提供用于弯曲手术杆的机器人弯曲的系统的制作方法

提供用于弯曲手术杆的机器人弯曲的系统
[0001]
相关申请
[0002]
本申请为非临时申请，其要求作为2018年11月8日提交的美国申请第16/183,980号的部分继续申请的优先权益，所述申请要求2017年11月9日提交的临时申请案序列第62/583,851号的优先权。上述参考申请的公开内容均由此其全文以引用的方式并入本文中。
技术领域
[0003]
本公开涉及医疗装置，并且更具体地，用于弯曲手术杆的手术机器人系统以及相关方法和装置。


背景技术：

[0004]
脊柱融合是一种手术过程，用于通过将脊柱的疼痛部位融合在一起来校正脊柱畸形，以便限制脊柱的运动并且缓解疼痛症状。最常利用脊柱融合手术来治疗异常脊柱曲率，如脊柱侧凸和异常脊柱后凸，例如，椎间盘退化症、脊椎前移、导致脊神经压迫的创伤、感染或肿瘤所导致的椎骨不稳和其它病状。
[0005]
融合手术可包括使用器械放置杆和螺钉和/或在椎骨之间放置骨移植物。在手术期间，外科医生可校正脊柱的畸形以便确保矢状平面和冠状平面两者中脊柱的放射照相参数落在临床上接受的值内。在这样做时，外科医生使用金属杆将校正的脊柱固定到适当位置。杆需要贴合脊柱的形状并且因此需要相应地弯曲。
[0006]
当前，在手术室中用于如法国弯管机和电动弯管机的装置，以便将杆弯曲到期望的曲率。然而，这些装置需要繁琐的手动过程来操作。此外，使用这些装置弯曲棒还可在杆上引入凹口，这可降低杆的疲劳寿命。


技术实现要素：

[0007]
根据本发明概念的一些实施例，系统可提供用于弯曲手术杆的机器人弯曲。系统可包括处理器和与处理器耦合的存储器。存储器包括计算机可读程序代码，使得当通过处理器执行计算机可读程序代码时，处理器执行包括以下的操作：提供对应于相应附接植入物的转变点的集合，基于转变点的集合产生用于手术杆的弯曲计划，和产生图像输出以在显示器上呈现转变点的集合和弯曲计划。
[0008]
根据本发明概念的一些其它实施例，可提供方法以操作用于弯曲手术杆的机器人弯曲系统。提供对应于相应附接植入物的转变点的集合。基于转变点的集合产生用于手术杆的弯曲计划。产生图像输出以在显示器上呈现转变点的集合和弯曲计划。
[0009]
根据本发明概念的再其它实施例，计算机程序产品包括非暂时性计算机可读存储介质，非暂时性计算机可读存储介质具有在介质中体现的计算机可读程序代码。当通过提供用于弯曲手术杆的机器人弯曲的系统的处理器执行计算机可读程序代码时，处理器执行包括以下的操作：提供对应于相应附接植入物的转变点的集合，基于转变点的集合产生用于手术杆的弯曲计划，和产生图像输出以在显示器上呈现转变点的集合和弯曲计划。
附图说明
[0010]
为了提供对本公开的进一步理解而提供且并入并构成本申请的一部分包括的附图说明本发明概念的某些非限制性实施例。在附图中：
[0011]
图1根据一些实施例说明自动弯曲手术杆的机器人弯曲系统的视图；
[0012]
图2根据一些实施例说明图1的机器人弯曲系统的弯曲机器人的视图；
[0013]
图3根据一些实施例说明图2的弯曲机器人的部分拆开视图；
[0014]
图4根据替代实施例说明弯曲机器人的部件的内部视图；
[0015]
图5根据一些实施例说明图4的弯曲机器人的杆进给子组件的部件；
[0016]
图6根据一些实施例说明图4的弯曲机器人的制动和切割子组件的部件；
[0017]
图7根据一些实施例说明图4的弯曲机器人的弯曲子组件的部件；
[0018]
图8根据一些实施例说明图4的弯曲机器人的部件的侧视图；
[0019]
图9根据另一个替代实施例说明用于弯曲机器人的杆进给子组件的部件；
[0020]
图10a-d根据一些实施例说明具有可移除无菌套筒的手术杆；
[0021]
图11a和11b根据另一个替代实施例说明弯曲机器人的部件；
[0022]
图12为根据一些实施例操作弯曲机器人的方法的流程图；
[0023]
图13和15根据一些实施例提供没有盖层的杆弯曲机系统的图示；
[0024]
图14和16根据一些实施例提供具有盖层的杆弯曲机系统的图示；
[0025]
图17根据一些实施例说明杆弯曲机系统的分解视图；
[0026]
图18a、18b和18c根据一些实施例说明在机械和马达壳体之间机械联接的实例；
[0027]
图19根据一些实施例说明提供自定心的机械联接的实例；
[0028]
图20根据一些实施例说明可用于锁定机械联接的销；
[0029]
图21根据一些实施例说明机械壳体的底表面；
[0030]
图22根据一些实施例说明与机械壳体拆开的马达壳体的顶部表面；
[0031]
图23根据一些实施例说明杆弯曲机系统的分解视图；
[0032]
图24根据一些实施例说明具有凸缘和内侧垫片的无菌机械壳体；
[0033]
图25根据一些实施例说明使用锁定机构提供在机械和马达壳体之间的接合的杆弯曲机系统；
[0034]
图26根据一些实施例说明具有有孔的盖层的杆弯曲机系统；
[0035]
图27根据一些实施例说明在弯曲之后杆的回弹；
[0036]
图28根据一些实施例说明被配置成确定杆的回弹的杆弯曲机系统；
[0037]
图29a和b根据一些实施例说明杆弯曲机捕获探针尖端/手柄组件的实例；
[0038]
图30a和30b根据一些实施例说明包括杂散标记物的杆弯曲机捕获探针尖端/手柄组件的实例；
[0039]
图31a和31b根据一些其它实施例说明包括杂散标记物的杆弯曲机捕获探针尖端/手柄组件的实例；
[0040]
图32a、32b和32c根据一些实施例说明与如图32d的脊柱螺钉的器械介接的探针尖端的实例；
[0041]
图33为根据一些实施例示出在对应于患者的解剖结构的两个正交平面(例如矢状平面和冠状平面)中的转变点的屏幕快照；
[0042]
图34为根据一些实施例示出在两个正交平面中图33的转变点的调节的屏幕快照；
[0043]
图35为根据一些实施例示出使用正交透视图像构造弯曲计划的屏幕快照；
[0044]
图36为根据一些实施例示出将多个弯曲计划合并成合并的计划的屏幕快照；
[0045]
图37说明使用在杆的末端处的弯曲以减小/防止杆移动；
[0046]
图38根据一些实施例说明在杆上的标记；
[0047]
图39根据一些实施例说明在杆的末端上的帽；
[0048]
图40为根据本发明概念的一些实施例说明控制器的框图；
[0049]
图41-44为根据本发明概念的一些实施例说明图40的控制器的操作的流程图；和
[0050]
图45-53为根据本发明概念的一些额外实施例的弯曲机器人的机械壳体的元件的分解视图。
具体实施方式
[0051]
应理解，本公开在其应用方面不限于在本文的描述中阐述的或在附图中说明的部件的构造和布置的细节。本公开的教导内容可在其它实施例中使用和实践，并且以各种方式实践或进行。而且，应理解，本文中所使用的措词和术语是出于描述的目的且不应被视为是限制性的。本文中使用“包括”、“包含”或“具有”以及其变化形式意指涵盖其后列出的项目和其等效物以及额外项目。除非另外指定或限制，否则术语“安装”、“连接”、“支撑”和“联接”及其变化是广泛地使用并且涵盖直接以及间接安装、连接、支撑和联接。另外，“连接”和“联接”不限于物理或机械连接或联接。
[0052]
现在参考图1，根据一些实施例示出用于手术中自动弯曲手术杆的机器人弯曲系统10的视图。图1的弯曲系统10包括弯曲机器人100，并且还可包括控制器单元102，以控制和/或监视弯曲机器人100和/或其它部件或装置的操作。弯曲机器人100包括杆进给子组件104，以接收、进给和旋转手术杆106，制动子组件108，以将手术杆106的第一部分保持在特定位置处，和弯曲子组件110，以相对于手术杆106的第一部分到弯曲手术杆106的第二部分，以在手术杆106的第一和第二部分之间限定弯曲角度。通过进给和旋转手术杆106的额外区段，可弯曲手术杆的额外部分以形成适合用于脊柱融合手术或其它过程中的许多不同形状。
[0053]
在此实例中，控制器单元102(也被称作控制器)可包括控制器基部112和多个部件，所述多个部件可按需要彼此通信和/或与弯曲机器人100的部件通信。举例来说，控制器单元可包括相机114，以监视弯曲机器人和/或手术或过程的其它方面，输入装置116，以在过程之前或期间从用户接收指令，和显示装置118，以在过程之前或期间向用户提供视觉信息。机器人100和/或控制器单元102可包括一个或多个处理器电路(未示出)，其被配置成执行机器可读指令，以操作弯曲机器人100的部件或其它部件或装置。
[0054]
现在参考图2，根据一些实施例示出图1的弯曲机器人100的更详细的视图。如图2所示，弯曲机器人100包括机器人壳体120，其为机器人基部的一部分，以收容杆进给子组件104、制动子组件108、弯曲子组件110的部件和其它部件。杆进给子组件104包括杆进给致动器124，其被配置成将手术杆106保持在其中，在与手术杆106的纵向轴线平行的方向上选择性地移动手术杆106，和绕手术杆106的纵向轴线选择性地旋转手术杆。杆进给致动器124包括具有围绕其缠绕的滑轮缆索136致动器心轴134，和保持环140，以保持和对准手术杆106。
在此实例中，保持环140的大小设定成通过摩擦将手术杆106固持在适当的位置，并且当向手术杆106施加适当量的力时允许杆滑动通过环。在此实例中，保持环140可选择性地被不同大小的保持环代替，以容纳具有不同直径的手术杆。如下文将讨论，滑轮子组件(未示出)选择性地前移和旋转手术杆106，以相对于制动子组件108和弯曲子组件110将手术杆106定位在正确位置和定向上。还应理解，虽然此实施例使用滑轮子组件，但是其它类型的进给致动器连杆可用于从一个或多个马达传递动力，以移动和/或旋转杆进给致动器124。
[0055]
制动子组件108包括制动壳体142和制动致动器146，其被配置成从杆进给子组件104接收手术杆106，并且选择性地相对于子组件108固定手术杆106的第一部分。在此实施例中，在制动致动器146固定手术杆106之后，杆进给子组件104纵向移动回到其原始位置，并且可在松开制动致动器146之后进一步前移和/或旋转手术杆106。
[0056]
在接合制动致动器146时，弯曲子组件110包括弯曲致动器150，其选择性地围绕垂直于手术杆106的纵向轴线的第一旋转轴线旋转，以接合手术杆106的第二部分，和相对于手术杆106的第一部分弯曲手术杆106的第二部分，使得手术杆106的第一部分和第二部分限定第一弯曲角度。为了减小/防止在弯曲过程期间手术杆106开槽，在弯曲过程期间，定位在手术杆106的任一侧上的一对滚柱轴承154在手术杆106和弯曲致动器150之间形成接合点。
[0057]
现在参考图3，根据一些实施例示出图2的弯曲机器人100的部分拆开视图。在此实例中，机械壳体121包括杆进给子组件104的机械部件、制动子组件108和弯曲子组件110，并且马达壳体122包括弯曲机器人100的额外部件，包括第一进给致动器马达130、第二进给致动器马达132、制动致动器马达148、弯曲致动器马达172，和/或额外的内部机械和/电气部件，如额外的连杆和/或电子处理器电路或其它电路。举例来说，在一些实例中，耦合到处理器电路的存储器可包括机器可读指令，所述机器可读指令在通过处理器电路执行时使处理器电路使杆进给子组件104选择性地移动手术杆和选择性地旋转手术杆106，使制动子组件108选择性地固定手术杆的第一部分，和/或使弯曲子组件110选择性地围绕第一旋转轴线旋转，以接合手术杆106的第二部分，并且相对于手术杆106的第一部分弯曲手术杆106的第二部分。
[0058]
机械壳体121被配置成可移除地联接到马达壳体122，使得第一和第二进给致动器马达130、132、制动致动器马达148和弯曲致动器马达172可分别选择性地操作杆进给子组件104、制动子组件108和弯曲子组件110。在此实例中，机械壳体121不包括可能被常规的手术前或手术中灭菌技术，如高压灭菌、高温蒸汽灭菌、化学灭菌或其它技术损坏的任何电气或电子部件。因此，通过将非无菌马达壳体122安置在无菌机器人壳体120中，并且将无菌机械壳体121可移除地联接到马达壳体122上，可维持手术中无菌，而不需要将弯曲机器人100的电气和/或电子部件暴露于可损坏这些部件并且可缩短这些部件使用寿命的苛刻灭菌技术。
[0059]
如图3所示，杆进给子组件包括被配置成接合第一进给致动器马达130并且通过其驱动的第一滑轮子组件126和被配置成接合第二进给致动器马达132并且通过其驱动的第二滑轮子组件128。滑轮缆索136围绕第一滑轮子组件126和第二滑轮子组件128以及杆进给致动器124的致动器心轴134缠绕。第一滑轮子组件126包括第一滑轮传动输入160，其与通过第一进给致动器马达130驱动的第一滑轮传动输出164配合地接合。第一滑轮子组件126
还包括第二滑轮传动输入162，其与通过第二进给致动器马达132驱动的第二滑轮传动输出166配合地接合。
[0060]
在此实施例中，第一进给致动器马达130和第二进给致动器马达132的旋转方向确定手术杆106的移动和/或旋转方向。举例来说，为了使杆进给致动器124在纵向方向上沿纵向轨道子组件138朝向制动子组件108和弯曲子组件110移动，第一进给致动器马达130逆时针旋转，并且第二进给致动器马达132顺时针旋转。相似地，为了使杆进给致动器124在纵向方向上沿纵向轨道子组件138远离制动子组件108和弯曲子组件110移动，第一进给致动器马达130顺时针旋转，并且第二进给致动器马达132逆时针旋转。为了使致动器心轴134在顺时针方向上旋转，第一进给致动器马达130顺时针旋转，并且第二进给致动器马达132也顺时针旋转。为了使致动器心轴134在逆时针方向上旋转，第一进给致动器马达130逆时针旋转，并且第二进给致动器马达132也逆时针旋转。
[0061]
制动致动器146被配置成接合制动致动器马达148并且通过其驱动。制动致动器146包括蜗轮158，其具有制动传动输入168，所述制动传动输入168与通过制动致动器马达148驱动的制动传动输出170配合地接合。驱动蜗轮158使制动齿轮臂156接合和/或脱离制动致动器146，以选择性地固定或松开手术杆106。在此实例中，当制动致动器146处于空档位置时，制动致动器马达148在第一旋转方向上的选择性操作使制动齿轮臂156将制动致动器146从空档位置移动到接合位置，以相对于制动子组件108选择性地固定手术杆106的第一部分。相似地，当制动致动器146处于接合位置时，制动致动器马达148在与第一旋转方向相反的第二旋转方向上的选择性操作使制动齿轮臂156将制动致动器146从接合位置移动到空档位置，以选择性地松开手术杆106。在此实例中，制动子组件108为制动和切割子组件，其另外包括内部刀片机构(未示出)，其中当制动致动器146处于空档位置时，制动致动器马达148在第二旋转方向上的选择性操作使内部刀片机构的刀片切割手术杆106。在此实例中，两个内部板可以相反的剪裁运动滑动开，在两个不同的方向上将拉力引入到杆并且修整过量的拉力。还应理解，代替或除了制动子组件108的蜗轮158和制动齿轮臂156之外，可使用替代或额外的制动致动器连杆。
[0062]
相似于杆进给子组件104和制动子组件108，弯曲子组件110的弯曲致动器150包括弯曲传动输出(未示出)，其与通过弯曲致动器马达172驱动的弯曲传动输入174配合地接合，并且通过弯曲致动器连杆(未示出)从弯曲致动器马达172传递动力，以驱动弯曲致动器150。因此，当无菌机械壳体121可移除地联接到在无菌机器人壳体120中的马达壳体122时，弯曲机器人100能够在无菌手术中环境中实时自动弯曲手术杆106。在每次弯曲后，手术杆106的先前固定的部分可通过杆进给子组件104前移和/或旋转，并且另一个部分可通过制动子组件108固定。然后弯曲子组件110弯曲手术杆106的先前固定的部分，依此类推，直到杆弯曲成期望形状，并且可被切割和用作脊柱融合手术或其它过程的一部分。
[0063]
现在参考图4-7，说明根据替代实施例的弯曲机器人400的部件。如图4所示，在此实施例中，弯曲机器人400包括杆进给子组件404、制动和切割子组件408以及弯曲子组件410。如图4和5所示，杆进给子组件404包括杆进给致动器424，其经由第一滑轮子组件426和第二滑轮子组件428选择性地纵向可移动和可旋转。第一进给致动器马达430和第二进给致动器马达432经由滑轮缆索436通过第一滑轮子组件426和第二滑轮子组件428传递动力，以沿纵向轨道子组件438移动致动器心轴434并且旋转致动器心轴。致动器心轴434包括可移
除保持环440，以将手术杆(未示出)保持在其中并且对准。
[0064]
如图4所示，制动和切割子组件408包括具有相似于杆进给子组件404的保持环440的保持环444的制动壳体442，以接收和对准手术杆。制动致动器448通过制动致动器马达448控制，以选择性地固定和/或松开手术杆。如图6所示，制动致动器446包括制动齿轮子组件，其包括制动齿轮482。在此实例中，制动齿轮与弯曲齿轮子组件452的主齿轮同轴但是相对于其可独立旋转。此布置是为了节省内部空间，但是应理解，可使用其它机械布置来实现相同或相似的功能。在此实例中，旋转制动齿轮482使制动齿轮臂456从空档位置在第一方向上旋转，其中手术杆可相对于穿孔484自由移动和旋转到接合位置，其中制动齿轮臂旋转以压缩在穿孔内的手术杆并且将手术杆固定在适当位置。在此实施例中，在相反的方向上从空档位置旋转制动臂使内部刀片机构(未示出)的刀片切割手术杆。
[0065]
现在参考图7，弯曲子组件410包括经由弯曲齿轮子组件452通过弯曲致动器马达472控制的弯曲致动器450。一对滚柱轴承454被配置成当弯曲致动器450旋转以将手术杆弯曲到预定弯曲角度时接合手术杆。
[0066]
图8说明图4的弯曲机器人400的部件的侧视图。如图8所示，在此实例中，弯曲机器人400的部件联接到上部支撑结构476和联接到上部支撑结构476并且与其间隔开的下部支撑结构478，以以为弯曲机器人400的部件提供结构支撑，同时允许更容易进入弯曲机器人400的部件用于例如维护和修理。
[0067]
有许多技术可用以对在手术中环境中弯曲的手术杆进行灭菌并且减少/防止污染。举例来说，图2和3的实施例包括可移除机械壳体121，其可使用常规灭菌技术完全灭菌而不损坏单独的马达壳体122的电气或其它部件。在图9中说明的另一个实例中，弯曲机器人900包括杆进给子组件904和弯曲子组件910，以进给、旋转和弯曲手术杆906。在此实例中，弯曲机器人900包括集成的计算部件，包括集成的显示器918，以控制弯曲机器人900。
[0068]
在图9的实施例中，无菌盖层988可覆盖弯曲机器人400的未灭菌部件，其中灭的部件经由配合地联接到未灭菌部件的互补磁力连接器992、996(例如凸-凹连接)灭菌部件的磁力连接器990、994联接到未灭菌部件，其中部件的运动通过盖层988传递。虽然在此实施例中使用磁力连接，但是应理解，可使用其它连接，如允许传递机械运动而不损害盖层988的完整性的紧密配合机构。举例来说，在这个和其它实施例中，可旋转部件不需要大于180度的运动范围。因为此相对小的旋转范围，所以可能使用紧密配合机构而不撕裂或以其它方式不恰当地拉紧盖层988。
[0069]
在一些实施例中，无菌手术杆可密封在无菌套管或包裹物内，然后将其在非无菌环境中手术中弯曲。在此方面，图10a-d根据一些实施例说明具有如图所示的可移除无菌套筒的手术杆。参考图10a，无菌手术杆1006包裹在螺旋无菌包裹物1098材料中。在弯曲手术杆1006后，可移除螺旋无菌包裹物1098，并且无菌手术杆1006可递送到无菌手术中环境中。
[0070]
相似地，图10b说明具有无菌套管1098'的另一个无菌手术杆1006'，其可在无菌手术杆1006'弯曲后从无菌手术杆1006'剥离。图10c和10d说明安置在无菌柔性轴1098"中的无菌手术杆1006"，其在任一个末端处通过可移除盖1099密封。在非无菌环境中的弯曲可被配置成弯曲柔性轴1098"，由此弯曲在柔性轴1098"内的无菌手术杆1006"，而不接触或污染无菌手术杆1006"。
[0071]
在弯曲过程后，可将无菌手术杆1006"从柔性轴1098"移除并且递送到无菌手术中
环境中。在这些和其它实施例中，用于无菌手术杆1006、1006'、1006"的覆盖物可具有均一外径，使得可使用不同手术杆直径，而不需要弯曲机器人调节到相应覆盖物的不同外径。
[0072]
图11a和11b根据另一个替代实施例说明弯曲机器人1100的部件。在此实施例中，弯曲机器人1100包括杆进给子组件1104，其包括杆进给致动器1124，制动子组件1108，其具有制动致动器1146，所述制动致动器1146具有集成的标记机构，和弯曲子组件1110，其具有包括一对滚柱轴承1154的弯曲致动器1150，所述滚柱轴承1154被配置成接合和弯曲手术杆1106，而不开槽或以其它方式损坏手术杆1106。
[0073]
在此实例中，杆进给致动器1124经由进给齿轮机构1126控制，并且弯曲致动器1150经由弯曲齿轮子组件1152控制。在此实施例中，制动致动器1146通过手动夹紧机构1180控制。集成的标记机构(例如可回缩标记物)可标记在杆上的点，一旦标记，就根据需要指示杆的形状以校正损伤，其中标记的点指示沿弯曲的曲线的螺钉的点。这允许对杆的形状进行额外的控制，并且标记确保外科医生完全知道杆用于脊柱融合或其它过程时杆与螺钉对准。替代地，手术杆可例如以每五毫米预先标记有对应的数字。通过在过程期间可由外科医生查看的监视屏幕上显示这些数字，外科医生可确保杆的正确定位。
[0074]
图12为根据一些实施例操作弯曲机器人的操作1200的流程图。操作1200包括对包括杆进给子组件、制动子组件和弯曲子组件的第一壳体进行灭菌(框1202)，和将第一壳体可移除地联接到第二壳体，所述第二壳体包括被配置成选择性地操作杆进给子组件、制动子组件和弯曲子组件的马达(框1204)。操作1200另外包括将手术杆保持在杆进给子组件中(框1206)，使杆进给子组件的进给致动器在平行于手术杆的纵向轴线的方向上选择性地移动手术杆(框1208)，和使进给致动器绕手术杆的纵向轴线选择性地旋转手术杆(框1210)。
[0075]
操作1200另外包括将手术杆从杆进给子组件接收在制动进给子组件中(框1212)，和使制动子组件的制动致动器相对于制动子组件选择性地固定手术杆的第一部分(框1214)。操作1200另外包括使弯曲子组件的弯曲致动器绕垂直于手术杆的纵向轴线的第一旋转轴线选择性地旋转，其中旋转弯曲致动器使弯曲致动器接合杆的第二部分并且相对于手术杆的第一部分弯曲杆的第二部分，使得手术杆的第一部分和第二部分限定第一弯曲角度。操作1200另外包括使制动子组件的刀片选择性地切割手术杆。
[0076]
额外操作可包括数据采集，其可在杆弯曲之前并且在螺钉适当地放置之后经由相机系统发生，这可将数据发送到弯曲机器人。基于数据，弯曲机器人可执行上文所描述的操作。在另一个实施例中，用于弯曲点的数据可通过采集相机和通过相机跟踪的探针接收，其中在椎弓根螺钉已经放置在患者的脊柱上之后，探针触碰多个椎弓根螺钉中的每个的头部。那些点可用于产生可由外科医生修改和微调的曲线，并且可用于产生弯曲点，所述弯曲弯曲可由弯曲机器人使用在手术杆中进行适当的弯曲。在另一个实例中，用于螺钉放置的手术中机器人可用于确定椎弓根的坐标，并且因此可用于产生弯曲曲线。在一些实施例中，手术前计划软件，如surgimap gmap，例如可用于配置弯曲点，所述弯曲点然后可通过弯曲机器人使用来弯曲手术杆。来自相机的数据还可用于验证机器人正确和/或在预定容许度内操作，并且可产生数据以发指令给机器人来实时校正错误。
[0077]
在下文关于图45-53进一步讨论弯曲机器人110的元件。
[0078]
图45、46和47说明来自弯曲机器人的机械壳体的弯曲子组件的额外细节。如图45和46所示，手术杆106使用杆进给子组件(也被称作进给托架)进给到弯曲子组件(也被称作
弯曲机构)中。滚柱轴承454(也被称作弯曲滚柱)围绕相应弯曲柱4501，所述弯曲柱4501推动手术杆106以在手术杆中产生预先计算的弯曲。滚柱轴承(弯曲滚柱)454在相应弯曲柱4501上滚动同时推动手术杆，以减少在弯曲时对手术杆表面的损坏。
[0079]
如图所示，滚柱轴承454和/或弯曲柱4501附接到弯曲致动器的板，所述板包括被称作从动齿轮4503的正齿轮的区段。此较大的从动齿轮4503通过被称作驱动齿轮4505的较小正齿轮控制。此机构可提供足够的机械优势以匹配弯曲金属手术杆所使用/需要的扭矩值。如图47所示，驱动齿轮4505经由齿轮箱4509连接到弯曲致动器马达472，以提供弯曲用于脊柱校正的最牢固的手术杆所使用/需要的齿轮减速。驱动齿轮4505和从动齿轮4503可作为弯曲齿轮子组件的元件提供。
[0080]
图48和49说明来自弯曲机器人的机械壳体制动/切割子组件的额外细节。切割轴线可使用/需要齿轮减速大于一千倍，以提供切割用于脊柱校正的最牢固的手术杆所使用/需要的转矩。如图48和49所示，切割器臂4801可附接到锥齿轮4803的区段。锥齿轮4803的区段可与副齿轮锥齿轮4805、大正齿轮4807、小副齿轮正齿轮4809和直角齿轮箱4811复合，以在与马达4815(其可在弯曲机器人的马达壳体中提供)机械联接中提供足够的齿轮减速。切割器臂在垂直于顶部板的剪切平面4819上旋转，并且通过剪切机构切割杆。因此，可提供在第一方向上旋转来切割杆，而在第二方向上的旋转可用于制动杆(即，将杆固持在固定位置中以防止纵向和旋转移动)同时如下文所讨论弯曲杆。
[0081]
图50和51说明来自弯曲机器人的机械壳体的杆进给子组件的额外细节。杆进给子组件可用于进给和旋转手术杆106。进给/旋转轴线可使用差速器驱动组件工作。使用一系列滑轮和缆索5003实现差速器驱动。缆索5003围绕滑轮和转鼓5005包裹，如图50和51所示。在相同的方向上旋转驱动滑轮5001a和5001b分别在顺时针和逆时针方向上旋转转鼓5005。在相反方向上旋转驱动滑轮，向前和后向移动托架5009。这类机构的优势可在于仅使用一个机构实现杆的进给和旋转。驱动滑轮可通过相应变速箱5012由相应马达5011a和5011b驱动。马达5011a和5011b可在马达壳体中提供。杆106传递通过转鼓并且使用轴环5015固持。转鼓在托架上旋转，并且轴环旋拧到转鼓中，将杆固持在转鼓内。
[0082]
手术杆106可需要牢固地固持，同时将其抵靠弯曲柱5201和/或滚柱轴承弯曲。这可使用附接到切割器臂4801的制动器来实现。切割器臂4801当在逆时针方向上旋转时切割杆，并且当在顺时针方向上旋转时制动杆。当切割器臂4801在顺时针方向上旋转时，其旋转制动致动器5305，这继而将制动臂5307按压在杆106上，导致制动动作。
[0083]
还可在进给机构期间也使用制动器。为了进给杆的整个长度，杆弯曲机可按以下顺序工作：
[0084]
1.使用轴环5015将杆106紧固到转鼓5005上。
[0085]
2.将杆106进给到弯曲子组件/机构中用于弯曲操作，直到托架到达最靠近弯曲子组件的其运动范围的末端。
[0086]
3.制动器(例如制动臂和制动致动器)固持杆106
[0087]
4.托架5009在杆106上滑动返回。因为制动器比固持环牢固得多，所以可实现这一点。
[0088]
5.松开制动器。
[0089]
6.根据需要重复步骤2-5，直到完成杆弯曲操作。
[0090]
换句话说，托架5009可具有有限的运动范围，并且可通过将托架在杆上滑动返回(即，通过制动杆同时将滑架滑动返回到其距弯曲子组件最远的起始位置)来增加有效的运动范围。
[0091]
根据本发明概念的额外实施例，可提供手术中使用机器人过程自动弯曲杆的方法，由此节省外科医生的时间和精力，使自动化数据采集，提供/维持无菌，和/或维持/保持杆的强度。
[0092]
本发明概念的一些实施例还可提供确定手术中已知或未知材料的杆的回弹的方法。这些方法可允许用户在没有杆的材料/回弹特性的先验知识的情况下将任何杆放入弯杆机中。
[0093]
本文公开的globus杆弯曲机(grb)系统可提供杆(也被称作植入物或杆植入物)的弯曲，用于患者手术使用。现有技术可需要外科医生徒手变换(多个)杆植入物。徒手转变可导致计划弯曲的不一致和/或通过连续开槽产生杆的薄弱点。grb系统可使用来自螺钉计划或手术中透视的患者成像来使用耐高压加热的机械组件弯曲植入物，并且使用的技术可系统允许维持植入物在弯曲到放置的整个过程中无菌。
[0094]
可提供用于这类grb系统硬件，如本文关于图13和14讨论，其示出没有盖层的杆弯曲机系统。
[0095]
图13的可灭菌杆弯曲机系统可包括推车1301，具有在推车1301上的马达壳体122(例如，如3图所示)，并且具有在马达壳体122上的机械壳体121(例如，如图3所示)。马达壳体122也可称为嵌入式运动控制系统，并且可包括马达、变速箱和其它电子装置。机械壳体121也可称为耐高压加热的顶部组件，并且可包括与高温高压釜灭菌相容的机械系统。为了便于说明，图13示出推车1301、马达壳体122和机械壳体121，没有盖层。图14示出夹在机械壳体121和马达壳体122之间并且还覆盖推车1301的上部部分的盖层1401。因为盖层1401覆盖马达壳体122(也被称作运动控制系统)，所以在图14中马达壳体122不可见。
[0096]
机械壳体121(也被称作耐高压加热的顶部组件)不包括可能被常规的手术前或手术中灭菌技术，如高压灭菌、高温蒸汽灭菌、化学灭菌等损坏的任何电气或电子部件。因此，推车1301和马达壳体122可被无菌盖层1401覆盖，而暴露无菌机械壳体121。推车1301可包括轮子1302a、1302b和1302c以便于移动。
[0097]
图14提供具有在推车1301和马达壳体122上安设的盖层1401的globus杆弯曲机系统的说明。
[0098]
图15说明完全组装的杆弯曲机系统的放大视图，而盖层1401未在推车1301和马达壳体122上接合。图16说明组装的杆弯曲机系统的放大视图，其中盖层1401在推车1301上和在马达壳体122上接合。
[0099]
图17说明作为耐高压加热的顶部组件提供的机械壳体121、盖层1401、马达壳体122和具有包括在马达壳体122中的嵌入式运动控制系统的推车1301的分解视图。
[0100]
在机械壳体121(作为耐高压加热的顶部组件提供)和具有嵌入式运动控制系统的马达壳体122之间的接合可如下工作。机械壳体121可具有带有旋转密封的轴(也被称作传动输出)。旋转密封(例如径向轴密封)可用于密封旋转元件，如轴或旋转孔，以防流体、粉尘、污物等。旋转密封在表面之间产生屏障，同时允许传递旋转运动。根据一些实施例，可存在从机械壳体121的底部(或在其上的接收元件)突出四个轴(也被称作传动输出)，以便于
弯曲(例如图3的弯曲传动输出)、制动和/或切割(例如图3的制动传动输出170)，和进给和/或旋转杆(例如图3的第一和第二滑轮传动输出164和166，也被称作杆进给/旋转传动输出)。机械壳体121的底部表面(也被称作顶部机械组件)不具有任何其它孔，并且可如图21所示完全密封。
[0101]
机械壳体121的底部表面通过盖层1401和在嵌入在推车1301中的马达壳体122的外边缘上的垫片2201与马达壳体122的顶部表面接合如图22所示，嵌入在推车上的马达壳体121可具有从顶部出来的4-轴(也被称作传动输入)160、162、168和174。根据一些实施例，四个轴可便于弯曲(例如对应于弯曲传动输出176的图3的弯曲传动输入174)、制动和/或切割(例如对应于制动传动输出170的图3的制动传动输入168)，和进给和/或旋转杆(例如对应于第一和第二滑轮传动输出164和166的图3的第一和第二滑轮传动输入160和162，也被称作杆进给/旋转传动输入)。轴壳体容纳平行和角度不对准。从机械壳体121的顶部出来的轴与在底部马达壳体122中的轴壳体接合，以便于将运动从嵌入在马达壳体122中的马达传递到在顶部机械组件121上的机构。接合机构可选自包括花键、齿轮、离合器和其它联接的多个机构。
[0102]
对于所有轴线，例如基于径向、轴向和力矩负载，在顶部板和底部板轴之间接合的类型可相同或不同。此接合可提供以下特性：
[0103]
1.自定心；
[0104]
2.分度精度；和/或
[0105]
3.处置平行、角度或组合的不对准的能力。
[0106]
图18a、18b和18c示出在机械壳体121和马达壳体122之间的用于杆弯曲机的自分度联接的实例。根据一些实施例，可为弯曲传动输出176、制动传动输出170、第一滑轮传动输出164和第二滑轮传动输出166中的每个提供图18a的顶部联接结构，并且可为弯曲传动输入174、制动传动输入168、第一滑轮传动输入160和第二滑轮传动输入162中的每个提供图18a的底部联接结构(或反之亦然)。根据一些其它实施例，可为弯曲传动输出176、制动传动输出170、第一滑轮传动输出164和第二滑轮传动输出166中的每个提供图18b的顶部联接结构，并且可为弯曲传动输入174、制动传动输入168、第一滑轮传动输入160和第二滑轮传动输入162中的每个提供图18b的底部联接结构(或反之亦然)。根据再其它实施例，可为弯曲传动输出176、制动传动输出170、第一滑轮传动输出164和第二滑轮传动输出166中的每个提供图18c的顶部联接结构，并且可为弯曲传动输入174、制动传动输入168、第一滑轮传动输入160和第二滑轮传动输入162中的每个提供图18c的底部联接结构(或反之亦然)。根据一些其它实施例，不同类型可用于不同联接(例如来自图18a(扁平头和对应的槽)，18b(销和槽)，或18c(外和内花键)的联接类型中的一个可用于提供在第一/第二滑轮传动输出与第一和第二滑轮传动输入之间的联接，并且来自图18a、18b或18c的联接类型中的另一个可用于提供在弯曲传动输出和弯曲传动输入之间和/或在制动传动输出和制动传动输入之间的联接。
[0107]
如可在图18a、18b和18c中看出，联接中的每个可具有自分度能力。一种实现自定心方式是将中心突起添加到具有相对轴的对应的中心凹口的顶部轴的中心(类似于在车床机器中的活动中心)，如例如图19所示，(其说明图18c的联接的修改)。中心突起可相似地添加到图18a和/或18b的联接。图19示出可如何使用具有中心突起的花键轴1901实现自定心
的实例。虽然相对于(多个)顶部轴讨论中心突起，但是中心突起可相反在具有在顶部轴上的对应的中心凹口的底部轴上提供。中心突起例如可为锥形(即，锥形定位中心)，例如圆锥形、抛物面等，并且对应的凹口可具有与中心突起的形状匹配的形状。
[0108]
在图20中说明接合顶部板和底部板的轴的另一种方法。如图20所示，可将弹簧控制的销2001放置在顶部板轴上并且可抵着底部板轴按压。如果销未落入槽2002(例如底部板轴上的槽)内，那么弹簧将被压缩。一旦马达开始旋转并且销落入槽的区域内，那么弹簧松弛并且两个轴开始一起旋转，以便完成从底部板到顶部板的运动传递。图18b示出具有两个这类销的实施例，所述销可如上文关于图20讨论的弹簧控制。
[0109]
图21说明机械壳体121的底部表面，其包括弯曲传动输出176、制动传动输出170、第一滑轮传动输出164和第二滑轮传动输出166。
[0110]
图22示出具有嵌入式马达壳体122(盖层未示出)和具有被拉开的机械壳体121推车1301。如图22所示，弯曲传动输入174、制动传动输入168、第一滑轮传动输入160和第二滑轮传动输入162可从马达壳体122的顶部表面延伸。
[0111]
下文关于图23讨论接合的步骤，所述图23示出可灭菌杆弯曲机的部件的分解视图。如图所示，耐高压加热的顶部机械壳体121可包括多个辊闩锁2301。推车/马达支架具有带有垫片2305的可移动接合板2303，构成可伸缩平台2306。一旦将机械壳体121放置在可移动接合板2303上，并且辊闩锁2301(也被称作辊棘轮)接合，就压缩垫片2305，并且将机械壳体121与马达壳体122密封隔开。在替代实施例中，可在马达壳体122的顶部(非移动)表面或机械壳体121的底部表面上提供垫片2305。垫片2305可提供双重功能，即：在马达和机械壳体122和121之间提供密封和/或提供将盖层轻轻地固持在刚性表面和柔性表面之间(形成盖层界面2308)以提供盖层不在轴向或剪切负载下撕裂。然后，将机械壳体121向下推，这使得轴能够通过推动/刺穿通过盖层与轴壳体接合。假定机械壳体121首先在垫片上密封并且轴在其上具有旋转密封，可在整个组装过程中保持无菌。
[0112]
在图24的另一个实施例中，机械壳体121可具有带有内部垫片2403的凸缘2401，以便于在组装之后在机械壳体121和马达壳体122(即，底部组件(用盖层盖住))之间密封。垫片2403也可充当张紧器，以提供在盖层2402刺穿和轴接合之前盖层以及顶部板下拉。
[0113]
接合在机械和马达壳体121和122中的轴的替代方式是将马达壳体放置在直线轨道上并且例如使用用如图25所示的手动杠杆臂2503或马达控制的凸轮将其致动(上下)。马达壳体122可容纳在静止底部盒子2501内，并且可例如使用导螺杆、凸轮机构和/或马达上下致动。
[0114]
下文讨论图25的实施例的操作。
[0115]
将机械壳体121放置在底部盒子2501上，并且关闭闩锁2301。这提供机械壳体121在底部盒子2501上密封。
[0116]
手动旋转杠杆臂2503，这升高马达壳体122。马达壳体122可具有形状类似于模切机的底部轴2506，以便于在上和下轴相接处切割盖层。这导致马达壳体122的轴推动通过盖层并且与在机械壳体121中的轴接合。马达壳体122可锁定在此升高位置中。在已实现杆弯曲机的功能之后，杠杆臂2503可使马达壳体122与机械壳体121脱离。
[0117]
推动/刺穿通过盖层的替代方案是具有可剥离盖层2601，其中在图26中的示出部分(在马达壳体122的顶部上)可具有可剥离顶部部分2602，其具有粘合边缘，以允许轴通过
剥离窗口接合。出于此目的可使用有孔的盖层。这类设计可省略可移动接合板。
[0118]
本发明概念的一些实施例可提供手术中回弹测量。手术中弯曲杆可需要了解杆回弹，以便将杆精确弯曲到预定位置。回弹是指在杆从弯曲负载松开之后角度的改变。输入可通过手术中杆弯曲机可能弯曲的每个杆的材料特性可能是繁琐的。
[0119]
如图27所示，在弯曲时杆角度的改变可导致在弯曲期间的错误结果。在图27中，虚线指示杆弯曲机可将杆弯曲到的期望弯曲位置x，并且实线指示在从杆松开弯曲力之后杆返回到的实际弯曲位置(或回弹位置)y。为了到达期望弯曲位置，杆弯曲机可因此需要杆弯曲超过期望弯曲位置以补偿回弹。
[0120]
因此，以下实施例的方法可提供确定对于任何材料的杆随角度变化的回弹。图28说明可用于使用牺牲杆106'确定回弹特性(例如通过确定回弹方程)的杆弯曲系统的设置的实例。
[0121]
牺牲杆106'末端可具有可拆卸的反射标记物2811(也被称作反射球)，其可使用手术中相机114在三维(3d)空间中跟踪。相机114可用于确定在牺牲杆106'上的反射标记物2811相对于放置在杆弯曲机器人100上的已知反射标记物阵列2815(也被称作跟踪阵列)的位置。跟踪阵列2815可包括相对于弯曲机器人在已知定向上的至少三个反射标记物，以允许控制器102确定弯曲机器人100和其部件的位置和定向。杆弯曲机器人100可需要将牺牲杆106'的末端弯曲到已知角度，并且一旦所述弯曲机器人100松开在牺牲杆106'上的负载，控制器102和相机114就可监视回弹。这可需要出现用于杆的两个数据点(例如对于两个不同的弯曲角度)，如下文关于图28讨论，以确定杆在弯曲角度范围内的回弹特性(例如使用回弹方程)。
[0122]
任何材料的回弹方程都可近似为直线，并且因此在杆上回弹的两个不同数据点可用于确定杆的材料特性的方程。可通过选择在杆上的两个不同位置处的两个不同弯曲角度并且使用相机114计算每个弯曲角度的对应的回弹来获得两个数据点。此方程可用于在没有关于手术杆的材料的先验知识的情况下将手术杆106精确弯曲到需要的位置。举例来说，牺牲杆可提供有手术杆，其中牺牲和手术杆一起制造，使得两者具有相同的特性(例如相同的直径、相同的材料、相同的回弹特性等)。因此，牺牲和手术杆的回弹特性将相同的，并且使用牺牲杆建立的回弹方程可用于精确弯曲手术杆。弯曲系统10因此可在两个不同的点处将牺牲杆弯曲到两个不同的角度，以确定用于弯曲手术杆的回弹方程。
[0123]
根据一些其它实施例，回弹方程可通过监测用于弯曲杆的马达(例如弯曲致动器马达172)的马达电流来确定。
[0124]
在这类实施例中，可执行以下操作。
[0125]
可使用弯曲转子将负载施加在牺牲杆106'上(例如使用弯曲致动器马达172旋转弯曲致动器150)并且将牺牲杆106'弯曲到期望弯曲角度。
[0126]
弯曲转子可旋转回到其原始位置，以便从弯曲负载松开牺牲杆106'。
[0127]
一旦弯曲转子停止接触牺牲杆106'，牺牲杆106'将进行回弹。
[0128]
然后，弯曲转子可旋转返回，直到它触碰牺牲杆106'。这可通过监测马达电流确定，因为当弯曲转子触碰牺牲杆106'时，马达电流(例如到弯曲致动器马达172的电流)将微小尖峰。这是在回弹之后牺牲杆106'的位置。在两个点之间的角度差指示回弹。
[0129]
对于不同的弯曲角度，可需要在牺牲杆106'上的第二位置处重复上述过程。
[0130]
使用两个回弹数据点，可计算牺牲杆106'的回弹方程，并且手术杆106然后可使用使用牺牲杆106'确定的回弹方程精确弯曲，而不需要手术杆106的材料特性的任何先验知识。
[0131]
因为牺牲和手术杆可以相同批料、批次等一起生产，所以两个的回弹特性可基本上相同和/或相同。因此可基于杆的实际特性为每个手术杆提供杆弯曲机的精确校准。因此，弯曲的精度可大体上不受以不同批料、批次等生产的杆的不同特性影响。
[0132]
下文根据本发明概念的一些实施例讨论手术中转变点捕获。
[0133]
grb软件提供基于捕获的转变点来成形手术植入物装置(例如杆)的方式。这些点可使用探针捕获，所述探针包括具有可使用相机114光学跟踪的阵列的探针手柄(2915a,2915b)和附接到手柄并且配合到螺钉中或用于定位其中将放置杆的探针尖端。手柄包括其被跟踪的阵列并且还包括额外的可移动杂散标记物，如下文关于图29a和29b讨论。
[0134]
图29a和29b根据一些实施例说明杆弯曲机捕获探针尖端/手柄组件的实施例。
[0135]
在图29a中，探针2901a包括探针尖端2907a和具有固定标记物2905a1、2905a2、2905a3和2905a4以及可移动/杂散标记物2911a的跟踪阵列2903a。固定标记物相对于彼此和相对于探针尖端2907a固定，使得探针尖端2907a的位置和定向可使用相机114确定，以确定固定标记物在三维空间中的位置，并且由此确定探针尖端2907a在三维空间中的位置和定向。可移动杂散标记物2911a可用于发信号通知探针尖端处于通过外科医生按压柱塞捕获的位置，使得杂散标记物2911a相对于固定标记物移动。在检测杂散标记物2911a的运动时，控制器102可确定探针尖端2907a的位置和定向，并且可将此位置/定向记录为转变点。杂散标记物2911a可通过手指或拇指沿相对于阵列2903a限定的路径的移动来致动。当杂散标记物2911a移动(按压)时，系统知道在探针尖端2907a的位置处捕获转变点。在图29b中，探针2901b包括探针尖端2907b、跟踪阵列2903b(具有固定标记物2905b1、2905b2、2905b3和2905b4)，和可移动/杂散标记物2911b。固定标记物相对于彼此和相对于探针尖端2907b固定，使得探针尖端2907b的位置和定向可使用相机114确定，以确定固定标记物在三维空间中的位置，并且由此确定探针尖端2907b在三维空间中的位置和定向。可移动杂散标记物2911b可用于发信号通知探针尖端处于通过外科医生按压柱塞捕获的位置，使得杂散标记物2911b相对于固定标记物移动。在检测杂散标记物2911b的运动时，控制器102可将探针尖端2907b的位置和定向确定为转变点。此杂散标记物2911b可通过手指或拇指沿相对于阵列2903b限定的路径的移动来致动。当杂散标记物2917b移动(按压)时，系统知道在探针尖端2907b的位置处捕获转变点。如果阵列能够围绕如图29b所示手柄的轴线旋转，那么杂散标记物2917b将仍然处于相同的位置，因为它和手柄的轴线成一直线。图29b的此实施例在图30a和30b中更详细地示出。在图30a中，柱塞处于初始延伸位置，并且在图30b中，柱塞已按下，以指示探针尖端2907b的位置和定向应被捕获为转变点。
[0136]
也有可能具有夹到阵列上的不同类型的杂散标记物。这类可拆卸的杂散标记物可以允许具有阵列的任何探针或器械经由具体杂散标记物的移动捕获具体工具位置和定向。图31a和31b说明附接到阵列3103的面的中心的杂散标记物3111，其包括固定标记物3105-1、3105-2、3105-3和3105-4。当按压按钮3117时，可捕获探针尖端位置和定向。
[0137]
可使探针尖端与螺钉或其它杆固持植入物介接，使得当探针尖端与相容螺钉接合时，可确定螺钉/头部的精确位置和定向。举例来说，如图32d所示，脊柱植入物螺钉3251可
具有被配置成将螺钉紧固到骨骼中的螺纹3257和被配置成接收手术杆106的钟形部件头部3255。钟形部件头部3255可具有被配置成接收手术杆106的u形凹槽3259和被配置成接收锁定帽3261以将杆锁定进入适当位置的螺纹凹槽。举例来说，在放置杆之后，锁定帽3261可将螺钉旋拧到钟形部件头部3255的上部部分中。
[0138]
如图32a所示，探针尖端3207a可为具有与螺钉的钟形部件头部的中心介接(在放置杆和锁定帽之前)的圆柱形中心3208a的桨形。图32a的探针几何形状可允许其用于操纵钟形部件头部3255，更好地表示杆将面向的方向。因为探针尖端3207a的桨部分与钟形部件头部的u形凹槽对准，并且圆筒形部分与锁定帽的开口对准，所以当正确放置时，探针尖端3207a将与钟形部件头部的中心和杆通过钟形部件头部方向对准，允许确定u形开口的位置和对准。
[0139]
如图32b所示，侧负载探针3207b可与不能从顶部进入的不同连接器或螺钉介接。探针的钩3210b将表示杆并且允许捕获具体轨迹而不需要顶部进入。图32c示出与连接器3221c(具有在连接器3221c内的钩3210b)介接的侧负载探针3207b。
[0140]
下文根据本发明概念的一些实施例讨论杆弯曲系统10的软件和/或控制部件。
[0141]
本发明概念的一些实施例的软件和/或控制部件(例如控制器102)可提供使用显示器118在患者图像上叠加捕获的转变的方式。利用转变点，控制器/软件可控制弯曲机器人100成形植入物用于可操作使用。此外，在成形植入物之前，用户(例如外科医生)还可标记转变点以对应于可需要弯曲的患者的解剖结构(例如s1-s4椎骨)，这是在图33中说明的特征。如图33所示，在正交平面/视图(例如矢状和冠状平面)中获取的上和下视图中说明四个转变点，并且这些转变点被识别为第一、第二、第三和第四骶椎骨(即，s1、s2、s3和s4)。这些转变点可使用相机114光学确定，以确定探针尖端在相应螺钉或其它植入物中的放置，例如，如上文关于图29a、29b、30a、30b、31a、31b、32a、32b和32c讨论。因为转变点可基于现有脊柱对准来确定，所以用户(例如外科医生)可在起动杆弯曲之前调节在显示器118上的转变点，如由在图33的视图中的每个中的最左边转变点处的圆圈和箭头指示。
[0142]
采集转变点的控制器/软件操作可包括手术前和/或手术中工作流程，例如，如下文所讨论。
[0143]
下文讨论手术中采集转变点。
[0144]
为了跟踪附接点采集，控制器/软件可具有在相应螺钉处(在螺钉放置之后)自动捕获杆附接点的能力，包括螺钉头部定向和位置。上文讨论用于捕获这类杆附接点的探针。然后使用控制器/软件，用户(例如外科医生)可将此捕获的信息发送到杆弯曲机(例如杆弯曲机器人)，以成形杆植入物，用于临床使用。
[0145]
控制器/软件可提供例如基于在相机空间中探针的位置和/或探针相对于患者固定跟踪阵列的位置使用相机114光学捕获附接点的方式。控制器/软件可基于来自相机114的信息跟踪探针位置，并且响应于相对于相机114的杂散移动(例如使用可移动杂散标记物/反射器，如上文关于图29a、29b、30a、30b、31a和/或31b讨论)或响应于用户接口(ui)动作(例如经由显示器118的触敏部分、物理按钮、控制杆等)捕获探针尖端的当前位置/定向。用户(例如外科医生)海能够在弯曲/成形植入物之前在转变点的基本方向上进行调节，如图34所示。在图34中，已经输入(例如光学捕获)在第一、第二、第三和第四骶椎骨中的螺钉的初始转变点(即，s1、s2、s3和s4)，其中选择第一骶椎骨s1的转变点用于如由在屏幕的右
侧上突显“s1”和在矢状和冠状视图中围绕s1转变点显示圆圈来指示调节。在此配置中，用户(例如外科医生)可调节在矢状视图和/或冠状视图中s1转变点的位置，以影响在三维中s1转变点的移动。可选择并且以相似方式调节其它转变点中的任一个(例如，s2、s3和/或s4转变点)。调节可响应于通过显示器118的触敏部分的用户输入和/或响应于通过单独的用户输入接口(例如鼠标、操纵杆、轨迹球、键盘等)的用户输入通过控制器/软件执行。举例来说，用户可触碰在显示器118右侧上的相应标记(例如“s1”、“s2”、“s3”或“s4”)，以选择相应转变点，或用户可触碰在矢状视图或冠状视图中的转变点，以选择转变点。一旦选择转变点，用户可在矢状视图中触碰和拖动选择的转变点，以调节在矢状平面中转变点的位置，和/或用户可在冠状视图中触碰和拖动选择的转变点，以调节在冠状视图中转变点的位置。
[0146]
根据一些实施例，透视可用于附接点采集(也被称作捕获)。grb可手术中使用透视图像构建用于杆的弯曲计划。用户(例如外科医生)可捕获患者的透视图像。控制器/软件将基于螺钉放置自动定位和标记用于杆的附接点，如图35所示。用户(例如外科医生)将能够查看如图35所示在矢状和冠状视图中的这些点，并且有用/必需的调节，以获得用于杆的期望弯曲计划。
[0147]
一旦用户(例如外科医生)审查并且接受弯曲计划，grb将成形用于手术使用的杆植入物。
[0148]
在图35中说明基于在透视中的螺钉位置成形杆植入物。在图35中，显示器118提供两个正交透视图像，其中5个脊柱螺钉被识别用于放置手术杆106，并且5个螺钉被识别为用于第一、第二、第三、第四和第五骶椎骨(即，s1、s2、s3、s4和s5)的螺钉。控制器/软件可基于相应螺钉的位置自动识别杆的五个说明的初始转变点，并且基于初始转变点产生用于杆的初始弯曲计划。用户(例如外科医生)可然后在显示器118上选择转变点进行调节(例如通过选择/触碰在显示器118的右侧上的相应标记，或通过选择/触碰在矢状或冠状视图中的相应转变点)。在图35中，选择对应于s1椎骨的转变点进行调节，如由在显示器118的右侧上突显标记“s1”的框和相应转变点周围的圆圈(具有箭头)指示。用户可选择和调节转变点中的一个或多个，以在起动实际杆弯曲之前提供用于杆的修改的弯曲计划。可如上文关于图34讨论来提供选择和/或调节。
[0149]
下文根据本发明概念的一些实施例讨论手术前操作。
[0150]
根据一些实施例，螺钉计划可用于产生用于杆的弯曲计划。控制器/软件可允许外科医生基于使用excelsiusgps系统创建的附接点放置计划用于手术杆植入物的形状(也被称作弯曲计划)。在这类实施例中，手术前成像(例如cat扫描成像、mri成像、透视成像等)可用于在显示器118上提供在不同(例如正交)平面(例如矢状和冠状平面)中的患者的解剖结构(例如脊柱)的图像。控制器/软件可然后接受用户输入(例如使用显示器118的触敏部分)，以在显示器上放置用于所述过程的虚拟的螺钉，提供用于所述过程的螺钉计划。在放置虚拟的螺钉植入物之后，控制器/软件可自动识别每个虚拟螺钉的杆放置点，以提供用于初始杆弯曲计划的初始转变点，并且用户可修改初始转变点中的一个或多个以提供用于产生用于杆的修改的弯曲计划的修改的转变点。一旦用户批准弯曲计划，用户就可将弯曲计划(例如手术形状)发送到杆弯曲机，并且成形杆植入物，以固定到螺钉的附接点。
[0151]
基于手术前虚拟螺钉放置产生杆弯曲计划可相似于上文基于实际螺钉放置关于图33、34和35讨论的手术中弯曲计划。用手术中和手术前弯曲计划，可基于相应(真实或虚
拟的)螺钉放置产生用于杆的初始弯曲计划的初始转变点，并且用户可调节初始转变点中的一个或多个，中产生用于杆的最终弯曲计划。用于虚拟螺钉放置的成像可相似于图33、34和/或35，例外为基于用户输入通过控制器/软件添加虚拟螺钉的图像(与包括为原始成像的一部分相反。
[0152]
如果外科医生不使用gps插入实际的螺钉植入物，那么控制器/软件仍然可用其它手段基于虚拟/真实附接/螺钉点放置成形手术植入物，其条件是以转悠的格式产生计划。在放置真实/虚拟的螺钉植入物之后，用户可将弯曲计划发送到grb，所述grb将然后成形杆，以允许固定到螺钉附接点。
[0153]
还可根据本发明概念的一些实施例提供在手术前和手术中计划之间的计划合并。控制器/软件可提供组合两种或更多种计划以形成合并计划的方式。用户将能够根据期望弯曲位置中的每个的精度分配给用于计算合并弯曲计划的预测计划权重，如例如图36所示。
[0154]
不管是否使用实际或虚拟的螺钉放置来产生用于手术杆弯曲计划，控制器102都可产生弯曲计划以：1)将在杆上的点配合到相应转变点(对应于相应附接植入物，例如螺钉)；和2)在每个转变点处使杆的轨迹定向，以匹配相应附接植入物的轨迹(例如相应螺钉的钟形部件头部的轨迹/方向)。因此，用于杆的弯曲计划可考虑附接植入物(例如螺钉)的位置和附接植入物的定向(例如螺钉的钟形部件头部的定向)。
[0155]
根据本发明概念的一些实施例，可提供基于软件的植入物成形验证。
[0156]
在成形植入物之后，控制器/软件可使用下文讨论的一个或多个方法提供植入物正确成形的验证。
[0157]
在完成杆弯曲之后但是在切割杆之前，可如下文论述提供尖端验证。
[0158]
使用在系统基部上的跟踪阵列2815，用户可能够在完成弯曲之后但是在切割杆之前将跟踪的器械的尖端触碰到杆植入物的尖端/末端。可在显示器118上向用户提供弯曲精度的数值估计用于形状验证。基于预期的弯曲计划，控制器/软件可确定在完成所有弯曲之后杆的尖端/末端的计划/计算的位置，并且可将计划/计算的杆的尖端/末端的位置与尖端/末端的实际位置比较，以产生杆形状的精度的数值估计。因此单个数据点可用于提供杆形状的整体精度的数值估计。
[0159]
在完成杆弯曲之后但是在切割杆之前，可如下文论述提供形状验证。
[0160]
使用在系统基部上的跟踪阵列2815，用户可能够在植入物的长度和对应于相应杆位置的样品探针位置上运行圆形探针，以产生在完成杆弯曲之后但是在切割杆之前杆形状的精度的数值估计。基于预期的弯曲计划，控制器/软件可确定沿用于杆的弯曲计划的长度的计划/计算的位置，并且可将这些计划/计算的位置与在沿实际弯曲杆的长度的对应的位置处的实际采样的探针位置比较，以产生杆形状的精度的数值估计。因此多个数据点可用于提供杆形状的整体精度的数值估计。
[0161]
在完成杆弯曲之后并且在切割杆之后，可如下文论述提供工具验证。
[0162]
使用两个跟踪的器械/探针，用户可在完成弯曲之后并且在切割之前/之后，触碰植入物的两个末端以使用基于其中杆植入物的尖端相对于杆植入物的中心的计算来验证形状精度。基于预期弯曲计划，控制器/软件可确定在杆的两个尖端/末端之间的计划/计算的距离，并且可基于使用相机114和跟踪的探针的弯曲杆的实际尖端/末端的光学确定来确
定实际弯曲杆的两个尖端/末端之间的实际距离。
[0163]
下文根据本发明概念的一些实施例讨论杆植入物的放置。
[0164]
在检查/确保杆植入物形状/特性(例如弯曲、长度等)的精度之后，用户可切割杆植入物，并且然后将植入物放置到螺钉头部的钟形部件中，并且使用相应锁定帽将杆紧固在每个螺钉中。
[0165]
在自动杆弯曲机已弯曲杆之后，用户(例如外科医生)可能难以知道杆相对于脊柱的正确定向。即使在用户(例如外科医生)能够确定杆的正确定向之后，用户(例如外科医生)可能需要将杆的末端固定到第一/最后一个螺钉，以提供/确保在将杆固定到其它/剩余螺钉时不滑动。将杆固定到最后/第一个螺钉还可有助于提供/确保杆精确地落在需要的位置，而不使杆在螺钉上滑动。
[0166]
以下方法可帮助用户(例如外科医生)使杆106相对于脊柱定向和/或将杆106固定在第一/最后一个螺钉上。
[0167]
根据一些实施例，可在切割之前将额外的弯曲3701添加到杆106，如图37所示。
[0168]
可使用自动杆弯曲机将额外的弯曲3701添加到已经弯曲杆106的末端。可使用额外的弯曲3701辅助用户(例如外科医生)使杆定向和/或减小/防止杆在所述过程期间/之后滑动，例如，如图37所示。如图37所示，额外的弯曲3701可阻止弯曲杆106向左滑动通过螺钉3705(如在末端上的多轴螺钉)的钟形部件头部3703，同时将杆紧固到其它螺钉(未示出)。当杆正确定位时，额外弯曲也可通过抵靠钟形部件头部3703提供“止挡”来辅助杆相对于第一/最后一个螺钉3805正确放置。此外，额外弯曲3701的方向可用于指示杆相对于螺钉3705的正确旋转。举例来说，在额外弯曲3701和杆末端3711之间的杆的部分可被配置成当杆处于正确旋转位置时水平(或垂直)铺放。通过提供在额外弯曲3701和杆3711的末端之间的杆的部分被配置成在相对于在钟形部件头部中的u形开口的侧正交的方向上延伸，弯曲可用作相对于在图37中杆106向左方3706滑动的“止挡”。
[0169]
根据一些实施例，在杆106上的标记3821可用于使杆106如图38所示定向。许多脊柱杆可以不同的虚或实中线标记3821开始，如图38所说明。可按照以下操作将中线3821用作定向标记物。
[0170]
根据一些实施例，杆106可以中线3821面向上的方式插入到杆弯曲机(例如杆进给子组件104)中。在杆弯曲机上也可存在中心线，帮助用户杆与此线匹配。这可被称为在起动弯曲之前杆106的起始位置。
[0171]
根据一些实施例，杆弯曲机控制器/软件可精确知道实现3d弯曲杆需要经历的总旋转。
[0172]
在弯曲操作开始时，杆弯曲机可将杆旋转到这类位置，使得在杆已通过杆弯曲机完全弯曲之后，当定向为旨在用于固定到患者时，中线面向上。
[0173]
根据一些实施例，可如图39所示在杆106的末端处提供生物相容的帽3901。
[0174]
如图39所说明的生物相容的帽3901可放置在杆106的末端处，以帮助用户(例如外科医生)确定在杆106弯曲之后杆106相对于脊柱的定向，并且同时减小/防止杆在多轴螺钉头部上的滑动。帽可需要放置在杆106的前部末端上(即，首先进给到杆进给子组件104和弯曲子组件110中的末端，例如定位在最后一个螺钉上)，因为切割杆的另一个末端。帽可旋拧或压入杆的末端。在杆已固定到脊柱之后，可移除帽。如相对于上文讨论实施例提到，控制
器/软件可精确知道杆必须经历的旋转的量以便于3d(三维)弯曲。在杆插入到杆弯曲机中之后(但是在起动弯曲之前)，可以在帽上的支座特征3903面向上的这类方式放置帽，且该支座特征帮助将弯曲杆定向到脊柱。这可指示起始位置。现在杆弯曲机可将杆旋转到一个位置，使得在杆完全弯曲之后，支座特征3903当正确定向用于固定到患者时面向上。以此方式，当将杆放置/固定到脊柱螺钉时，可向用户(例如外科医生)指示杆的期望定向。
[0175]
根据本发明概念的一些实施例，可在整个杆弯曲操作期间维持机械壳体121(也被称作顶部组件)无菌。具体地，机械壳体121可与高压釜灭菌相容，并且无菌盖层可用于将马达壳体122与无菌手术环境隔离，同时提供在机械和马达壳体之间的机械联接。在杆弯曲操作期间，因此杆与无菌机械壳体121的部件接触，同时杆与可与高压釜灭菌不相容的马达壳体122隔离。
[0176]
根据本发明概念的一些实施例，将杆弯曲机系统放置在推车上可改善系统的运动性。
[0177]
根据本发明概念的一些实施例，可对牺牲杆(与实际杆植入物匹配)执行自动回弹方程计算，以使得杆弯曲机能够在没有任何关于杆的材料/回弹特性的先前数据的情况下弯曲任何材料的杆。
[0178]
根据本发明概念的一些实施例，杆弯曲系统可能够基于多种不同采集方法无缝捕获和成形手术杆植入物。开放平台设计可允许用户选择最适合患者的植入系统。
[0179]
根据本发明概念的一些实施例，杆弯曲系统还可能够在低于两分钟内快速成形杆植入物，减少患者在麻醉下的时间量，以及减小当插入杆植入物时对患者的压力。
[0180]
根据本发明概念的一些实施例，杆弯曲系统可使用患者特定转变点(包括基于透视产生的实时转变点)捕获附接点。这可辅助产生用于附接/弯曲计划的最佳配合形状。
[0181]
图40为说明杆弯曲系统10的控制器102的元件框图。如图所示，控制器102可包括与输入接口4001(也被称作输入接口电路或输入接口电路系统)耦合的处理器4007(也被称作处理器电路或处理器电路系统)、输出接口4003(也被称作输出接口电路或输出接口电路系统)、控制接口4005(也被称作控制接口电路或控制接口电路系统)和存储器4009(也被称作存储器电路或存储器电路系统)。存储器4009可包括计算机可读程序代码，所述计算机可读程序代码在通过处理器4007执行时使处理器4007执行根据本文中所公开的实施例的操作。根据其它实施例，处理器电路4007可被限定为包括存储器，使得不需要单独的存储器电路。
[0182]
如本文所讨论，根据本公开的一些实施例控制杆弯曲系统的操作可通过包括处理器4007、输入接口4001、输出接口4003和/或控制接口4005的控制器102执行。举例来说，处理器4007可通过输入接口4001接收用户输入，并且这类用户输入可包括通过显示器118的触敏部分和/或通过其它用户输入，如(多个)键盘、(多个)操纵杆、(多个)轨迹球、(多个)鼠标等接收的用户输入。处理器4007还可通过输入接口5001从相机114接收光学输入信息和/或从弯曲机器人100接收反馈信息。处理器4007可通过输出接口4003提供输出，并且这类输出可包括在显示器118上呈现图形/视觉信息的信息。处理器4007可通过控制接口4005将机器人控制信息/指令提供到弯曲机器人100，并且可使用机器人控制指令例如控制杆进给子组件106、制动子组件108和/或弯曲子组件110的操作。
[0183]
图41说明根据本发明概念的一些实施例的控制器102的操作。
[0184]
在框4101，处理器4007可提供对应于相应附接植入物(例如螺钉)的转变点的集合。可基于例如以下中的至少一个提供转变点的集合：使用相机114(例如使用附接植入物的点的跟踪探针)光学捕获附连到患者的附接植入物的位置；在医学图像中实际附接植入物的位置；和/或在医学图像中虚拟附接植入物的位置。
[0185]
在框4105，处理器4007可基于转变点的集合产生用于手术杆的弯曲计划。弯曲计划例如可在沿手术杆的相应弯曲位置和对应的旋转位置处限定多个弯曲角度。
[0186]
在框4109，处理器4007可产生图像输出(通过输出接口4003提供到显示器118)，以在显示器118上呈现转变点的集合和弯曲计划，如上文例如关于图33、34、35和36讨论。如在图33、34、35和36的实施例中示出，可产生图像输出，以在显示器118的第一部分上的第一平面(例如矢状平面)中呈现转变点的集合和弯曲计划，并且在显示器118的第二部分上的第二平面(例如冠状平面)中呈现转变点的集合和弯曲计划，其中第一和第二平面不同(例如正交)。如在图35的实施例中示出，可产生图像输出，以在显示器118上呈现转变点的集合和弯曲计划以及医学图像(例如计算机断层摄影法ct扫描图像、磁共振成像mri图像和/或透视图像)。如另外在图35中示出，可产生图像输出，以在显示器118上呈现转变点的集合和弯曲计划，其中医学图像包括真实/虚拟附接植入物(例如螺钉)。
[0187]
在框4111，处理器4007可响应于接收继续进行的用户输入(通过输入接口4001)继续进行杆弯曲。举例来说，用户(例如外科医生)可在显示器118上调节转变点中的一个或多个，以在实际弯曲手术杆之前调节弯曲计划。
[0188]
在框4131，牺牲杆106'可用于在弯曲手术杆之前确定手术杆106的回弹特性，例如，如上文关于图27和28讨论。响应于在框4111接受/使用弯曲计划的用户输入，处理器4007可产生图像输出(通过输出接口4003提供到显示器118)，以在显示器118上呈现提示以将牺牲杆106'装载到弯曲机器人100中，并且一旦已装载牺牲杆，处理器4007就可继续进行使用牺牲杆106'确定手术杆的回弹特性。处理器4007可响应于基于来自弯曲机器人100和/或相机118的反馈(通过输入接口4001接收)和/或基于完成装载的用户输入(例如通过显示器118的触敏部分和输入接口4001接收)确定装载牺牲杆来继续进行回弹特性确定。
[0189]
如上文所讨论，回弹特性可基于检测的在两个不同的弯曲角度下的牺牲杆106'的回弹确定。因此，处理器4007可产生在第一测试位置处将牺牲杆106'弯曲到第一测试弯曲角度的指令(通过控制接口4005提供到弯曲机器人100)，并且响应于此指令，弯曲机器人100的杆进给子组件104可将牺牲杆106'进给到第一测试位置，制动子组件108可将牺牲杆106'锁定在第一测试位置，并且弯曲子组件110可将牺牲杆弯曲到第一测试弯曲角度。然后处理器4007可例如基于通过相机114接收的光学反馈和/或基于检测在松开之后弯曲子组件重新接合牺牲杆的点确定从第一测试弯曲角度的第一回弹。然后，处理器4007可产生在第二测试位置处将牺牲杆106'弯曲到第二测试弯曲角度的指令(通过控制接口4005提供到弯曲机器人100)，并且响应于此指令，弯曲机器人100的杆进给子组件104可将牺牲杆106'进给到第二测试位置，制动子组件108可将牺牲杆106'锁定在第二测试位置，并且弯曲子组件110可将牺牲杆106'弯曲到第二测试弯曲角度。然后处理器4007可例如基于通过相机114接收的光学反馈和/或基于检测在松开之后弯曲子组件重新接合牺牲杆106'的点确定从第二测试弯曲角度的第二回弹。然后处理器4007可基于从牺牲杆106'的第一测试弯曲角度的第一回弹和从牺牲杆106'的第二测试弯曲角度的第二回弹确定手术杆的回弹特性。虽然在
产生弯曲计划之后示出确定回弹特性，但是可在杆弯曲之前的任何时间确定回弹特性。
[0190]
一旦已确定手术杆106的回弹特性，处理器4007就可在显示器118上产生提示，以将手术杆106装载到弯曲机器人100中，并且已装载一旦手术杆，处理器4007就可继续进行如下文所论述的框4135的弯曲操作。处理器4007可响应于基于来自弯曲机器人100和/或相机118的反馈(通过输入接口4001接收)和/或基于完成装载的用户输入(例如通过显示器118的触敏部分和输入接口4001接收)确定装载手术杆来继续进行弯曲操作。
[0191]
在框4135，处理器4007可基于在框4131的弯曲计划和基于手术杆的回弹特性产生弯曲手术杆的指令。因此，可提供用于每个弯曲的指令，使得弯曲子组件110将手术杆(基于回弹特性)弯曲超过期望弯曲角度，使得在回弹之后达到期望弯曲角度。在图44中更详细说明框4135的杆弯曲操作。
[0192]
在框4401，处理器4007可产生将手术杆进给到多个弯曲位置的第一弯曲位置的指令(通过控制接口4005提供到弯曲机器人100)。响应于此指令，杆进给子组件104可将手术杆进给到第一弯曲位置。
[0193]
在框4405，处理器4007可产生将手术杆旋转到第一旋转位置的指令(通过控制接口4005提供到弯曲机器人100)。响应于此指令，杆进给子组件104可将手术杆旋转到第一旋转位置。
[0194]
在框4409，处理器4007可产生将手术杆弯曲到多个弯曲角度的第一弯曲角度同时手术杆维持在第一弯曲位置和第一旋转位置处的指令(通过控制接口4005提供到弯曲机器人100)。响应于此指令，制动子组件108可将手术杆锁定在第一弯曲位置和第一旋转位置，同时弯曲子组件110将手术杆弯曲到第一弯曲角度(例如根据回弹特性将手术杆弯曲超过第一弯曲角度，使得在完成操作之后达到第一弯曲角度)。
[0195]
在框4411，处理器4007可产生(4401)将手术杆进给到多个弯曲位置的下一个弯曲位置的指令(通过控制接口4005提供到弯曲机器人100)。响应于此指令，杆进给子组件104可将手术杆进给到下一个弯曲位置。
[0196]
在框4415，处理器4007可产生将手术杆旋转到下一个旋转位置的指令(通过控制接口4005提供到弯曲机器人100)。响应于此指令，杆进给子组件104可将手术杆旋转到下一个旋转位置。
[0197]
在框4419，处理器4007可产生将手术杆弯曲到多个弯曲角度的下一个弯曲角度同时手术杆维持在下一个弯曲位置和下一个旋转位置处的指令(通过控制接口4005提供到弯曲机器人100)。响应于此指令，制动子组件108可将手术杆锁定在下一个弯曲位置和下一个旋转位置，同时弯曲子组件110将手术杆弯曲到下一个弯曲角度(例如根据回弹特性将手术杆弯曲超过下一个弯曲角度，使得在完成操作之后达到下一个弯曲角度)。
[0198]
对于提供的弯曲计划的每个弯曲，可重复框4411、4415和4419的操作，以将手术杆配合到对应于转变点的附接植入物(例如螺钉)，直到在框4421完成杆弯曲。
[0199]
根据一些实施例，可执行操作4431、4435和4439，以提供被配置成提供相对于对应于最后一个转变点的附接植入物(例如螺钉)的止挡的最终弯曲(也被称作额外弯曲)。上文关于图37讨论这类弯曲。
[0200]
在框4431，处理器4007可在弯曲计划的最后一个转变点之后产生将手术杆进给到最终弯曲位置的指令(通过控制接口4005提供到弯曲机器人100)。响应于此指令，杆进给子
组件104可将手术杆进给到最终弯曲位置。
[0201]
在框4435，处理器4007可产生将手术杆旋转到最终旋转位置的指令(通过控制接口4005提供到弯曲机器人100)。响应于此指令，杆进给子组件104可将手术杆旋转到最终旋转位置。
[0202]
在框4439，处理器4007可产生将手术杆弯曲到最终弯曲角度同时手术杆维持在最终弯曲位置和最终旋转位置处的指令(通过控制接口4005提供到弯曲机器人100)。响应于此指令，制动子组件108可将手术杆锁定在最终弯曲位置和最终旋转位置，同时弯曲子组件110将手术杆弯曲到最终弯曲角度。如上所述，最终弯曲角度可被配置成提供相对于对应于最后一个转变点的附接植入物的止挡。
[0203]
根据一些实施例，在执行每个操作时，可将来自图44的不同框的指令分别提供到弯曲机器人100，或可将来自图44的不同框的指令一起提供到弯曲机器人100，使得弯曲机器人用一些自主性可执行一组框的指令。根据一些实施例，控制器102可被限定包括在弯曲机器人100处的控制元件，并且根据一些其它实施例，弯曲机器人100可包括从控制器102接收指令的单独的控制器，以基于来自控制器102的指令控制在弯曲机器人100处的弯曲操作。
[0204]
在图41的框4139，处理器4007可在完成在弯曲位置中的每个处弯曲手术杆之后基于弯曲计划和基于通过相机114接收的光学反馈验证手术杆的形状。举例来说，光学反馈可用于基于使用相机118跟踪的探针的位置识别在空间中杆的至少一个点的位置。举例来说，可如上文相对于植入物成形验证(例如尖端验证、形状验证、工具验证等)讨论执行这类验证。举例来说，处理器4007可确定在显示器118上提供的数值验证评分，和/或可在显示器118上提供合格/不合格指示。
[0205]
在框4141，处理器4007可在完成在弯曲位置中的每个处弯曲手术杆之后产生切割手术杆的指令(通过控制接口4005提供到弯曲机器人100)。响应于此指令，弯曲机器人100可切割手术杆以移除那里的多余部分，使得手术杆可紧固到附接植入物(螺钉)。虽然根据一些实施例，切割手术杆的指令可遵循验证杆形状的指令，但是根据一些其它实施例，可颠倒顺序。
[0206]
图42说明根据本发明概念的一些实施例的控制器102的操作。
[0207]
在框4201，处理器4007可提供对应于相应附接植入物(例如螺钉)的转变点的集合。可基于例如以下中的至少一个提供转变点的初始集合：使用相机114(例如使用附接植入物的点的跟踪探针)光学捕获附连到患者的附接植入物的位置；在医学图像中实际附接植入物的位置；和/或在医学图像中虚拟附接植入物的位置。
[0208]
在框4205，处理器4007可基于转变点的初始集合产生用于手术杆初始弯曲计划。初始弯曲计划例如可在沿手术杆的相应弯曲位置和对应的旋转位置处限定多个弯曲角度。
[0209]
在框4209，处理器4007可产生初始图像输出(通过输出接口4003提供到显示器118)，以在显示器118上呈现转变点的初始集合和初始弯曲计划，例如，如上文关于图33、34和35讨论。如在图33、34和35的实施例中示出，可产生图像输出以在显示器118的第一部分上的第一平面(例如矢状平面)中呈现转变点的初始集合和初始弯曲计划，并且在显示器118的第二部分上的第二平面(例如冠状平面)中呈现转变点的初始集合和初始弯曲计划，其中第一和第二平面不同(例如正交)。如在图35的实施例中示出，可产生初始图像输出，以
在显示器118上呈现转变点的初始集合和初始弯曲计划以及医学图像(例如计算机断层摄影法ct扫描图像、磁共振成像mri图像和/或透视图像)。如在图35中另外示出，可产生初始图像输出，以在显示器118上呈现转变点的初始集合和弯曲计划，其中医学图像包括真实/虚拟附接植入物(例如螺钉)。
[0210]
在显示器118上提供初始图像输出之后，处理器4007可接受用户输入以调节如下文所讨论的一个或多个转变点的初始集合。在框4211和4215处，处理器4007可接受用户输入，以调节转变点中的一个。如上文关于图33、34和35讨论，例如可选择(例如经由显示器118的触敏部分或其它用户输入)并且移动/拖动(例如经由显示器118的触敏部分或其它用户输入)转变点中的一个(例如转变点s1，如图所示)。响应于调节转变点(例如转变点s1，如图所示)的用户输入，在框4219，处理器4007可调节转变点以提供调节的转变点的集合。
[0211]
在框4221，处理器4007可基于调节的转变点的集合产生用于手术杆调节的弯曲计划。因此调节的弯曲计划可在沿基于调节的转变点确定的手术杆的相应调节的弯曲位置和对应的调节旋转位置处限定调节多个弯曲角度。
[0212]
在框4225，处理器4007可产生调节的图像输出(通过输出接口4003提供到显示器118)，以在显示器118上呈现调节的转变点的集合和调节的弯曲计划。可产生调节的图像输出，以在显示器118的第一部分上的第一平面(例如矢状平面)中呈现调节的转变点集合和调节的弯曲计划，并且在显示器118的第二部分上的第二平面(例如冠状平面)以呈现调节的转变点的集合和调节的弯曲计划，其中第一和第二平面不同(例如正交)。此外，可产生图像输出，以在显示器118上呈现调节的转变点的集合和调节的弯曲计划以及医学图像(例如计算机断层摄影法ct扫描图像、磁共振成像mri图像和/或透视图像)。此外，可产生调节的图像输出，以在显示器118上呈现调节的转变点的集合和调节的弯曲计划，其中医学图像包括真实/虚拟附接植入物(例如螺钉)。
[0213]
框4211、4215、4219、4221、4225和4229的操作可重复任何次数以调节任何数量的转变点任何次，直到在框4229接收(例如通过显示器118的触敏部分或其它用户输入装置)接受弯曲计划的用户输入。如果在框4221没有提供用户输入，那么可在框4229接受初始弯曲计划，以提供接受的弯曲计划。如果在框4211、4215、4219处调节一个或多个转变点，那么可在框4221产生一个或多个调节的弯曲计划，并且最终调节的弯曲计划可变成接受的弯曲计划。然后，所得接受的弯曲计划可用于继续进行框4131、4135、4139和/或4141的操作，这可如上文关于图41讨论来执行。
[0214]
图43说明根据本发明概念的再其它实施例的控制器102的操作。
[0215]
在框4301，处理器4007可提供对应于相应附接植入物的转变点的第一集合。可基于例如以下中的至少一个提供转变点的第一集合：使用相机114(例如使用附接植入物的点的跟踪探针)光学捕获附连到患者的附接植入物的位置；在医学图像中实际附接植入物的位置；和/或在医学图像中虚拟附接植入物的位置。
[0216]
在框4305，处理器4007可基于转变点的第一集合产生用于手术杆调节的第一弯曲计划。第一弯曲计划例如可在沿手术杆的相应弯曲位置和对应的旋转位置处限定第一多个弯曲角度。
[0217]
在框4309，处理器4007可提供对应于相应附接植入物的转变点的第二集合，其中转变点的第一和第二集合不同。可基于例如以下中的至少一个提供转变点的第二集合：使
用相机114(例如使用附接植入物的点的跟踪探针)光学捕获附连到患者的附接植入物的位置；在医学图像中实际附接植入物的位置；和/或在医学图像中虚拟附接植入物的位置。举例来说，可基于手术前医学成像提供转变点的第一集合，其中将虚拟附接植入物(例如螺钉)放置在其中，并且在固定真实/实际附接implants(例如螺钉)之后，可基于手术中医学成像提供转变点的第二集合。
[0218]
在框4311，处理器4007可基于转变点的第二集合产生用于手术杆的第二弯曲计划，其中第一和第二弯曲计划不同。第二弯曲计划例如可在沿手术杆的相应弯曲位置和对应的旋转位置处限定第二多个弯曲角度。
[0219]
在框4315，处理器4007可基于合并第一和第二弯曲计划和/或基于合并转变点的第一和第二集合产生用于手术杆的第三弯曲计划，例如，如上文关于图36讨论。此外，处理器4007可基于合并转变点的第一和第二集合产生转变点的第三集合。举例来说，处理器4007可基于平均/合并第一和第二集合的相应转变点和/或基于确定在第一和第二集合的相应转变点之间的中点产生第三集合的转变点。处理器4007可基于转变点的第三集合产生用于手术杆的第三弯曲计划。因此，第三弯曲计划(也被称作合并弯曲计划)可在沿手术杆的相应弯曲位置和对应的旋转位置处限定多个弯曲角度。
[0220]
在框4325，处理器4007产生图像输出(通过输出接口4003提供显示器118)，以在显示器118上呈现第一、第二和第三弯曲计划，例如，如上文关于图36讨论。
[0221]
如图36的实施例中示出，可产生图像输出，以在显示器118的第一部分上的第一平面(例如矢状平面)中呈现转变点和第一、第二、第三集合所述相应第一、第二和第三弯曲计划，并且在显示器118的第二部分上的第二平面(例如冠状平面)中呈现转变点的第一、第二和第三集合和相应第一、第二和第三弯曲计划，其中第一和第二平面不同(例如正交)。此外，可产生图像输出，以在显示器118上呈现转变点的集合和弯曲计划以及医学图像(例如计算机断层摄影法ct扫描图像、磁共振成像mri图像和/或透视图像)。此外，可产生图像输出，以在显示器118上呈现转变点的集合和弯曲计划，其中医学图像包括真实/虚拟附接植入物(例如螺钉)。
[0222]
在框4319，处理器4007可在继续进行框4131、4135、4139和/或4141的操作之前等待用户接受第三弯曲计划。举例来说，处理器4007可等待直到在框4329接收(例如通过显示器118的触敏部分或其它用户输入装置)接受第三弯曲计划的用户输入。虽然在图43中未明确示出，但是相似于图42的那些的操作可允许用户在接受第三弯曲计划之前调节用于产生相应弯曲的转变点的第一、第二和/或第三集合中的一个或多个。然后，所得接受的弯曲计划可用于继续进行框4131、4135、4139和/或4141的操作，这可如上文关于图41讨论来执行。
[0223]
在本发明概念的各种实施例的上述描述中，应理解，本文使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，并不旨在限制本发明概念。除非另外定义，否则本文使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有与本发明概念所属领域的普通技术人员通常理解的含义相同的含义。应进一步理解，如在常用词典中定义的那些术语应被解释为具有与其在本说明书的上下文和相关领域中的含义一致的含义，并且除非本文明确定义，否则不应在理想化或过度正式的意义上解释。
[0224]
当一个元件被称为“连接”、“联接”、“响应”或其变型于另一个元件时，它可直接连接、联接或响应于另一个元件，或可存在中间元件。相比之下，当一个元件被称为“直接连
接”、“直接联接”、“直接响应”或其变型于另一个元件时，不存在中间元件。相同的数字始终指代相同的元件。此外，如本文中所使用的“联接”、“连接”、“响应”或其变型可包括无线联接、连接或响应。如本文所用，除非上下文另外明确指示，否则单数形式“一(a/an)”和“所述(the)”旨在也包括复数形式。为了简洁和/或清楚起见，可能未详细描述众所周知的功能或配置。术语“和/或”包括相关联的所列项中的一个或多个中的任一个以及所有组合。
[0225]
应理解，尽管本文中可使用术语第一、第二、第三等来描述各种元件/操作，但这些元件/操作不应受这些术语的限制。这些术语仅用于将一个元件/操作与另一个元件/操作区分开。因此，在不脱离本发明概念的教导内容的情况下，在一些实施例中的第一元件/操作可在其它实施例中被称为第二元件/操作。在整个说明书中，相同的附图标记或相同的参考标记表示相同或相似的元件。
[0226]
如本文所用，术语“包含(comprise/comprising/comprises)”、“包括(include/including/includes)”、“具有(have/has)”或其变型为开放式的，并且包括一个或多个所陈述的特征、整数、元件、步骤、操作、部件、功能或组，但是不排除一个或多个其它特征、整数、元件、步骤、操作、部件、功能或其组的存在或添加。此外，如本文所用，源自拉丁语短语“例如(exempli gratia)”的通用缩写“e.g.”可用于引入或指定先前提及的项目的一个或多个一般实例，并且不希望限制这类项目。源自拉丁语短语“即(id est)”的通用缩写“i.e.”可用于依据更一般的叙述指定特定项目。
[0227]
本文参考计算机实施的方法、设备(系统和/或装置)和/或计算机程序产品的框图和/或流程图图示来描述实例实施例。应理解，框图和/或流程图图示的框以及在框图和/或流程图图示中的框的组合可由一个或多个计算机电路执行的计算机程序指令来实施。可将这些计算机程序指令提供到通用计算机电路、专用计算机电路和/或其它可编程数据处理电路的处理器电路(也被称作处理器)，以产生机器，使得指令经由计算机和/或其它可编程数据处理设备的处理器，转变和控制晶体管，存储在存储位置的值和其它在这类电路系统内硬件部件执行，以实施在框图和/或流程图框中指定的功能/动作，并且由此产生构件(功能)和/或结构，以实施在框图和/或(多个)流程图框中指定的功能/动作/操作。
[0228]
这些计算机程序指令还可以存储在有形计算机可读介质中，所述有形计算机可读介质可指示计算机或其它可编程数据处理设备以特定方式起作用，使得存储在计算机可读介质中的指令产生包括实施框图和/或流程图框中指定的功能/动作的指令的制品。因此，本发明概念的实施例可体现在如数字信号处理器的处理器上运行的硬件和/或软件(包括固件、常驻软件、微代码等)中，这些处理器可统称为“电路系统”、“模块”或其变型。
[0229]
还应注意，在一些替代实施例中，在框中提到的功能/动作可不按流程图中所示的顺序发生。举例来说，根据所涉及的功能性/动作，连续示出的两个框实际上可大体上同时执行或所述框有时可以相反次序执行。此外，流程图和/或框图的给定框的功能可分成多个框，并且/或流程图和/或框图的两个或更多个框的功能可至少部分集成。最后，可在所示出的框之间添加/插入其它框，和/或可省略框/操作而不脱离本发明概念的范围。此外，尽管一些图包括通信路径上的箭头以示出通信的主要方向，但是应该理解，通信可在与所描绘箭头相反的方向上发生。
[0230]
尽管在前面的说明书中已经公开了本发明概念的若干实施例，但是应理解，在受益于前述描述和相关附图中呈现的教导内容的情况下，将能够设想出本发明概念所涉及的
本发明概念的许多修改和其它实施例。因此应该理解，本发明概念不限于上文公开的特定实施例，并且许多修改和其它实施例旨在包括在所附权利要求书的范围内。进一步设想，来自一个实施例的特征可与来自本文中所描述的不同实施例的特征组合或一起使用。此外，尽管在本文中以及在所附权利要求书中使用了具体术语，但它们仅在一般和描述性意义上被使用，而不是为了限制所描述发明概念或所附权利要求书的目的。本文中所引用的每个专利和专利公开的全部公开内容全文以引用的方式并入本文中，如同每个此专利或公开个别地以引用的方式并入本文中。本发明概念的各种特征和/或潜在优点在所附权利要求书中阐述。