与机器人外科手术系统一起使用的端部执行器臂技术方案

本发明专利技术公开了一种与机器人外科手术系统一起使用的端部执行器臂，所述端部执行器臂包括：被构造成附接到外科手术机器人臂的端部执行器联接器的基部，以及机械连杆。所述机械连杆包括可旋转地联接到所述基部的第一端和与所述第一端相对的第二端，所述第二端被构造成可移除地联接到手持式外科手术工具。所述端部执行器臂还包括弹簧机构，所述弹簧机构被构造成基于所述机械连杆相对于所述基部的旋转角度来向所述机械连杆赋予可变旋转力。度来向所述机械连杆赋予可变旋转力。度来向所述机械连杆赋予可变旋转力。

【技术实现步骤摘要】
与机器人外科手术系统一起使用的端部执行器臂
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求于2021年6月21日提交的美国临时专利申请号63/212,949 的优先权权益，该专利申请的内容全文以引用方式并入本文。
[0003]本申请涉及于2019年9月30日提交的美国专利申请号16/587,203和于2020年1月8日提交的美国专利申请号16/737,054，这两篇专利申请的内容全文以引用方式并入本文。


[0004]本专利技术涉及机器人外科手术，并且更具体地涉及与机器人辅助的外科手术系统一起使用的端部执行器臂。

技术介绍

[0005]许多外科手术干预都需要切骨术，即，沿着目标平面切割解剖结构诸如骨。全膝关节成形术通常需要切割股骨骨骺和胫骨骨骺，以便移除受损的骨和软骨并安装膝关节假体。外科医生可以使用振荡外科手术锯对股骨执行五次或更多次切割并且对胫骨执行一次或多次切割。
[0006]在矫形外科手术(包括关节和膝关节)期间，在切割骨上的期望位置时准确地对准并稳定锯非常重要。外科医生对外科手术部位的可见性有限，再加上难以控制锯的移动，造成了骨的不期望部分或相邻组织被切割的风险。在切割时由锯产生的振动可能会降低切割的准确性。在膝关节外科手术期间，骨切割(平面切割)的精确度影响了植入物可以连接到暴露的骨的精确度。
[0007]在一些常规系统中，直接矢状锯片引导结构可以使用被机器人臂定位在空间中的被动运动学，该被动运动学将刀片限制在其切除平面中。还被指定为端部执行器臂的被动结构可以包括向刀片提供3个自由度(两个平移和一个旋转)的三个连杆系列结构。矢状锯手持件通过刀片刚性地连接到被动结构，并提供机械动力来致动该刀片。为了实现足够的切除准确性，被动结构必须被设计为具有最高可能的横向刚度。为了借助编码器集成测量功能以及降低制造成本，因此选择铝作为用于联接件的结构零件的适当材料。这影响了这些结构零件的重量。当切除平面是水平的时，由于连接件质量而产生的重力由关节轴承完全支撑。然而，在许多切除中，切除平面相对于水平平面倾斜或几乎是竖直的。在此类构型中，由外科医生的手部分或完全支撑连接件的重量，这可能导致外科医生的手上存在不期望的应变或应力，并且可能对外科医生的表现产生负面影响。
[0008]因此，需要一种外科手术引导系统，该外科手术引导系统允许锯片或其他手持式外科手术工具自由移动而不需要外科医生支撑附加系统部件的重量。

技术实现思路

[0009]本专利技术涉及机器人外科手术，并且更具体地涉及与机器人辅助的外科手术系统一起使用的端部执行器臂。
[0010]根据一些实施方案，与外科手术导航系统一起使用的端部执行器臂包括：被构造成附接到外科手术机器人臂的端部执行器联接器的基部，以及机械连杆。该机械连杆包括可旋转地联接到基部的第一端和与第一端相对的第二端，该第二端被构造成可移除地联接到手持式外科手术工具。该端部执行器臂还包括弹簧机构，该弹簧机构被构造成基于机械连杆相对于基部的旋转角度来向该机械连杆赋予可变旋转力。
[0011]根据一些实施方案，外科手术工具引导系统包括机器人臂，该机器人臂被构造成由包括端部执行器联接器的外科手术机器人定位。该系统还包括端部执行器臂，该端部执行器臂包括：被构造成附接到机器人臂的端部执行器联接器的基部，以及机械连杆。该机械连杆包括可旋转地联接到基部的第一端和与第一端相对的第二端。该端部执行器臂还包括弹簧机构，该弹簧机构被构造成基于机械连杆相对于基部的旋转角度来向该机械连杆赋予可变旋转力。该系统还包括手持式外科手术工具，该手持式外科手术工具被构造成联接到机械连杆的第二端。
[0012]根据一些实施方案，外科手术系统包括跟踪系统，该跟踪系统被配置为确定要由手持式外科手术工具接合的解剖结构的位姿并且确定该外科手术工具的位姿。该系统还包括外科手术机器人，该外科手术机器人包括机器人基部和连接到该机器人基部的机器人臂，该机器人臂包括端部执行器联接器。该机器人还包括至少一个马达，该至少一个马达操作地连接以使机器人臂相对于机器人基部移动。该系统还包括端部执行器臂，该端部执行器臂包括：被构造成附接到机器人臂的端部执行器联接器的基部，以及机械连杆。该机械连杆包括可旋转地联接到基部的第一端和与第一端相对的第二端。该端部执行器臂还包括弹簧机构，该弹簧机构被构造成基于机械连杆相对于基部的旋转角度来向该机械连杆赋予可变旋转力。该系统还包括手持式外科手术工具，该手持式外科手术工具联接到机械连杆的第二端。
附图说明
[0013]为了进一步理解本公开而包括在内的并且构成本申请的一部分的附图示出了本专利技术概念的某些非限制性实施方案。在附图中：
[0014]图1是根据本公开的一些实施方案的外科手术系统的实施方案；
[0015]图2示出了根据本公开的一些实施方案的图1的外科手术系统的外科手术机器人部件；
[0016]图3示出了根据本公开的一些实施方案的图1的外科手术系统的相机跟踪系统部件；
[0017]图4示出了能够连接到机器人臂并且根据本公开的一些实施方案构造的被动端部执行器的实施方案；
[0018]图5示出了医疗操作，其中外科手术机器人和相机系统设置在患者周围；
[0019]图6示出了根据本公开的一些实施方案的被构造用于连接到被动端部执行器的机器人臂的端部执行器联接器的实施方案；
[0020]图7示出了图6的端部执行器联接器的剖视图的实施方案；
[0021]图8示出了根据本公开的一些实施方案的外科手术系统的部件的框图；
[0022]图9示出了根据本公开的一些实施方案的外科手术系统计算机平台的框图，该外
科手术系统计算机平台包括外科手术计划计算机，该外科手术计划计算机可以与外科手术机器人分开并且操作地连接到该外科手术机器人或者至少部分地并入该外科手术机器人中；
[0023]图10示出了根据本公开的一些实施方案的可以与外科手术机器人和被动端部执行器组合使用的C形臂成像装置的实施方案；
[0024]图11示出了根据本公开的一些实施方案的可以与外科手术机器人和被动端部执行器组合使用的O形臂成像装置的实施方案；并且
[0025]图12示出了根据本公开的一些实施方案构造的被动端部执行器的实施方案。
[0026]图13是显示器的屏幕截图，其示出了在外科手术规程期间骨切割的进展。
[0027]图14示出了根据本公开的一些实施方案的端部执行器臂的实施方案，该端部执行器臂具有用于补偿端部执行器臂部件上的重力的弹簧机构。
[0028]图15示出了根据本公开的一些实施方案的图14的具有弹簧机构的端部执行器臂的实施方案，其示出了当端部执行器臂处于竖直切除平面中时施加到该端部执行器臂部件的力。
[0029]图16A和图16B示出了根据本公开的一些实施方案的图14和图15的端部执行器臂的一部分，其示出了当端部执行器臂处于对接位置和伸展位置中时施加到该端部执行器臂的第一联接件的力。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种与机器人外科手术系统一起使用的端部执行器臂，所述端部执行器臂包括：基部，所述基部被构造成附接到外科手术机器人臂的端部执行器联接器；机械连杆，所述机械连杆包括可旋转地联接到所述基部的第一端和与所述第一端相对的第二端，所述第二端被构造成可移除地联接到手持式外科手术工具；和弹簧机构，所述弹簧机构被构造成基于所述机械连杆的旋转角度来向所述机械连杆赋予可变旋转力。2.根据权利要求1所述的端部执行器臂，所述弹簧机构包括：弹簧，所述弹簧包括第一端和第二端，所述弹簧的所述第一端联接到所述基部和所述机械连杆的所述第一端中的一者；缆线，所述缆线包括第一端和第二端，所述缆线的所述第一端联接到所述弹簧的所述第一端；和凸轮，所述凸轮联接到所述基部和所述机械连杆的所述第一端中的另一者，所述缆线的所述第二端联接到所述凸轮，所述凸轮包括凸轮引导件，所述凸轮引导件被构造成在所述机械连杆相对于所述基部旋转期间将所述缆线的所述第二端容纳并维持在所述凸轮引导件内。3.根据权利要求2所述的端部执行器臂，其中所述...

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