[发明专利]远程运动中心机器人的光学配准

说明书

一种用于微创流程的机器人手术系统，所述微创流程涉及通过规划的切开点进入患者的规划的工具轨迹。所述机器人手术系统采用光学末端效应器(50)(例如，激光点或内窥镜)、RCM机器人(40)(例如，同心弧机器人)和机器人控制器(60)。在操作中，所述机器人控制器(60)通过所述RCM机器人(40)控制所述光学末端效应器(50)到被附接到所述患者的一个或多个标记物的光学指向，并且还由所述RCM机器人(40)基于根据所述光学指向导出的所述远程运动中心到所述患者的所述体积图像内所示的所述规划的切开点的配准来控制所述光学末端效应器(50)到所述患者的所述体积图像内所示的所述规划的工具轨迹的轴向对齐。

技术领域

本公开总体涉及需要介入工具穿过特定切开点沿着定义的工具轨迹插入患者的微创流程，特别是微创神经外科流程(例如活检)。本公开更具体地涉及由远程运动中心机器人将远程运动中心(“RCM”)配准到规划的进入患者体内的切开点，用于沿着规划的工具轨迹对介入工具进行精确地定位和定向。

背景技术

图像引导的脑活检允许外科医师以微创方式精确地靶向位于深处的脑部病变。具体地，使用跟踪和定位系统(例如，光学、电磁、机械或其组合)将患者的头部固定并且配准到术前成像扫描(例如，CT、MRI、US等)。通常，使用放置在患者颅骨上的标记物和/或跟踪的手动指示器来执行这种配准。基于术前成像扫描中所示的脑病变相对于跟踪系统的已知位置，由外科医师确定针对活检的进入患者的切开点的合适位置。然后外科医师基于来自图像引导的跟踪系统的反馈来手动对齐跟踪活检针的插入角度。当针由外科医师插入时，图像引导的跟踪系统确认针的轨迹并识别何时己经达到了正确的插入深度。为此目的，本领域已知的图像引导系统可以提供机械针引导件，外科医师在针插入之前将其对齐到规划的工具轨迹。

即使在使用这样的图像引导时，并且假设已经实现术前成像扫描到跟踪系统的准确配准，外科医师必须在自由空间中执行五度(5°)自由对齐。因此，配准和/或针对齐中的用户错误可能导致不正确的切口位置，和/或介入工具错过患者头部内的目标脑病变。

发明内容

本公开提供了使用机器人安装的光学末端效应器(例如，激光指示器或内窥镜)的发明，其用于在微创流程(微创神经外科流程)期间将远程运动中心(“RCM”)机器人配准到患者的图像。通过将患者图像配准到RCM机器人，以准确的方式自动定义用于执行所述流程的规划的工具轨迹的准确定位和取向。这继而又允许外科医师以精确的、可控的方式部署介入工具，同时将人类错误的风险降至最低。

本公开的发明的一种形式是用于微创流程的机器人手术系统，所述微创流程涉及通过规划的切开点进入患者的规划的工具轨迹。

所述机器人手术系统采用光学末端效应器(例如，激光点或内窥镜)和RCM机器人以使光学末端效应器关于由RCM机器人的结构配置限定的远程运动中心旋转。

所述机器人手术系统还采用机器人控制器，所述机器人控制器用于由RCM机器人控制光学末端效应器到附着到所述患者的一个或多个标记物将光学指向，并且用于基于所述远程运动中心到在患者的体积图像内所示的所述规划的切开点的配准来由所述RCM机器人控制所述光学末端效应器到到在患者的所述体积图像内所示出的所述规划的工具轨迹的轴向对齐，所述配准是根据由所述光学末端效应器到被附接到所述患者的(一个或多个)配准标记物的光学指向导出的。

本公开的本发明的第二种形式是一种用于微创流程的机器人手术方法，所述微创流程涉及通过规划的切开点进入患者的规划的工具轨迹。

所述机器人手术方法包括RCM机器人将光学末端效应器光学指向被附接到所述患者的一个或多个标记物；并且配准模块根据由所述RCM机器人将光学末端效应器光学指向到附着到所述患者的所述(一个或多个)标记物来导出远程运动中心到所述患者的所述体积图像内所示的所述规划的切开点的配准，

所述远程运动中心由所述RCM机器人的结构配置来定义。