[发明专利]手术机器人系统、方法和装置

说明书

本申请涉及一种手术机器人系统、方法和装置。用于机器人手术的所述系统利用末端执行器，该末端执行器被配置为使得一组手术工具中的任何所选一个可以选择性地连接到这种末端执行器。末端执行器利用工具插入锁定机构，该工具插入锁定机构将手术工具的所选一个不仅固定在相应的预定高度和取向角度，而且还将其固定在相对于患者的解剖特征的旋转位置。工具插入锁定机构可包括可互换的插入物，以将多个工具互连到同一末端执行器。以这种方式，可以用较少的末端执行器重新配置来完成不同的机器人操作。末端执行器还可包括工具止挡件，该工具止挡件具有与可移动止挡机构相关联的传感器，该可移动止挡机构可定位成选择性地禁止工具插入或末端执行器移动。

相关申请的交叉引用

本申请是2019年3月22日提交的美国专利申请16/361,863的部分继续，其全部内容通过引用结合于此。

技术领域

本公开涉及医疗装置，更具体地涉及神经导航配准和机器人轨迹引导系统、机器人手术及相关方法和装置。

背景技术

用于机器人辅助手术的位置辨识系统用于以三维(3D)方式确定特定对象的位置且跟踪特定对象。举例来说，在机器人辅助手术中，例如当机器人或医生定位和移动器械时，需要高度精确地跟踪某些对象，例如手术器械。

位置辨识系统可使用无源和/或有源传感器或标记来配准和跟踪对象的位置。使用这些传感器，系统可以基于来自或关于一个或多个摄像机、信号或传感器等的信息，以几何方式解析传感器的3维位置。因此，这些手术系统可以利用位置反馈来精确地引导机器人臂和工具相对于患者手术部位的运动。因此，需要一种在手术环境中有效且准确地提供神经导航配准和机器人轨迹引导的系统。

机器人手术中使用的末端执行器可能限于仅在某些程序中使用，或可能遭受其他缺点或劣势。

发明内容

根据一些实施方式，手术机器人系统被配置用于在患者的解剖特征上进行手术，并且包括手术机器人、连接至这种手术机器人的机器人臂以及连接至该机器人臂的末端执行器。末端执行器具有与其连接的工具插入锁定机构。工具插入锁定机构配置成相对于患者的解剖特征将多个手术工具中的任何一个固定在各自的预定高度、取向角度和旋转位置处。手术机器人系统同样可以包括工具止挡件，该工具止挡件也位于并连接到末端执行器上。所述工具止挡件具有包括止挡机构并且还包括传感器的组件。止挡机构可在两个位置之间有选择地移动-防止手术工具连接到末端执行器的接合位置和可将手术工具选择性地连接到这种末端执行器的脱离位置。传感器能够检测止挡机构处于接合位置还是分离位置。当传感器确定止挡机构处于分离位置时，处理器执行适当的指令，该指令防止末端执行器相对于解剖特征移动。

根据其他实施方式，末端执行器包括在末端执行器的近侧表面与远侧表面之间延伸的圆柱形管孔，其中工具插入锁定机构位于近侧表面上，而工具止挡件位于远侧表面上。在该实施方式中，工具止挡件和工具插入锁定机构具有与所述管孔轴向对准的圆形孔。这样，管孔上的圆形孔的尺寸和形状设计成可穿过其中接收与末端执行器一起使用的一组手术工具中的任何期望工具。

在又一实施方式和相关的变型中，止挡机构可以包括也与管孔轴向对准的环。所述环被安装成使得当需要使所述止挡机构在前述接合位置与脱离位置之间移动时可以手动旋转。

在又一变型中，上述止挡机构可以被配置为使得其包括位于并安装到环上的制动机构。这样，制动机构可以相对于环和止挡机构固定，以便当止挡机构处于接合位置时锁定环以防止旋转运动。此外，止挡机构可以被释放或以其他方式手动致动以将环从其先前的锁定位置解锁，使得环可以被手动旋转以从接合位置移动到脱离位置。