关节外科手术中的软组织平衡制造技术

系统和方法可用于执行机器人辅助外科手术。系统可包括机器人控制器，用以监控被联接到机器人臂的端部的端部执行器的位置和取向。机器人控制器可使用端部执行器例如经由软组织平衡部件向骨施力。机器人控制器可使用来自跟踪系统的信息来确定软组织平衡，例如固定到该骨的第一跟踪器的一部分。该软组织平衡可被输出到显示装置。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】关节外科手术中的软组织平衡优先权的要求本申请要求于2016年6月16日提交的名为“用于在关节外科手术中平衡软组织的方法和系统(MethodandSystemforBalancingSoftTissueinArticularSurgery)”的美国临时申请No.62/350,958；于2016年8月15日提交的名为“用于在关节外科手术中平衡软组织的方法和系统(MethodandSystemforBalancingSoftTissueinArticularSurgery)”的美国临时申请No.62/375,049；于2016年11月21日提交的名为“关节外科手术中的软组织平衡(SoftTissueBalancinginArticularSurgery)”的美国临时申请No.62/424,732；以及于2017年5月4日提交的名为“关节外科手术中的软组织平衡(SoftTissueBalancinginArticularSurgery)”的美国临时专利申请No.62/501,585的优先权，其中的每一篇临时专利申请均被通过引用全部结合到本文中。
本申请涉及用以帮助将植入物放置于骨的关节表面上的计算机辅助骨科手术。
技术介绍
已经研发了计算机辅助外科手术(CAS)以帮助外科医生改变骨，以及将植入物定位和定向到期望的位置。计算机辅助外科手术可涵盖多种装置，这些装置包括手术导航、术前规划和多种机器人装置。计算机辅助外科手术具有潜力的一个领域是骨科关节修复或置换术。例如，软组织平衡是关节修复的重要因素，这是因为不平衡可能导致关节不稳定。然而，当在关节上实施骨科手术时，软组织评估通常由手工完成，外科医生定性地评估患者运动范围的极限。常规技术可能导致错误或缺乏精确度。附图说明在不一定按比例绘制的附图中，相同的数字可在不同视图中描述相似的部件。具有不同字母后缀的相同数字可表示相似部件的不同实例。附图作为示例而非作为限制大致示出了本文件中所讨论的多种实施例。图1是根据一些实施例的CAS系统的示意图。图2是根据一些实施例的CAS系统的脚支撑件的示例性透视图。图3是根据一些实施例的CAS系统的工具头的透视示意图。图4是根据一些实施例的与自动化外科手术系统一起使用的CAS控制器的框图。图5A-5B示出了根据一些实施例的具有钉引导件端部执行器部件的机器人臂。图6A示出了根据一些实施例的用于在机器人软组织平衡系统中使用的钉。图6B示出了根据一些实施例的包括钉的机器人软组织平衡系统。图7A示出了根据一些实施例的用于在机器人软组织平衡系统中使用的踝突枢转件(condylepivot)。图7B示出了根据一些实施例的包括踝突枢转件的机器人软组织平衡系统。图8是示出了根据一些实施例的在膝关节屈曲的情况下使用CAS系统进行术中软组织评估的示意图。图9是示出了根据一些实施例的在膝关节伸展的情况下使用CAS系统进行术中软组织评估的示意图。图10A-10D示出了根据一些实施例的用于在韧带牵拉系统中使用的j形适配器和机器人臂。图11示出了根据一些实施例的一种用于对伸展中的软组织平衡进行测试的系统。图12示出了根据一些实施例的用于显示韧带平衡的示例性用户界面。图13示出了图示说明根据一些实施例的用于确定内侧力和侧向力的技术的力图。图14示出了根据一些实施例的软组织平衡测试的层式扩张器有利实施例。图15示出了根据一些实施例的软组织平衡测试的齿轮有利实施例。图16示出了根据一些实施例的软组织平衡测试的长杠杆臂有利实施例。图17A和图17B是根据一些实施例的用于显示CAS控制器的运动范围(ROM)分析的用户界面。图18A和图18B是根据一些实施例的用户界面，其用于显示CAS控制器的植入物评估，从而能够实现从尾部视角看到的植入物运动。图19A和图19B是根据一些实施例的用户界面，其用于显示自动化外科手术控制器的植入物评估，从而能够实现从正面视角看到的植入物运动。图20是根据一些实施例的引导用于CAS系统的股骨的校准(也称为配准)的示例性图形用户界面(GUI)。图21是根据一些实施例的引导用于CAS系统的胫骨的校准(也称为配准)的示例性图形用户界面(GUI)。图22A-22F是根据一些实施例的引导用于CAS系统的关节运动的量化并显示膝关节的内翻角和外翻角的示例性图形用户界面(GUI)。图23A-23B是根据一些实施例的用于规划植入物选择和定位以及用于在术中或术后评估切除的示例性图形用户界面(GUI)。图24示出了根据一些实施例的胫骨力检测系统。图25A-25B示出了根据一些实施例的运动范围测试系统中的髌骨传感器。图26A-26B示出了根据一些实施例的用于控制机器人臂的增强现实系统。图27示出了根据一些实施例的用于将股骨从胫骨上转移(distract)的系统。图28示出了根据一些实施例的机器人臂配准系统。图29示出了一幅流程图，其示出了根据一些实施例的用于使用机器人臂执行软组织平衡的技术。图30示出了一幅流程图，其示出了根据一些实施例的用于使用机器人臂执行软组织拉力测试的技术。图31示出了一幅流程图，其示出了根据一些实施例的用于使用跟踪来实施机器人辅助外科手术的技术。图32示出了一幅流程图，其示出了根据一些实施例的用于使用力传感器实施机器人辅助外科手术的技术。图33A-33D示出了根据一些实施例的用于关节置换手术规划的示例性用户界面。具体实施方式本文中描述的系统和方法可被用于使用机器人臂进行软组织平衡。在外科手术过程中使用的机器人臂可执行软组织平衡评估。例如，部件(例如钉、切割块等，如下文中进一步描述的那样)可锚固到骨，并且可驱动机器人臂以继续拉动骨或其它解剖结构，以执行软组织平衡评估。在一个示例中，可将软组织放置成处于张力之下以确定平衡。可使用从机器人臂中的力/扭矩传感器接收到的信息来确定所施加的拉力。机器人臂可包括传感器(例如，惯性、光学、编码器等)以测量表示软组织平衡所需的旋转的旋转。在腿部处于屈曲中或处于伸展中的情况下，可利用机器人臂执行软组织平衡。在一个示例中，计算机辅助外科手术(CAS)系统可被用于实施或控制机器人手臂。在一个示例中，机器人臂可提升(例如，被定位于机器人臂的远端处的)端部执行器以使股骨移位，同时胫骨通过重力、通过其到手术台上的固定(例如，当使用脚支撑件时)、通过人(例如，外科手术助手或外科医生)、通过医用胶带、自粘式包裹物或胶带、或用于固定胫骨的其它固定装置或部件保持静止。在另一示例中，机器人臂可使用层式扩张器来将骨分开。层式扩张器可被插入在介于股骨髁和胫骨平台之间的间隙中。为了辅助该层式扩张器，附加装置可由机器人臂使用和操纵。例如，机器人臂可操纵夹具以受益于该夹具的杠杆作用，以便在骨上施加更大的力矩。层式扩张器可包括齿轮机构(例如，行星齿轮装置、齿条和小齿轮等)，以帮助放大机器人臂的力。可以使用机器人臂上的传感器或被附接到该机器人臂的部件来确定关节松弛度，以便在外科手术过程中的不同时刻帮助实现软组织平衡。例如，可在使机器人臂对骨进行改变，以确认骨上的预定植入物尺寸或位置或者能够实现对骨上的预定植入物尺寸或位置进行调整之前确定软组织平衡。在另一示例中，可在已经制造一个或多个切割平面之后确定软组织平衡，以便确定是否需要进一步本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种机器人辅助外科手术系统，包括：跟踪系统，所述跟踪系统包括固定到患者骨的第一跟踪器，所述跟踪系统被配置成跟踪所述骨的运动；机器人控制器，所述机器人控制器用以：监控被联接到机器人臂的端部的端部执行器的位置和取向；使用所述端部执行器向所述骨施力；使用来自所述跟踪系统的信息确定软组织平衡，所述信息包括固定到所述骨的所述第一跟踪器的位置；和输出所述软组织平衡。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.06.16 US 62/350,958;2016.08.15 US 62/375,049;1.一种机器人辅助外科手术系统，包括：跟踪系统，所述跟踪系统包括固定到患者骨的第一跟踪器，所述跟踪系统被配置成跟踪所述骨的运动；机器人控制器，所述机器人控制器用以：监控被联接到机器人臂的端部的端部执行器的位置和取向；使用所述端部执行器向所述骨施力；使用来自所述跟踪系统的信息确定软组织平衡，所述信息包括固定到所述骨的所述第一跟踪器的位置；和输出所述软组织平衡。2.根据权利要求1所述的机器人辅助外科手术系统，其中，所述机器人辅助外科手术系统还包括软组织平衡部件，所述软组织平衡部件被联接到所述端部执行器并且被配置成将力从所述端部执行器传递到所述骨。3.根据权利要求2所述的机器人辅助外科手术系统，其中，所述软组织平衡部件包括钉、踝突枢转件、夹具或适配器中的至少一种，所述适配器被成形为避开所述患者的膝关节的髌骨或软组织。4.根据权利要求3所述的机器人辅助外科手术系统，其中，所述软组织平衡部件包括所述踝突枢转件，并且所述踝突枢转件包括多个平台臂，每个平台臂能够向所述骨施加单独确定的力。5.根据权利要求3所述的机器人辅助外科手术系统，其中，所述软组织平衡部件包括所述夹具，并且所述夹具包括间隔块或扁平附接件中的至少一种。6.根据权利要求1所述的机器人辅助外科手术系统，其中，所述机器人辅助外科手术系统还包括被联接到所述机器人臂的力传感器，并且为了确定所述软组织平衡，所述机器人控制器使用来自所述力传感器的力信息。7.根据权利要求6所述的机器人辅助外科手术系统，其中，所述机器人控制器在由所述机器人臂执行的拉力测试达到从所述骨到第二骨的预定间隙距离时确定所述力信息，所述力信息指示将所述骨连接到所述第二骨的两个韧带之间的相等的力。8.根据权利要求1所述的机器人辅助外科手术系统，其中，为了输出所述软组织平衡，所述机器人控制器输出所述骨的旋转度的指示。9.根据权利要求8所述的机器人辅助外科手术系统，其中，所述机器人控制器用于至少部分地基于所述旋转度的指示来确定用以放置切割引导件的位置，所述切割引导件用于使用所述机器人臂切除所述骨。10.根据权利要求1所述的机器人辅助外科手术系统，其中，所确定的软组织平衡表明所述患者的膝关节的内侧和外侧之间的张力差。11.根据权利要求1所述的机器人辅助外科手术系统，其中，为了输出所述软组织平衡，所述机器人控制器输出在所述骨到达与第二骨相关的预定间隙厚度时由所述端部执行器施加在所述骨上的一定量的力。12.根据权利要求1所述的机器人辅助外科手术系统，其中，所述机器人辅助外科手术系统还包括切割装置，以基于所述软组织平衡执行软组织的被连接到所述骨的一部分的松解。13.根据权利要求1-12中的任一项所述的机器人辅助外科手术系统，其中，所述机器人辅助外科手术系统还包括显示装置，用于显示所输出的软组织平衡的指示或所述骨相对于第二骨的旋转角度。14.根据权利要求1-12中的任一项所述的机器人辅助外科手术系统，其中，所述机器人控制器还使用所述至少一个植入物的模型和所述软组织平衡来确定所述骨上将至少一个植入物接收在给定位置中所需的改变。15.一种机器人辅助外科手术系统，包括：跟踪系统，所述跟踪系统包括固定到患者的骨的第一跟踪器，所述跟踪系统被配置成跟踪所述骨的运动；机器人控制器，所述机器人控制器用以：监控被联接到机器人臂的端部的端部执行器的位置和取向；使用被联接到所述端部执行器的软组织平衡部件向所述骨施力，所述软组织平衡部件被配置成将力从所述端部执行器传递到所述骨；以及使用来自所述跟踪系统的信息确定软组织平衡，所述信息包括固定到所述骨的所述第一跟踪器的位置和来自被联接到所述机器人臂的力传感器的力信息；和显示装置，所述显示装置用于显示所述软组织平衡的指示，所述软组织平衡包括将所述骨连接到第二骨的至少一个韧带的张力或所述骨相对于所述第二骨的旋转角度。16.根据权利要求15所述的方法，其中，所述软组织平衡的所述指示包括所述患者的膝关节的内侧韧带和外侧韧带之间的张力差的指示。17.根据权利要求15所述的方法，其中，所述方法还包括切割引导件，所述切割引导件被联接到所述机器人臂，以基于所述骨相对于所述第二骨的旋转角度引导关节置换术中的切除切割。18.根据权利要求15所述的方法，其中，所述方法还包括...

【专利技术属性】
技术研发人员：P·卡顿尔，A·理查德，O·布瓦韦尔，E·戈加蒂，LP·阿米奥，S·帕拉特，D·李，B·M·梅，
申请(专利权)人：捷迈有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US