用于棒插入计划和棒插入的系统和方法与流程

本技术总体上涉及机器人外科手术，并且更具体地涉及计划棒插入并使用机器人辅助或机器人外科手术来执行棒插入。

背景技术：

1、微创外科手术通过最小化所需切口的大小来有利地减少患者创伤。外科机器人在外科手术期间是有用的，并且可自主地(例如，在操作期间没有任何人工输入)、半自主地(例如，在操作期间具有一些人工输入)或非自主地(例如，仅在人工输入的指导下)操作。在一些情况下，与仅用一个机器人臂相比，在外科手术期间使用多个机器人臂可使得能够在更短的时间段内完成更多操作。

技术实现思路

1、本公开的示例性方面包括：

2、根据本公开的至少一个实施方案的一种用于插入棒的机器人系统包括机器人臂，该机器人臂包括近侧端部；和能够相对于该近侧端部移动的远侧端部，该远侧端部被配置为定位棒；至少一个处理器；和存储器，该存储器存储用于由该至少一个处理器执行的指令，该指令在被执行时使该至少一个处理器：跟踪至少一个塔以识别塔移动，该塔从对应的植入的椎弓根螺钉的头部延伸；计算插入点和从该插入点到该至少一个塔的路径；使该机器人臂在该插入点处并沿着该路径插入该棒；以及使该机器人臂在该棒插入期间基于该塔移动而调整该路径。

3、本文中的任何方面，该系统还包括：至少一个传感器，其中该存储器存储用于由该至少一个处理器执行的附加指令，该附加指令在被执行时进一步使该至少一个处理器：使用该至少一个传感器监测由该机器人臂接收的力的量值。

4、本文中的任何方面，其中该存储器存储用于由该至少一个处理器执行的附加指令，该附加指令在被执行时进一步使该至少一个处理器：当该力的该量值满足阈值时使该机器人臂暂停该棒的移动。

5、本文中的任何方面，其中该存储器存储用于由该至少一个处理器执行的附加指令，该附加指令在被执行时进一步使该至少一个处理器：使该机器人臂拧紧该对应的椎弓根螺钉的固定螺钉。

6、本文中的任何方面，其中该存储器存储用于由该至少一个处理器执行的附加指令，该附加指令在被执行时进一步使该至少一个处理器：使该机器人臂从该对应的椎弓根螺钉的该头部移除该至少一个塔。

7、本文中的任何方面，其中跟踪该至少一个塔使用导航系统、标记或传感器中的至少一者。

8、本文中的任何方面，其中使该机器人臂调整该路径包括调整该棒的取向或该棒的位置中的至少一者。

9、本文中的任何方面，其中该存储器存储用于由该至少一个处理器执行的附加指令，该附加指令在被执行时进一步使该至少一个处理器：验证该棒在该至少一个塔中的放置。

10、本文中的任何方面，其中验证该棒在该至少一个塔中的放置使用激光指示器和反射器、导航系统、传感器或标记中的至少一者。

11、根据本公开的至少一个实施方案的一种用于插入棒的机器人系统包括第一机器人臂和第二机器人臂，每个机器人臂包括：近侧端部；和能够相对于该近侧端部移动的远侧端部，其中该第一机器人臂的该远侧端部被配置为定位棒，并且该第二机器人臂的该远侧端部被配置为将至少一个塔保持在已知位置，该至少一个塔从植入多个椎骨中的某个椎骨中的对应的椎弓根螺钉的头部延伸；至少一个处理器；和存储器，该存储器存储用于由该至少一个处理器执行的指令，该指令在被执行时使该至少一个处理器：接收关于该至少一个塔的当前位置的位置信息；基于该当前位置来计算插入点和从该插入点到该至少一个塔的路径；以及使该第一机器人臂在该插入点处并沿着该计算的路径插入该棒。

12、本文中的任何方面，其中该位置信息是从该第二机器人臂的至少一个传感器接收的。

13、本文中的任何方面，该系统还包括：跟踪标记，该跟踪标记定位在该第二机器人臂上；和导航系统，该导航系统被配置为基于该跟踪标记的检测到的移动来生成该位置信息。

14、本文中的任何方面，该系统还包括至少一个传感器，并且其中该存储器存储用于由该至少一个处理器执行的附加指令，该附加指令在被执行时进一步使该至少一个处理器：通过该至少一个传感器验证该棒在该至少一个塔中的放置。

15、本文中的任何方面，其中该存储器存储用于由该至少一个处理器执行的附加指令，该附加指令在被执行时进一步使该至少一个处理器：使该第一机器人臂拧紧该对应的椎弓根螺钉的固定螺钉。

16、本文中的任何方面，其中该存储器存储用于由该至少一个处理器执行的附加指令，该附加指令在被执行时进一步使该至少一个处理器：使该第一机器人臂从该对应的椎弓根螺钉的该头部移除该塔。

17、本文中的任何方面，其中该当前位置不同于该已知位置，并且该存储器存储用于由该至少一个处理器执行的附加指令，该附加指令在被执行时进一步使该至少一个处理器：当该当前位置与该已知位置之间的差异满足预定阈值时使该第一机器人臂在该棒插入期间调整该路径。

18、本文中的任何方面，其中该当前位置不同于该已知位置，并且该存储器存储用于由该至少一个处理器执行的附加指令，该附加指令在被执行时进一步使该至少一个处理器：基于该当前位置与该已知位置之间的差异满足预定阈值而使该第二机器人臂调整该至少一个塔的位置。

19、根据本公开的至少一个实施方案的一种用于插入棒的方法包括：跟踪从对应的植入的椎弓根螺钉延伸的至少一个塔以检测该至少一个塔的移动；计算插入点和从该插入点到该至少一个塔的路径；使机器人臂在该插入点处并沿着该路径插入该棒；以及使该机器人臂在该棒插入期间基于该检测到的移动而调整该路径。

20、本文中的任何方面，该方法还包括：使该机器人臂从该对应的椎弓根螺钉移除该塔。

21、本文中的任何方面，该方法还包括：使该机器人臂拧紧该对应的椎弓根螺钉的固定螺钉。

22、本文中的任何方面，其中跟踪该至少一个塔使用导航系统、标记或传感器中的至少一者。

23、本文中的任何方面，该方法还包括：验证该棒在该至少一个塔中的放置。

24、根据本公开的至少一个实施方案的一种用于插入棒的机器人系统包括机器人臂，该机器人臂包括近侧端部；和能够相对于该近侧端部移动的远侧端部，该远侧端部被配置为将至少一个塔保持在已知位置；至少一个处理器；和存储器，该存储器存储用于由该至少一个处理器执行的指令，该指令在被执行时使该至少一个处理器：计算插入点和从该插入点到该至少一个塔的路径；生成用于沿着该路径插入棒的指令；以及基于关于该棒的位置或该塔的移动的信息而在该棒插入期间更新该路径。

25、本文中的任何方面，该系统还包括：至少一个传感器，其中该存储器存储用于由该至少一个处理器执行的附加指令，该附加指令在被执行时进一步使该至少一个处理器：使用该至少一个传感器监测由该机器人臂接收的力的量值。

26、本文中的任何方面，其中该存储器存储用于由该至少一个处理器执行的附加指令，该附加指令在被执行时进一步使该至少一个处理器：当该力的该量值满足阈值时使该机器人臂释放该塔。

27、本文中的任何方面，其中该存储器存储用于由该至少一个处理器执行的附加指令，该附加指令在被执行时进一步使该至少一个处理器：使该机器人臂拧紧对应于该塔的椎弓根螺钉的固定螺钉。

28、本文中的任何方面，其中该存储器存储用于由该至少一个处理器执行的附加指令，该附加指令在被执行时进一步使该至少一个处理器：使该机器人臂从对应于该塔的椎弓根螺钉的头部移除该至少一个塔。

29、本文中的任何方面，其中该存储器存储用于由该至少一个处理器执行的附加指令，该附加指令在被执行时进一步使该至少一个处理器：基于施加在该机器人臂上的力或关于该棒的位置的信息中的至少一者而使该机器人臂将该塔从该已知位置移动到更新位置。

30、本文中的任何方面，其中该存储器存储用于由该至少一个处理器执行的附加指令，该附加指令在被执行时进一步使该至少一个处理器：验证该棒在该至少一个塔中的放置。

31、本文中的任何方面，其中验证该棒在该至少一个塔中的放置使用激光指示器和反射器、导航系统、传感器或标记中的至少一者。

32、根据本公开的至少一个实施方案的一种用于计算棒的插入点和路径的方法包括：接收具有至少一个图像和关于至少一个塔的位置的信息的外科手术计划，该至少一个图像描绘外科手术区域；在该至少一个图像中识别软组织部分和至少一个解剖元件；基于所识别的软组织部分和至少一个解剖元件来计算插入点和从该插入点到该至少一个塔的路径；以及使机器人臂在该插入点处并沿着该路径插入棒。

33、本文中的任何方面，其中该至少一个图像是从mri扫描仪、超声或ct扫描仪中的至少一者获得的。

34、本文中的任何方面，其中该至少一个图像包括该外科手术区域的第一图像和第二图像，该第一图像包括硬组织信息并且该第二图像包括软组织信息。

35、本文中的任何方面，其中使用第一成像模态来生成该第一图像，并且使用第二成像模态来生成该第二图像。

36、本文中的任何方面，其中该第一图像是ct图像，并且该第二图像是超声图像。

37、本文中的任何方面，其中该第一图像和该第二图像中的一者是术前图像，并且该第一图像和该第二图像中的另一者是术中图像。

38、本文中的任何方面，其中计算该插入点和该路径基于一个或多个输入。

39、本文中的任何方面，其中识别该至少一个解剖元件使用特征辨识、机器学习、人工智能或神经网络中的至少一者。

40、本文中的任何方面，其中识别该软组织部分使用分割。

41、本文中的任何方面，其中计算该插入点和该路径基于关于该棒的几何形状的信息。

42、本文中的任何方面，该方法还包括：基于在沿着该路径插入该棒期间该软组织部分的检测到的移动而更新该路径。

43、本文中的任何方面，该方法还包括：基于该至少一个塔的检测到的移动而更新该路径。

44、根据本公开的至少一个实施方案的一种用于插入棒的方法包括：接收具有关于插入点和棒到至少一个塔的路径的信息的外科手术计划；使机器人臂在该插入点处使用该路径插入该棒；在使用该路径插入该棒期间跟踪该棒；确定该棒的位姿与该路径之间的差异；以及当该差异满足阈值时更新该路径。

45、本文中的任何方面，其中将所更新的路径传达给用户。

46、本文中的任何方面，其中跟踪该棒包括跟踪环绕该棒的软组织部分。

47、本文中的任何方面，其中该外科手术计划包括描绘外科手术区域的至少一个图像，并且该方法还包括：在该至少一个图像中识别软组织部分和至少一个解剖元件；以及基于所识别的软组织部分和至少一个解剖元件来计算该插入点和从该插入点到该至少一个塔的该路径。

48、本文中的任何方面，其中该至少一个图像是从mri扫描仪获得的。

49、本文中的任何方面，其中计算该插入点和该路径基于一个或多个输入。

50、本文中的任何方面，其中识别该至少一个解剖元件使用特征辨识、机器学习、人工智能或神经网络中的至少一者。

51、本文中的任何方面，其中识别该软组织部分使用分割。

52、本文中的任何方面，其中计算该插入点和该路径基于关于该棒的几何形状的信息。

53、本文中的任何方面，其中跟踪该棒使用导航系统、标记或传感器中的至少一者。

54、根据本公开的至少一个实施方案的一种用于计算棒的插入点和路径的系统，该系统包括至少一个处理器；和至少一个存储器，该至少一个存储器存储用于由该至少一个处理器执行的指令，该指令在被执行时使该至少一个处理器：接收具有至少一个图像和关于至少一个塔的位置的信息的外科手术计划，该至少一个图像描绘外科手术区域；识别软组织部分和至少一个解剖元件；基于所识别的软组织部分和至少一个解剖元件来计算插入点和从该插入点到该至少一个塔的路径，该至少一个塔从植入的椎弓根螺钉延伸；以及使机器人臂在该插入点处并沿着该路径插入棒。

55、本文中的任何方面，其中该至少一个图像是从mri扫描仪、超声或ct扫描仪中的至少一者获得的。

56、本文中的任何方面，其中该至少一个图像包括该外科手术区域的第一图像和第二图像，该第一图像包括硬组织信息并且该第二图像包括软组织信息。

57、本文中的任何方面，其中使用第一成像模态来生成该第一图像，并且使用第二成像模态来生成该第二图像。

58、本文中的任何方面，其中该第一图像是ct图像，并且该第二图像是超声图像。

59、本文中的任何方面，其中该第一图像和该第二图像中的一者是术前图像，并且该第一图像和该第二图像中的另一者是术中图像。

60、任何方面与任一个或多个其他方面组合。

61、本文所公开特征中的任一个或多个特征。

62、本文大体上公开特征中的任一个或多个特征。

63、本文大体上公开的特征中的任一个或多个特征与本文大体上公开的任一个或多个其他特征组合。

64、方面/特征/实施方案中的任一个与任一个或多个其他方面/特征/实施方案组合。

65、使用本文所公开的方面或特征中的任一个或多个方面或特征。

66、应当了解，本文所述的任何特征可与如本文所述的任何其他特征组合来要求保护，而不管特征是否来自同一描述的实施方案。

67、本公开的一个或多个方面的细节在以下附图和描述中阐述。根据说明书和附图以及权利要求书，本公开中描述的技术的其他特征、目的和优点将是显而易见的。

68、短语“至少一个”、“一个或多个”以及“和/或”是在操作中具有连接性和分离性两者的开放式表述。例如，表述“a、b和c中的至少一个”、“a、b或c中的至少一个”、“a、b和c中的一个或多个”、“a、b或c中的一个或多个”以及“a、b和/或c”中的每一者意指仅a、仅b、仅c、a和b一起、a和c一起、b和c一起，或a、b和c一起。当上述表述中的a、b和c中的每一者都指诸如x、y和z的一个元素或诸如x1-xn、y1-ym和z1-zo的一类元素时，短语意图指选自x、y和z的单个元素、选自同一类的元素(例如，x1和x2)的组合以及选自两类或更多类的元素(例如，y1和zo)的组合。

69、术语“一个(a/an)”实体是指一个或多个该实体。因此，术语“一个(a/an)”、“一个或多个”和“至少一个”在本文中可以可互换地使用。还应当注意，术语“包括(comprising/including)”、和“具有”可以可互换地使用。

70、前述内容是本公开的简化概述以提供对本公开的一些方面的理解。本
技术实现要素：
既不是对本公开及其各个方面、实施方案和配置的广泛性概述也不是详尽性概述。其既不意图确定本公开的关键或重要元素，也不意图划定本公开的范围，而是以简化形式呈现本公开的选定概念，作为对下文呈现的更详细描述的介绍。如应当了解的，本公开的其他方面、实施方案和配置可能单独或组合地利用上文所阐述或下文所详细描述的特征中的一个或多个。

71、在考虑下文提供的实施方案描述之后，本发明的许多附加特征和优点对于本领域技术人员将变得显而易见。