应于所述信号而调整所述触觉控制交互包括：调整所述工具的虚拟尺寸；以及基于所述外科手术工具的所述经调整的虚拟尺寸而用所述第一触觉对象约束所述工具。17.如权利要求14所述的方法，其中：所述第一触觉对象包括线触觉；用所述第一触觉对象约束所述工具包括将与所述外科手术工具相关联的第一点约束到所述线触觉。18.如权利要求14所述的方法，所述方法包括：检测在预定方向上对所述工具施加的力；确定在所述预定方向上的所述力是否超过阈值力；以及响应于确定在所述预定方向上的所述力超过阈值力而控制所述机器人装置以允许所述工具退出所述触觉控制交互。19.如权利要求14所述的方法，所述方法包括：确定所述外科手术工具的移动方向；确定所述移动方向是否指向所述第一触觉对象；响应于确定所述移动方向指向所述第一触觉对象而将所述工具引导到所述第一触觉对象。20.如权利要求14所述的方法，所述方法还包括：限定相对于所述第一触觉对象的阻尼区；确定所述工具在所述阻尼区中；控制所述机器人装置以抵抗所述外科手术工具移动通过所述阻尼区。21.如权利要求20所述的方法，所述方法包括：确定所述工具已传递通...

【专利技术属性】
技术研发人员：M，
申请(专利权)人：马科外科公司，
类型：发明
国别省市：