[发明专利]用于执行微创外科手术的系统及方法

说明书

使用微创外科手术技术来接达脊椎同时保护周围区域中的软组织。扩张器可用于提供通过其执行手术的工作通道。标准扩张器可与机器人外科手术系统一起使用以提供对外科手术工具的精确导引。扩张器可由机器人固持且在外科医生调整用于执行外科手术的轨迹时自动重新定位。所述扩张器自身可连同扩张器适配器一起用作外科手术仪器导引器，所述扩张器适配器调整所述扩张器的一部分的直径以允许不同大小的工具由所述扩张器导引。或者，外科手术仪器导引器还可由机器人手臂固持，使得工具由外科手术仪器导引器导引通过所述扩张器以执行医学过程。

相关申请案

本申请案主张对在2014年6月19日提出申请且标题为“用于执行微创外科手术的系统及方法”的第62/014,531号美国临时专利申请案的优先权，所述临时专利申请案特此以全文引用的方式并入。

背景技术

机器人辅助外科手术系统已经开发以改进外科手术精确度且使得能够实施新的外科手术过程。举例来说，机器人系统已经开发以感测外科医生的手部移动且将其翻译为经比例缩小微移动，并且滤除无意震颤以实现器官移植、再造及微创外科手术方面的精确微型外科手术技术。其它机器人系统针对于远程操纵外科手术工具，使得外科医生不必须出现在手术室中，借此促进远程外科手术。反馈控制式机器人系统也已经开发以在过程期间与可由未受协助的外科医生实现的操纵相比提供对外科手术工具的较平稳操纵。

然而，外科医生及医院对机器人系统的广泛接受因各种原因而受限制。当前系统拥有及维护较昂贵。当前系统通常需要在使用之前进行大量手术前外科手术计划，且其延长在手术室中的所需要准备时间。当前系统在物理上是侵入性的，可能会使外科医生的视场的部分模糊且阻挡手术台周围的某些区域，使得外科医生及/或外科手术助理被局限于手术台的一侧。特别是对于已掌握特殊技能或在外科手术期间执行某些操纵的“感觉”的外科医生及发现无法使用机器人系统实施此类技能的外科医生来说，当前系统还可为非直觉的或在其它方面使用起来繁琐的。最后，尽管具有安全互锁装置及后备电力装置，但机器人外科手术系统可易于出故障或造成手术者误差。

脊柱外科手术通常需要关于脊柱进行精确钻孔及放置螺钉或其它器具，且在外科手术期间可存在使此类操纵困难的对脊椎的受约束接达。在脊柱外科手术期间由于接近于脊髓及动脉，不恰当钻孔或对身体的操纵可导致灾难性损伤或死亡。常见脊柱外科手术过程包含用于移除椎间盘的全部或部分的椎间盘切除术、用于加宽神经根离开脊柱之处的开口的椎间孔切开术、用于移除后背中的椎板或骨刺的椎板切除术及用于将两个脊椎或脊椎分段融合在一起以消除因脊椎的移动导致的疼痛的脊柱融合术。

涉及螺钉放置的脊柱外科手术需要在放置螺钉之前在骨骼(例如，脊椎分段)中制备孔。在一些实施方案中，在手动执行此类过程的情况下，外科医生在手术前CT扫描的基础上判断钻孔轨迹以用于后续螺钉放置。可使用不涉及使用手术前CT扫描的其它手动方法(例如荧光镜检查、3D荧光镜检查或基于自然标记的方法)来确定用于在放置螺钉之前在骨骼中制备孔的轨迹。在一些实施方案中，外科医生在钻孔时用其手部固持钻孔机，且获得荧光镜图像以验证轨迹是否正确。一些外科手术技术涉及使用不同工具，例如椎弓根发现器或K线。此类过程强烈地依赖于外科医生的专门技能，且在不同外科医生当中存在成功率的显著不同。螺钉错误放置是此类外科手术过程中的常见问题。

图像导引的脊柱外科手术涉及用以辅助螺钉放置的光学跟踪。然而，此类过程当前是手动执行，且尽管有虚拟跟踪，但可能会不准确地定位外科手术工具。需要外科医生使用显示于二维屏幕上的图像协调其对外科手术工具的现实世界手动操纵。由于外科医生的眼睛必须不断地扫描外科手术位点及屏幕两者以确认对准，因此此类过程可为非直觉的且需要训练。此外，过程误差可导致图像导引系统的配准不准确性，使其无用或甚至有误导性。