[发明专利]外科手术机器人系统

说明书

本申请涉及一种外科手术机器人系统，其包括用于通过提供螺纹导管来辅助插入外科手术植入物的装置、系统和方法，所述螺纹导管构造成啮合螺纹外科手术器械，使得机器人的末端执行器可以提供力以将所述外科手术植入物驱动到患者体内。另外，装置、系统和方法涉及与机器人系统一起使用的扩张器系统，所述机器人系统允许对所述扩张器系统内的工具进行独立和单独的控制。

相关申请的交叉参考

本申请是2017年5月31日提交的第15/609,334号美国专利申请(公开为第2017/0258535号美国专利公开)的部分继续申请，所述第15/609,334号美国专利申请是2016年5月18日提交的第15/157,444号美国专利申请(公开为第 2016-0256225号美国专利公开)的部分继续申请，所述第15/157,444号美国专利申请是2016年4月11日提交的第15/095,883号美国专利申请(公开为第2016-0220320号美国专利公开)的部分继续申请，所述第15/095,883号美国专利申请是2013年10月24日提交的第14/062,707号美国专利申请(公开为第 2014-0275955号美国专利公开)的部分继续申请，所述第14/062,707号美国专利申请是2013年6月21日提交的第13/924,505号美国专利申请(现第9,782,229 号美国专利)的部分继续申请，所述第13/924,505号美国专利申请要求2012 年6月21日提交的第61/662,702号临时申请(到期)的优先权且要求2013年 3月15日提交的第61/800,527号临时申请(到期)的优先权，所有文献的全部内容出于所有目的以引用的方式并入本文中。

技术领域

本公开涉及位置辨识系统，并且具体来说涉及在机器人辅助外科手术期间的末端执行器以及工具跟踪和操纵。

背景技术

各种医疗程序需要将外科手术器械的三维(3D)位置精确定位在体内，以实现优化的治疗。例如，融合椎骨的一些外科手术需要外科医生在特定位置处将多个孔钻入骨结构中。为了在融合系统中实现高水平的机械完整性，并平衡骨结构中产生的力，必须在正确的位置钻孔。与大多数骨结构一样，椎骨具有复杂的形状，包含非平面的曲面，使得精确且垂直的钻孔变得困难。

传统上，使用当前可用的系统和方法，外科医生通过使用引导系统手动固持和定位钻子导管，以将钻管的位置叠加到患者的解剖结构(例如，患者的骨结构)的三维图像上。这种手动过程既繁琐又耗时且容易出错。此外，手术是否可以被认为是成功的很大程度上取决于执行手术的外科医生的技巧。因此，需要使用机器人辅助手术来更精确地定位外科手术器械并且更准确地描绘这些器械相对于患者的解剖结构的位置。

目前，可获得有限的外科手术机器人辅助。例如，某些系统允许使用者控制机器人致动器。这些系统将外科医生的总体移动转换为机器人致动器的微移动，以在进行手术时更准确地定位和稳定外科手术器械。虽然这些系统可以帮助消除手颤并且为外科医生提供通过小开口工作的改进的能力，如同当今市售的许多机器人，这些系统昂贵、突兀，并且需要相对于患者和使用者(例如，外科医生)对机器人进行麻烦的设置。此外，对于某些手术，例如胸腰椎椎弓根螺钉插入(thoracolumbar pedicle screw insertion)，已知这些传统方法容易出错且繁琐。

当前的系统具有许多缺点，包含但不限于这样的事实：一旦器械浸没在患者的一部分内，机械反馈的缺乏和/或视觉放置的损失可能妨碍外科手术器械的自主移动和精确放置。这些缺点使得现有的外科手术应用容易出错，从而在外科手术过程中对患者以及外科医生造成安全隐患。

此外，当前的机器人辅助系统存在其它缺点。由于机器人臂的构造及其可以移动的方式，外科手术器械插入到患者体内的路径和角度(器械的轨迹)可能受到限制。例如，一些当前系统可能没有足够的运动或移动范围来将外科手术器械放置在理想地放置到患者体内的轨迹上和/或允许外科医生获得进行手术的最佳视图的位置。