[发明专利]用于矫形外科干预的手术机器人

说明书

用于跟踪并补偿骨骼运动的手术机器人，该机器人包括：机器人臂(3)和位于臂的末端执行器处的工具导引件(5)、与工具导引件在同一平面处附接至机器人臂的跟踪器(1)，该跟踪器包括铰接的部段(1a‑1d)的组件和与所述部段相关联的编码器(2)，使得允许并监测跟踪器在至少六个自由度中的运动。跟踪器基部和工具导引件共用同一参照系、即位于同一平面上，使得该系统能够在没有任何中间装置的情况下直接确定工具导引件相对于被跟踪骨骼的确切位置。这样，光学跟踪器和相关联的相机可以省去。

技术领域

本发明涉及用于矫形外科干预的机器人，更具体地，涉及用于辅助螺钉插入的机器人，该机器人结合有用于跟踪并补偿骨骼运动的装置。

背景技术

在脊柱手术中为脊柱稳定性而使用椎弓根螺钉系统已经变得越来越普遍。由于据称这些构造物提供改进的融合率和刚度，因此现在这种技术在进行脊柱中的融合手术时使用。已经描述了多种椎弓根螺钉系统，并且正在开发新技术。传统技术在很大程度上依赖于外科医生的灵巧度；利用导航的技术需要外部设备。机器人辅助手术使用与跟踪装置组合的机器人系统，该跟踪装置为外科医生提供可靠的导引。

在US6322567中，描述了一种用于跟踪并补偿骨骼运动的系统。该系统基于下述方法：确定手术机器人臂与骨骼之间的空间关系，以及通过骨骼运动检测器跟踪骨骼的平移运动和旋转运动。该方法的精确度受到负责补偿骨骼运动的手术机器人臂的绝对精确度的固有限制。另外，该系统依赖于确定手术机器人臂的坐标系与跟踪部件的坐标系之间的转换关系的校准程序。机器人臂的精确度和校准程序的精确度是该设计的两个固有限制，所述两个固有限制在系统中引入了不可忽略的误差，这些误差可能影响装置的整体性能。此外，配准程序还依赖于由操纵跟踪系统的人工操作员对骨骼中的一组点进行测量。所述测量引入了可能无法预测的误差。

发明内容

本发明提供了一种跟踪并补偿骨骼运动的手术机器人，该手术机器人包括机械跟踪器和位于机器人臂的末端执行器处的工具导引件。跟踪器基部和工具导引件共用同一参照系、即位于同一平面上，使得该系统能够在没有任何中间装置的情况下直接确定工具导引件相对于被跟踪骨骼的确切位置。这样，可以省去光学跟踪器和相关联的相机，这使手术区域没有妨碍程序的相机和其他装置。

跟踪器通过对骨骼在三个垂直轴线上的位置(x，y，z)和相对于三个垂直轴线的取向(α，β，γ)、即六个参数进行跟踪来确定机器人臂与骨骼之间的空间关系。因此，跟踪器是必须具有至少六个自由度以跟踪那六个参数的机械系统。这是通过铰接的部段的组件和与部段相关联的编码器来实现的。在第一实施方式中，跟踪器是具有六个旋转自由度的四个铰接的部段的组件。在另一实施方式中，跟踪器设置有六个或七个自由度，其中，自由度中的一个自由度是长度可变的部段，并且其他自由度是旋转自由度。

附图说明

为了完成描述并提供对本发明的更好理解，提供了一组附图。所述附图示出了本发明的优选实施方式，该优选实施方式不应当被解释为限制本发明的范围，而应当仅被解释为可以如何实施本发明的示例。

图1示出了本发明的具有跟踪装置的手术机器人。

图2示出了根据本发明的系统的夹钳的细节。

图3a至图3c示出了本发明的三种可能的实施方案：两个实施方案具有六个自由度，而一个实施方案具有七个自由度。

图4和图5是描述本发明工作原理的流程图。

图6是对位于自身的校准位置中的跟踪装置的表示。

具体实施方式