外科机器人系统技术方案

本申请涉及一种外科机器人系统。公开了用于向与机器人外科系统相关联的导管提供自由度的装置、系统和方法。外科机器人系统可被配置为具有与垂直提升、围绕肩部的旋转、围绕肘部的旋转、前臂的滚动、端部执行器的俯仰以及与端部执行器独立的导管的旋转相关联的六个自由度。该机器人外科系统允许该导管中的器械沿轨迹正确定向到患者的手术部位。沿轨迹正确定向到患者的手术部位。沿轨迹正确定向到患者的手术部位。

【技术实现步骤摘要】
外科机器人系统
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请是2020年11月16日提交的美国专利申请17/098,958的部分继 续申请，其是2017年7月18日提交的美国专利申请15/652,914(现为 U.S.10,874,466)的继续申请，其是2016年12月7日提交的美国专利申请 15/371,304(现为U.S.10,646,280)的部分继续申请，其是2016年5月18 日提交的美国专利申请号15/157,444(公开为美国专利公开号2016
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0256225)的部分继续申请，其是2016年4月11日提交的美国专利申请号 15/095,883(现为U.S.10,893,912)的部分继续申请，其是2013年10月24 日提交的美国专利申请号14/062,707(现为U.S.10,357,184)的部分继续申 请，其是2013年6月21日提交的美国专利申请号13/924,505(现为U.S. 9,782,229)的部分继续申请，其是要求2012年6月21日提交的美国临时 专利申请号61/662,702的优先权(已过期)，并且要求2013年3月15日 提交的美国临时专利申请号61/800,527的优先权(已过期)的非临时专利 申请，这些专利的全部内容均以引用方式并入本文。


[0003]本公开涉及使用机器人辅助外科手段的改进的工具插入。

技术介绍

[0004]各种医学规程要求准确定位外科器械在身体内的三维位置，以实现最 佳治疗。机器人外科系统可以具有五个自由度，以促进外科器械相对于身 体的准确定位。从机器人外科系统的基座到端部执行器的这五个自由度包 括：(1)垂直线性运动，(2)水平平面中的肩部旋转，(3)水平平面中的肘部旋 转，(4)前臂的滚动，以及(5)端部执行器的俯仰。利用这五个自由度，可以 将机器人外科系统移动到一系列位置和角度，在这些位置和角度，可以固 定导管以便将螺钉和其他直线轨迹放置到身体内。
[0005]这五个自由度允许端部执行器的导管与轨迹矢量对准，但是导管围绕 轨迹矢量的旋转位置可能无法独立地选择，而是取决于这些其他关节的位 置。当在该配置中使用五个自由度时，机器人沿接近患者的直线移动通常 与移动期间导管的一些残余旋转相关联。
[0006]五自由度机器人系统的缺点可能包括：机器人无法在没有围绕导管的 残余旋转的情况下沿固定轨迹移动导管，无法提供主动旋转运动以执行手 术任务(诸如钻孔或插入螺钉)，以及无法在保持导管垂直于表面的同时 自动定向切割刀片。
[0007]因此，需要为与五自由度外科机器人系统相关联的导管提供附加的自 由度。如本公开所述，这可以使用机器人辅助外科手段来实现。

技术实现思路

[0008]为了满足这些和其他需求，提供了用于自动旋转导管的装置、系统和 方法。
[0009]根据一个示例性实施方案，外科机器人系统具有机器人基座、连接到 该机器人基座并与该机器人基座进行电子通信的机器人臂、连接到该机器 人臂并与该机器人基座进
行电子通信的端部执行器。该端部执行器包括被 配置为接收外科器械的导管。该导管被配置为当该机器人臂和该端部执行 器沿轨迹移动到外科部位时围绕该导管的中心轴线自动旋转。
[0010]根据一个示例性实施方案，一种相对于患者移动外科机器人系统的方 法。该方法包括将该外科机器人系统配准到该患者的解剖结构。该外科机 器人系统包括机器人基座、连接到该机器人基座并与该机器人基座进行电 子通信的机器人臂、以及连接到该机器人臂并与该机器人基座进行电子通 信的端部执行器。该端部执行器包括导管并且被配置为接收外科器械。该 导管被配置为当该机器人臂和该端部执行器沿轨迹移动时围绕该导管的中 心轴线自动旋转。该方法进一步包括将该机器人臂和该端部执行器沿轨迹 移动到该患者的该解剖结构。
附图说明
[0011]本专利技术及其某些实施方案的以下详细描述可以通过参考以下附图来理 解：
[0012]图1是在外科手术期间用于机器人系统、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；
[0013]图2示出了根据一个实施方案的包括外科机器人和相机相对于患者的 定位的机器人系统；
[0014]图3示出了根据示例性实施方案的外科机器人系统；
[0015]图4示出了根据示例性实施方案的外科机器人的一部分；
[0016]图5示出了根据示例性实施方案的外科机器人的框图；
[0017]图6示出了根据示例性实施方案的外科机器人；
[0018]图7A至图7C示出了根据示例性实施方案的端部执行器；
[0019]图8示出了根据一个实施方案的将外科器械插入端部执行器的导管之 前和之后的外科器械和端部执行器；
[0020]图9A至图9C示出了根据示例性实施方案的端部执行器和机器人臂的 部分；
[0021]图10示出了根据示例性实施方案的动态参考阵列、成像阵列和其他组 件；
[0022]图11示出了根据示例性实施方案的配准方法；
[0023]图12A至图12B示出了根据示例性实施方案的成像装置的实施方案；
[0024]图13示出了从外科工具施加到目标骨的某些力；
[0025]图14示出了符合本公开的原理的机器人系统的端部执行器；并且
[0026]图15示出了符合本公开的用于检测外科器械的意外移动的示例性方 法。
[0027]图16示出了用于检测外科器械的偏转的示例性方法。
[0028]图17示出了用于检测器械相对于导管的偏转的双杆方法。
[0029]图18示出了具有轴向切割能力的器械与具有轴向和横向切割能力的器 械的比较。
[0030]图19示出了用于通过倾斜表面插入器械的方法。
[0031]图20A至图20E示出了与机器人外科系统相关联的五个自由度。
[0032]图21A至图21C示出了符合本公开的原理的机器人外科系统。
[0033]图22A至图22F示出了符合本公开的原理的机器人外科系统。
[0034]图23示出了符合本公开的原理的机动化端部执行器。
[0035]图24示出了符合本公开的原理的包括惯性传感器的端部执行器。
[0036]图25示出了符合本公开的原理的包括力传感器的端部执行器。
具体实施方式
[0037]应当理解，本公开在其应用中不限于本文描述中所示或附图中所示的 构造细节和组件布置。本公开的教导内容可以在其他实施方案中使用和实 践，并且以各种方式实践或执行。此外，应当理解，本文所用的措词和术 语是出于描述的目的，不应该被视为限制。本文中“包含”、“包括”或
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具有”及其变型的使用意指包括此后列出的项目及其等同物以及附加项 目。除非另有规定或限制，否则术语“安装的”、“连接的”、“支撑 的”和“耦接的”及其变型被广泛使用，并且包括直接和间接的安装、连 接、支撑和耦接。此外，“连接的”和本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种外科机器人系统，包括：机器人基座；机器人臂，所述机器人臂连接到所述机器人基座并与所述机器人基座进行电子通信；端部执行器，所述端部执行器连接到所述机器人臂并与所述机器人基座进行电子通信，其中所述端部执行器包括导管并且被配置为接收外科器械，并且其中所述导管被配置为在所述机器人臂和所述端部执行器沿轨迹移动到外科部位时围绕所述导管的中心轴线自动旋转。2.根据权利要求1所述的外科机器人系统，其中所述导管经由旋转轴承连接到所述端部执行器。3.根据权利要求2所述的外科机器人系统，其中所述端部执行器包括伺服马达以自动旋转所述导管。4.根据权利要求1所述的外科机器人系统，其中所述导管的旋转相对于所述机器人基座呈固定角度，并且自动旋转以保持相对于所述机器人基座的所述固定角度...

【专利技术属性】
技术研发人员：N，
申请(专利权)人：格罗伯斯医疗有限公司，
类型：发明
国别省市：