[发明专利]自动的外科手术和介入过程

说明书

相关申请的交叉引用

本申请根据35U.S.C.§119(e)要求2012年6月29日提交的U.S.Serial No.61/666,399的优先权的权益，其全部内容通过引用合并于此。

背景技术

技术领域

本发明涉及机器人手术的领域，即，手术任务的完全自动化或者部分自动化。

相关技术的描述

由于外科医生和机器人通过主/从范式进行交互，因此市场上可获得的所谓的“机器人手术”通常是机器人辅助手术。从机器人被约束来遵循来自外科医生主设备的直接命令，而几乎没有自主性。尽管该方法是可靠的，但是它将从机器人的速度和灵活度限制于外科医生的速度和灵活度。

如果过程是部分自动的，那么可以对机器人进行编程以使用从更有经验的外科医生收集的数据，以结合附加安全措施或者甚至优化过程以超越人类极限工作，从而提高效率、可靠性以及潜在地提高手术效果。

当前可获得的侵入性手术系统都没有在手术过程期间利用真正的自动化。Intuitive Surgical公司(Sunnyvale，CA)的da Vinci微创手术系统利用具有最小自动化的主-从控制系统。用于整形外科手术的Robodoc依靠外科医生输入和计划进行磨骨。然而，如由Moustris等人的文献综述中所详述的，存在对手术机器人进行闭环控制中所涉及的每个步骤的持续不断的研究。

在对用于生成自动例程的临床数据的分析中，Johns Hopkins大学的手术语言项目解析和创建了手术运动的模型，并且显示了生成手术运动的能力，尽管该工作仍在继续以使任务适应手术场景。尽管Bauernschmitt等人开发了可以在机器人中复现打结的系统，但是这只是模拟预先录制的移动，并且不是真正的自动化。

在设计用于手术自动化的控制系统中，多个组已设法使用超声波产生手术场景的3D重建，并且正在开发用3D超声波的视觉伺服。Majdani等人在尸体上对微创机器人耳蜗造口术进行了测试，使用术前CT图像计算钻探轨迹并且使用具有图像反馈的视觉标记以引导机器人。然而没有一种方法将两个可见光图像与其它模态结合以控制机器人。

有若干专利申请描述了自动化。“Surgical Guidance Utilizing Tissue Feedback”描述了进行预编程的任务(例如轨迹移动)，同时将预期的组织反馈与当前组织反馈进行比较以帮助该过程(例如对于误差的校正，作为参考点使用)的系统。“Ultrasonic Surgical System and Method”描述了利用超声波工具的手术系统，具有以在使用该工具中涉及的多个任务辅助外科医生，或者如由外科医生或者预加载程序所指引的自动地执行任务的能力。尽管这些专利包括作为用于它们的发明的可能控制方式的自动化，但是它们将自动化的使用限制为简单的任务或者辅助外科医生。尽管“Robotic Surgical System”给出了体腔内自动手术系统的一般说明，但是几乎没有提供关于开发的计划或者其实现的细节。

1.Moustris,GP,SC Hiridis,KM Deliparaschos和KM Konstantinidis的“Evolution of Autonomous and Semi-autonomous Robotic Surgical Systems:a Review of the Literature.”Int J Med Robot 7,no.4(2011):375-92。

2.Lin HC,Shafran I,Murphy TE等人的Automatic detection and segmentation of robot-assisted surgical motions.In Medical Image Computing and Computer-Assisted Intervention(MICCAI 2005.Springer:Berlin,2005；802810。

3.Reiley CE,Plaku E,Hager GD.Motion generation of robotic surgical tasks:learning from expert demonstrations.In Annual International Conference of the IEEE,Engineering in Medicine and Biology Society(EMBC),2010；967-970。