集成式医学成像与外科手术机器人系统的制作方法

文档序号:25821138发布日期:2021-07-09 14:40阅读:来源:国知局

技术特征:
1.一种执行机器人辅助外科手术的方法,其包括:基于由成像装置获得的患者的成像数据,使末端执行器和与成像装置操作地附接的机器人手臂相对于患者及成像装置移动到相对于患者的预定位置及定向;使所述成像装置和机器人手臂通过进行沿成像装置的底座的直线平移而相对于所述患者移动,使所述成像装置和机器人手臂相对于所述患者直线移动;检测所述成像装置相对于所述患者的移动;和获得所述患者的术中图像,同时移动所述机器人手臂,响应于检测所述成像装置相对于所述患者的移动来避免与所述成像装置及与所述患者的碰撞。2.根据权利要求1所述的方法,其中,所述机器人手臂包括多关节手臂并且利用反向运动学移动。3.根据权利要求1所述的方法,其中,所述末端执行器经配置以接纳且引导创伤性外科手术工具。4.根据权利要求1所述的方法,其中,基于在由所述成像装置获得的所述患者的所述成像数据的显示中对入口点及目标点的用户选择而确定所述末端执行器相对于所述患者的所述预定位置及定向。5.根据权利要求1所述的方法,其中,所述成像装置包括含纳至少一个成像组件且界定孔的机架,所述成像组件包括x射线计算断层摄影术ct扫描装置。6.根据权利要求5所述的方法,其中,一支撑柱在所述底座上面延伸,并且一患者支撑件安装到所述支撑柱,其中,所述机架位于所述底座上面;并且其中,所述机架相对于所述底座平移和倾斜。7.根据权利要求1所述的方法,其进一步包括:使用运动跟踪设备跟踪所述机器人手臂及所述成像装置中的至少一者的位置;其中,所述运动跟踪设备包括固定到所述机器人手臂及所述成像装置的至少一个标记器及检测由所述至少一个标记器发射或反射的辐射的感测装置;其中,所述感测装置附接到所述成像装置并且独立于所述成像装置的运动移动,以使所述患者的外科手术区维持在感测装置的视场内;并且其中,所述运动跟踪设备经配置以检测所述末端执行器相对于所述患者从所述预定位置及定向的移动。8.根据权利要求7所述的方法,其中,基于从所述运动跟踪设备及所述成像装置中的至少一者接收的位置数据而确定所述机器人手臂相对于所述患者及所述成像装置的所述位置;并且其中,所述机器人手臂、所述成像装置及所述运动跟踪设备在共同坐标系统中操作。9.根据权利要求7所述的方法,其进一步包括产生包围所述患者的至少一部分的边界表面,其中,控制所述机器人手臂的移动使得所述机器人手臂的任一部分均不可进入所述边界表面;并且其中,通过使用所述运动跟踪设备跟踪所述患者上的多个标记器而产生所述边界表面。10.根据权利要求9所述的方法,其进一步包括响应于检测到所述末端执行器相对于所述患者从所述预定位置及定向的移动而进行以下操作中的至少一者:通知用户及停止所述
成像装置的运动。11.根据权利要求1所述的方法,其进一步包括:确定不可能在不改变所述末端执行器相对于所述患者的所述位置或定向或者不与所述成像装置或所述患者碰撞的情况下使所述机器人手臂移动,且基于此确定,执行包括以下操作中的至少一者的操作:向用户发出警告;及停止所述成像装置相对于所述患者的运动。12.一种用于执行机器人辅助外科手术的系统,其包括:机器人手臂,其具有手臂底座和末端执行器;成像装置,其包括底座和机架,所述机架与机器人手臂底座连接且沿着底座和患者的长度平移,以获得所述患者的成像数据;和处理器,其耦合到所述机器人手臂且配置有处理器可执行指令,所述处理器可执行指令用以执行包括以下操作的操作:基于由所述成像装置获得的所述患者的成像数据控制所述机器人手臂以使所述末端执行器相对于所述患者移动到预定位置及定向;检测所述成像装置相对于所述患者的移动;和在术中扫描过程中响应于检测所述成像装置相对于所述患者的移动来移动机器人手臂,同时避免与所述成像装置及与所述患者的碰撞。13.根据权利要求12所述的系统,其进一步包括患者支撑件,并且所述成像装置沿着底座和所述患者支撑件的长度直线平移以获得位于所述患者支撑件上的患者的成像数据。14.根据权利要求13所述的系统,其进一步包括运动跟踪设备,所述运动跟踪设备包括操作地附接到所述成像装置的相机,所述相机经配置以跟踪物体在外科手术区中的位置,至少所述患者和所述机器人手臂;并且其中,所述相机相对于所述患者支撑件移动以使所述外科手术区维持于所述相机的视场中。15.一种用于执行机器人辅助外科手术的系统,其包括:x射线成像装置,所述x射线成像装置包括底座和支撑结构,所述支撑结构经配置以相对于所述底座直线平移,所述支撑结构包括x射线源与x射线检测器,所述x射线检测器被安装到所述支撑结构使得所述x射线源及所述x射线检测器中的至少一者经配置以相对于所述支撑结构旋转以相对于被成像的物体从不同投影角度获得x射线图像;和机器人手臂,其具有经配置以延伸到所述x射线源与所述x射线检测器之间的成像区中的第一端及附接到所述支撑结构的第二端;其中,所述x射线源及所述x射线检测器中的所述至少一者经配置以相对于所述支撑结构及所述机器人手臂的所述第二端围绕两个互相垂直的轴旋转;并且其中,当所述支撑结构移动以获得x射线图像时所述机器人手臂随所述支撑结构一起相对于所述底座移动,同时所述x射线成像装置相对于被成像的物体从不同投影角度获得x射线图像。16.根据权利要求15所述的系统,其中,所述x射线源及所述x射线检测器中的所述至少一者经配置以相对于所述支撑结构的第一部分在至少一个方向上平移,且所述机器人手臂
的所述第二端附接到所述支撑结构的第二部分,所述第二部分随所述x射线源及所述x射线检测器中的所述至少一者相对于所述支撑结构的所述第一部分平移。17.根据权利要求16所述的系统,其进一步包括:第一支撑部件,其在含纳所述x射线源及所述x射线检测器的成像机架的外圆周的至少一部分上方从所述支撑结构延伸,其中,所述机器人手臂的所述第二端安装到所述第一支撑部件且能够移动到所述第一支撑部件上的多个位置;及第二支撑部件,其附接到所述成像机架,其中,用于运动跟踪系统的至少一个相机安装到所述第二支撑部件且能够移动到所述第二支撑部件上的多个位置。18.根据权利要求15所述的系统,其中,所述成像装置包括含纳所述x射线源及所述x射线检测器的o形成像机架,且所述o形成像机架经配置以相对于所述支撑结构及所述机器人手臂的所述第二端倾斜。19.根据权利要求18所述的系统,其中,所述支撑结构包括具有一对手臂的平衡环架,所述一对手臂在所述机架的相对侧上连接到所述成像机架,且所述机器人手臂的所述第二端附接到所述平衡环架。20.根据权利要求19所述的系统,其中,所述机器人手臂的所述第二端附接到支撑部件,所述支撑部件从所述平衡环架的手臂的端部且在所述o形成像机架的外圆周的至少一部分上面延伸。21.一种用于执行机器人辅助外科手术的系统,其包括:机器人手臂,其具有手臂底座和末端执行器;成像装置,其包括底座和机架;患者支撑件,其与所述成像装置的底座和所述机器人手臂的底座连接,所述成像装置沿着底座和患者支撑件的长度直线平移,以获得位于所述患者支撑件上的患者的成像数据;和处理器,其耦合到所述机器人手臂且配置有处理器可执行指令,所述处理器可执行指令用以执行包括以下操作的操作:基于由所述成像装置获得的所述患者的成像数据控制所述机器人手臂以使所述末端执行器相对于所述患者移动到预定位置及定向;检测所述成像装置相对于所述患者的移动;和在术中扫描过程中响应于检测所述成像装置相对于所述患者的移动来移动机器人手臂,同时避免与成像装置及与患者的碰撞。22.一种用于执行机器人辅助外科手术的系统,其包括:机器人手臂,其具有手臂底座和末端执行器;成像装置,其包括底座和机架,所述机架沿着底座和患者的长度平移,以获得患者的成像数据,其中,所述机器人手臂的底座与所述成像装置的底座可移动地连接;和处理器,其耦合到所述机器人手臂且配置有处理器可执行指令,所述处理器可执行指令用以执行包括以下操作的操作:基于由所述成像装置获得的所述患者的成像数据控制所述机器人手臂以使所述末端执行器相对于所述患者移动到预定位置及定向;检测所述成像装置相对于所述患者的移动;和
在术中扫描过程中响应于检测所述成像装置相对于所述患者的移动来移动机器人手臂,同时避免与成像装置及与患者的碰撞。23.一种用于执行机器人辅助外科手术的系统,其包括:第一机器人手臂和第二机器人手臂,每个机器人手臂都具有手臂底座和末端执行器;成像装置,其包括底座和机架,所述机架与第一手臂底座和第二手臂底座连接并且沿着底座和患者的长度平移,以获得患者的成像数据;和处理器,其耦合到所述第一机器人手臂和第二机器人手臂,所述处理器配置有处理器可执行指令,所述处理器可执行指令用以执行包括以下操作的操作:基于由所述成像装置获得的所述患者的成像数据控制所述机器人手臂以使所述末端执行器相对于所述患者移动到预定位置及定向;检测所述成像装置相对于所述患者的移动;和在术中扫描过程中响应于检测所述成像装置相对于所述患者的移动来移动机器人手臂,同时避免与成像装置及与患者的碰撞。24.一种用于执行机器人辅助外科手术的系统,其包括:x射线成像装置,其包括底座和支撑结构,所述支撑结构经配置以相对于所述底座和被成像的物体移动,所述支撑结构包括x射线源与x射线检测器,所述x射线检测器被悬置于所述支撑结构使得所述x射线源及所述x射线检测器中的至少一者经配置以相对于所述支撑结构旋转以相对于被成像的物体从不同投影角度获得x射线图像;和机器人手臂,其具有经配置以延伸到所述x射线源与所述x射线检测器之间的成像区中的第一端及附接到所述支撑结构的第二端;其中,所述x射线源及所述x射线检测器中的所述至少一者经配置以相对于所述支撑结构及所述机器人手臂的所述第二端围绕两个互相垂直的轴旋转;并且其中,当所述支撑结构移动以获得x射线图像时所述机器人手臂随所述支撑结构一起相对于所述底座移动,同时所述x射线成像装置相对于被成像的物体从不同投影角度获得x射线图像。25.一种用于执行机器人辅助外科手术的系统,其包括:x射线成像装置,其包括底座和具有c形形状的机架,所述机架经配置以相对于所述底座移动,所述机架包括x射线源及x射线检测器,所述x射线检测器被悬置于所述支撑结构使得所述x射线源及所述x射线检测器中的至少一者经配置以相对于所述支撑结构旋转以相对于被成像的物体从不同投影角度获得x射线图像;和机器人手臂,其具有经配置以延伸到所述x射线源与所述x射线检测器之间的成像区中的第一端及附接到所述x射线成像装置的第二端;其中,所述x射线源及所述x射线检测器中的所述至少一者经配置以相对于所述底座及所述机器人手臂的所述第二端围绕两个互相垂直的轴旋转;并且其中,当所述机架移动以获得x射线图像时所述机器人手臂随所述机架一起相对于所述底座移动,同时所述x射线成像装置相对于被成像的物体从不同投影角度获得x射线图像。26.一种用于执行机器人辅助外科手术的系统,其包括:机器人手臂,其具有手臂底座和末端执行器;
成像装置,其包括底座、支撑结构和被悬置到所述支撑结构的具有o形轮廓的机架,所述支撑结构相对于所述底座和患者的长度平移以获得患者的成像数据,其中,所述手臂底座与所述成像装置连接;和处理器,其耦合到所述机器人手臂且配置有处理器可执行指令,所述处理器可执行指令用以执行包括以下操作的操作:基于由所述成像装置获得的所述患者的成像数据控制所述机器人手臂以使所述末端执行器相对于所述患者移动到预定位置及定向;检测所述成像装置相对于所述患者的移动;和在术中扫描过程中响应于检测所述成像装置相对于所述患者的移动来移动机器人手臂,同时避免与成像装置及与患者的碰撞。27.一种用于执行机器人辅助外科手术的系统,其包括:成像装置,其包括底座和机架,所述机架沿着所述底座和患者的长度平移,以获得患者的成像数据;机器人手臂,其具有手臂底座和末端执行器,所述手臂底座与所述成像装置可移动地连接;和处理器,其耦合到所述机器人手臂且配置有处理器可执行指令,所述处理器可执行指令用以执行包括以下操作的操作:基于由所述成像装置获得的所述患者的成像数据控制所述机器人手臂以使所述末端执行器相对于所述患者移动到预定位置及定向;检测所述成像装置相对于所述患者的移动;和在术中扫描过程中响应于检测所述成像装置相对于所述患者的移动来移动机器人手臂,同时避免与成像装置及与患者的碰撞。28.一种用于执行机器人辅助外科手术的系统,其包括:机器人手臂,其具有手臂底座和末端执行器;光学传感器,其具有相机和相机底座;成像装置,其包括底座和机架,所述机架与所述手臂底座和所述相机底座连接,所述机架沿着所述底座和患者的长度平移,以获得患者的成像数据;和处理器,其耦合到所述机器人手臂且配置有处理器可执行指令,所述处理器可执行指令用以执行包括以下操作的操作:基于由所述成像装置获得的所述患者的成像数据控制所述机器人手臂以使所述末端执行器相对于所述患者移动到预定位置及定向;检测所述成像装置相对于所述患者的移动;和在术中扫描过程中响应于检测所述成像装置相对于所述患者的移动来移动所述机器人手臂和所述光学传感器,同时避免与成像装置及与患者的碰撞。29.一种用于执行机器人辅助外科手术的系统,其包括:机器人手臂,其具有手臂底座和末端执行器;成像装置,其包括底座和机架,所述机架与机器人手臂底座连接并沿着所述底座和患者的长度平移,以获得患者的成像数据;和处理器,其耦合到所述机器人手臂且配置有处理器可执行指令,所述处理器可执行指
令用以执行包括以下操作的操作:基于由所述成像装置获得的所述患者的成像数据控制所述机器人手臂以使所述末端执行器相对于所述患者移动到预定位置及定向;检测所述成像装置相对于所述患者的移动;和在术中扫描过程中响应于检测所述成像装置相对于所述患者的移动来移动所述机器人手臂,同时避免与成像装置及与患者的碰撞;其中,所述手臂底座沿着所述机架的一部分移动,将所述机器人手臂定位在相对于所述机架的不同位置处。30.一种用于执行机器人辅助外科手术的系统,其包括:机器人手臂,其具有手臂底座和末端执行器;光学传感器,其具有相机和相机底座;成像装置,其包括底座和机架,所述机架与所述手臂底座和所述相机底座连接,所述机架沿着所述底座和患者的长度平移,以获得患者的成像数据;和处理器,其耦合到所述机器人手臂且配置有处理器可执行指令,所述处理器可执行指令用以执行包括以下操作的操作:基于由所述成像装置获得的所述患者的成像数据控制所述机器人手臂以使所述末端执行器相对于所述患者移动到预定位置及定向;检测所述成像装置相对于所述患者的移动;和在术中扫描过程中响应于检测所述成像装置相对于所述患者的移动来移动所述机器人手臂和所述光学传感器,同时避免与成像装置及与患者的碰撞;其中,所述相机底座沿着所述机架的一部分移动,将所述光学传感器定位在相对于所述机架的不同位置处。
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