【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本公开涉及选择性自动化机器人切割系统及其使用方法。
技术介绍
1、外科手术锯通常在全膝部关节成形术(tka)中被用于切除股骨和胫骨以去除患病组织。tka规程通常涉及使用锯对股骨进行至少五次平面切割以接收股骨植入物，以及对胫骨进行一次平面切割以接收胫骨植入物。通常，外科医生必须用锯执行几个手动动作来执行该规程。这些手动动作包括将锯对准到切割平面、沿着该平面用锯执行切除切割、沿着该平面缩回锯以及改变锯相对于该平面的姿势。
2、切割的准确性必须以很高的精度执行，以使经切除的骨能够适合相应的植入物。tka规程的另一个并发症是存在四条主要韧带(pcl、acl、mcl、lcl)，它们围绕着膝区的外科手术部位。在进行股骨和胫骨切割时，外科医生必须小心谨慎，以免意外切割周围的软组织/韧带。因此，涉及到进行tka规程的数次切割的外科手术工作流程对于外科医生和操作人员来说是繁重而费力的。此外，手动执行多次切割会增加外科手术规程的时间。相应地，患者接受麻醉的持续时间也会不合需要地增加。
3、有几种先前的技术可以执行tka规程。一种技术涉及使用带有锯槽的通用或患者专用切割夹具来引导外科医生手动执行这些切割中的每次切割。产生和设置此类夹具会大大增加该外科手术规程的成本和延迟。此外，外科医生必须手动将锯移动到每个相应的平面并手动执行切割动作，这使该规程面临上述挑战。此外，手动切割容易发生刮削，由此切割工具偏转或滑离要切割的预期骨。
4、另一种技术涉及使用机器人系统来执行tka，其中机器人操纵器协助用户手动执行该动作。例如
5、其他机器人系统已经试图通过利用机器人臂来改进该规程，该机器人臂支撑被动平面连杆，该被动平面连杆具有附接到该被动平面连杆的远侧端的动力锯。该机器人臂将锯对准到切割平面，并且被动平面连杆以机械方式约束锯片的轨迹位于切割平面上。此后，用户手动将锯片移向骨，从而使无源平面连杆延伸以使锯在平面上进行切割。虽然此技术使对准过程自动化，但用户仍然需要手动执行涉及到进行切割的所有其他动作，而这存在上述缺点。因此，此技术仍然需要大量的劳动力、时间、手动精度以避免意外切割和规程持续时间。此外，此类机器人系统几乎没有灵活性，无法让外科医生改变系统的操作方式来缓和上面提到的问题。
6、因此，本领域仍然需要提供机器人系统和方法来为上述技术问题中的至少一些技术问题提供解决方案。
技术实现思路
1、本
技术实现思路
以简化的形式介绍以下在下文具体实施方式中进一步描述的概念选择。本
技术实现思路
并非意图限制所要求保护的主题的范围，也非意图标识所要求保护的主题的关键特征或基本特征。
2、在第一方面，提供了一种用于切除解剖结构的机器人外科手术系统。该机器人外科手术系统包括：切割工具；被配置为移动切割工具的操纵器；以及控制系统，该控制系统被配置为：将目标平面与解剖结构相关联，目标平面划分出该解剖结构的要切除的部分与该解剖结构的要保持不被切除的部分；以及控制操纵器将切割工具对准到目标平面；以及在自动化模式下控制操纵器执行以下中的至少一者：自动地用切割工具沿着目标平面进行切除；自动地沿着目标平面缩回切割工具；以及自动地改变切割工具在目标平面上的姿势。
3、在第二方面，提供了一种操作第一方面的机器人外科手术系统的方法。
4、在第三方面，提供了一种用于切除解剖结构的机器人外科手术系统。该机器人外科手术系统包括：切割工具；被配置为移动切割工具的操纵器；以及控制系统，该控制系统被配置为：将目标平面与解剖结构相关联，目标平面划分出该解剖结构的要切除的部分与该解剖结构的要保持不被切除的部分；以及在自动化模式下控制操纵器：自动地将切割工具对准到目标平面；自动地用切割工具沿着目标平面切除解剖结构；自动地沿着目标平面缩回切割工具；以及自动地改变切割工具在目标平面上的姿势。
5、在第四方面，提供了一种操作第三方面的机器人外科手术系统的方法。
6、在第五方面，提供了一种用于切除解剖结构的机器人外科手术系统。该机器人外科手术系统包括：切割工具；被配置为移动切割工具的操纵器；以及控制系统，该控制系统被配置为：将目标平面与解剖结构相关联，目标平面划分出该解剖结构的要切除的部分与该解剖结构的要保持不被切除的部分；以及在自动化模式下控制操纵器执行以下中的至少一者：自动地将切割工具对准到目标平面、自动地用切割工具沿着目标平面切除解剖结构，以及自动地沿着目标平面缩回切割工具；以及在手动模式下控制操纵器改变切割工具在目标平面上的姿势。
7、在第六方面，提供了一种操作第五方面的机器人外科手术系统的方法。
8、在第七方面，提供了一种用于切除解剖结构的机器人外科手术系统。机器人外科手术系统包括：切割工具；被配置为移动切割工具的操纵器；控制系统，该控制系统被配置为：将目标平面与解剖结构相关联，目标平面划分出该解剖结构的要切除的部分与该解剖结构的要保持不被切除的部分；以及在手动模式和自动化模式中的一者或两者下控制操纵器移动切割工具以执行包括以下的一个或多个动作：将切割工具对准到目标平面、用切割工具沿着目标平面切除解剖结构；沿着目标平面缩回切割工具，以及改变切割工具在目标平面上的姿势；以及耦合到控制系统的用户界面，其中用户界面被配置为使操作员能够选择性地预先分配是在手动模式还是自动化模式下执行该一个或多个动作。
9、在第八方面，提供了一种操作第七方面的机器人外科手术系统的方法。
10、在第九方面，提供了一种非暂时性计算机可读介质或计算机程序产品，其包括当由一个或多个处理器执行时实现第七方面的用户界面以使操作员能够选择性地预先分配是在手动模式还是自动化模式下执行该一个或多个动作的指令。
11、在第十方面，提供了一种机器人外科手术系统。该机器人外科手术系统包括：切割工具；被配置为支撑切割工具的操纵器；用户界面；和控制系统，该控制系统被配置为：控制操纵器移动切割工具以执行复数个不同的动作，以及接收来自用户界面的输入以选择性地预先分配是在手动操作模式还是自动化操作模式下执行该复数个不同的动作中的一个或多个动作。
12、在第十一方面，提供了一种操作第十方面的机器人外科手术系统的方法。
13、在第十二方面，提供了一种用于切除解剖结构的机器人外科手术系统，该机器人外科手术系统包括：切割工具；被配置为移动切割工具的操纵器；控制系统，该控制系统被配置为：将目标平面与解剖结构相关联，目标平面划分出该解剖结构的要切除的部分与该解剖结构的要保持不被切除的部分；在手动模式和自动化模式中的一者或两者下控制操纵器移动切割工具以执行包括以下的动作：将切割工具对准到目标平面、用切割工具沿着目标平面切除解剖结构、沿着目标平面缩回切割工具，以及改变切割工具在目标平面上的姿势本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于切除解剖结构的机器人外科手术系统，所述机器人外科手术系统包括：
2.如权利要求1所述的机器人外科手术系统，其中，所述控制系统被配置为将目标周界与所述解剖结构相关联，其中所述目标周界位于所述目标平面内，并且对应于所述解剖结构的一部分的周界。
3.如权利要求2所述的机器人外科手术系统，其中，所述控制系统被配置为将虚拟边界与所述解剖结构相关联，其中所述虚拟边界位于所述目标平面内并基于所述目标周界，其中，所述操纵器被配置为响应于所述切割工具位于所述虚拟边界内，用所述切割刀具沿着所述目标平面进行切除，并且其中，所述操纵器被配置为响应于所述切割刀具碰到或超过所述虚拟边界，停用或缩回所述切割刀具。
4.如权利要求1所述的机器人外科手术系统，其中所述控制系统被配置为：
5.如权利要求1所述的机器人外科手术系统，其中所述控制系统被配置为：
6.如权利要求1所述的机器人外科手术系统，其中所述控制系统被配置为：
7.如权利要求1所述的机器人外科手术系统，其中所述控制系统被配置为：
8.如权利要求1所述的机器
9.如权利要求1所述的机器人外科手术系统，其中所述控制系统被配置为：
10.如权利要求1所述的机器人外科手术系统，其中所述控制系统被配置为：
11.如权利要求1所述的机器人外科手术系统，其中所述控制系统被配置为：
12.如权利要求1所述的机器人外科手术系统，其中所述控制系统被配置为：
13.如权利要求1所述的机器人外科手术系统，其中所述控制系统被配置为：
14.如权利要求1所述的机器人外科手术系统，其中所述控制系统被配置为：
15.如权利要求1所述的机器人外科手术系统，其中所述控制系统被配置为：
16.如权利要求1所述的机器人外科手术系统，其中所述控制系统被配置为通过自动地沿着预定工具路径移动所述切割工具来在所述自动化模式下控制所述操纵器。
17.如权利要求1所述的机器人外科手术系统，所述机器人外科手术系统进一步包括力/扭矩传感器，所述力/扭矩传感器被配置为感测操作员施加到所述切割工具上的力/扭矩，并且其中所述控制系统通过被配置为响应于所感测到的力/扭矩命令所述切割工具的移动来在手动模式下控制所述操纵器。
18.如权利要求1所述的机器人外科手术系统，所述机器人外科手术系统进一步包括耦合到所述控制系统的用户界面，并且其中所述用户界面被配置为使操作员能够选择性地预先分配用于执行以下中的至少一者的手动模式控制或自动化模式控制：
19.如任何权利要求18所述的机器人外科手术系统，其中所述解剖结构的切除包括执行复数次切除，其中每次切除均位于与用于其他切除的目标平面不同的目标平面上，并且对于每次切除，所述用户界面均被配置为使操作员能够选择性地预先分配用于执行以下中的至少一者的手动模式控制或自动化模式控制：
20.如任何前述权利要求所述的机器人外科手术系统，其中所述控制系统被配置为自动且选择性地预分配用于执行以下中的至少一者的手动模式控制或自动化模式控制：
21.如任何前述权利要求所述的机器人外科手术系统，其中所述控制系统被配置为：
22.如权利要求21所述的机器人外科手术系统，其中，响应于检测到所述预限定行为，所述控制系统被配置为进一步控制所述操纵器从所述手动模式自动地切换到所述自动化模式，以自动地执行所述不同的动作。
23.一种用于切除解剖结构的机器人外科手术系统，所述机器人外科手术系统包括：
24.一种用于切除解剖结构的机器人外科手术系统，所述机器人外科手术系统包括：
25.一种用于切除解剖结构的机器人外科手术系统，所述机器人外科手术系统包括：
26.一种机器人外科手术系统，所述机器人外科手术系统包括：
27.一种用于切除解剖结构的机器人外科手术系统，所述机器人外科手术系统包括：
28.一种机器人外科手术系统，所述机器人外科手术系统包括：
29.一种用于切除解剖结构的机器人外科手术系统，所述机器人外科手术系统包括：
30.一种机器人外科手术系统，所述机器人外科手术系统包括：
31.如权利要求30所述的机器人外科手术系统，其中所述控制系统被配置为：
32.如权利要求30-31中任一项所述的机器人外科手术系统，所述机器人外科手术系统进一步包括被配置为检测所述骨的特征的感测系统，并且其中所述控制系统被配置为：
33.一种机...
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
1.一种用于切除解剖结构的机器人外科手术系统，所述机器人外科手术系统包括：
2.如权利要求1所述的机器人外科手术系统，其中，所述控制系统被配置为将目标周界与所述解剖结构相关联，其中所述目标周界位于所述目标平面内，并且对应于所述解剖结构的一部分的周界。
3.如权利要求2所述的机器人外科手术系统，其中，所述控制系统被配置为将虚拟边界与所述解剖结构相关联，其中所述虚拟边界位于所述目标平面内并基于所述目标周界，其中，所述操纵器被配置为响应于所述切割工具位于所述虚拟边界内，用所述切割刀具沿着所述目标平面进行切除，并且其中，所述操纵器被配置为响应于所述切割刀具碰到或超过所述虚拟边界，停用或缩回所述切割刀具。
4.如权利要求1所述的机器人外科手术系统，其中所述控制系统被配置为：
5.如权利要求1所述的机器人外科手术系统，其中所述控制系统被配置为：
6.如权利要求1所述的机器人外科手术系统，其中所述控制系统被配置为：
7.如权利要求1所述的机器人外科手术系统，其中所述控制系统被配置为：
8.如权利要求1所述的机器人外科手术系统，其中所述控制系统被配置为：
9.如权利要求1所述的机器人外科手术系统，其中所述控制系统被配置为：
10.如权利要求1所述的机器人外科手术系统，其中所述控制系统被配置为：
11.如权利要求1所述的机器人外科手术系统，其中所述控制系统被配置为：
12.如权利要求1所述的机器人外科手术系统，其中所述控制系统被配置为：
13.如权利要求1所述的机器人外科手术系统，其中所述控制系统被配置为：
14.如权利要求1所述的机器人外科手术系统，其中所述控制系统被配置为：
15.如权利要求1所述的机器人外科手术系统，其中所述控制系统被配置为：
16.如权利要求1所述的机器人外科手术系统，其中所述控制系统被配置为通过自动地沿着预定工具路径移动所述切割工具来在所述自动化模式下控制所述操纵器。
17.如权利要求1所述的机器人外科手术系统，所述机器人外科手术系统进一步包括力/扭矩传感器，所述力/扭矩传感器被配置为感测操作员施加到所述切割工具上的力/扭矩，并且其中所述控制系统通过被配置为响应于所感测到的力/扭矩命令所述切割工具的移动来在手动模式下控制所述操纵器。
18.如权利要求1所述的机器人外科手术系统，所述机器人外科手术系统进一步包括耦合到所述控制系统的用户界面，并且其中所述用户界面被配置为使操作员能够选择性地预先分配用于执行以下中的至少一者的手动模...
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