[发明专利]操纵解剖体的系统和方法

说明书

用于利用工具操纵解剖体的手术系统和方法，包括限定与解剖体有关的第一虚拟边界和与解剖体有关的第二虚拟边界。在第一模式中激活第一虚拟边界。在第一模式中相对于第一虚拟边界约束工具的移动。在第二模式中使第一虚拟边界失效。在第二模式中相对于第二虚拟边界约束工具的移动。

相关申请的交叉引用

本申请要求在2015年5月19日提交的申请号为62/163,672的美国临时专利申请的优先权和权益，其全部内容在此以援引的方式并入本申请。

技术领域

本发明整体涉及用于利用手术系统的工具操纵解剖体的系统和方法，并且更加具体地，涉及使用虚拟边界约束工具的系统和方法。

背景技术

如今，操作者发现使用机器人装置来辅助实施外科手术是有所帮助的。机器人装置通常包括可动臂，所述可动臂具有自由远端，可以以高准确度布置所述自由远端。应用于手术部位的工具附接到臂的自由端部。操作者能够使得臂移动并且因此将工具精确地定位在手术部位，以实施手术。

在机器人手术中，使用计算机辅助设计软件在手术之前产生虚拟边界，以界定出在其中可以调遣工具的区域与在其中限制工具的区域。例如，在矫形手术中，可以产生虚拟切割边界，以界定出手术期间由工具移除的骨段和在手术之后保留的骨段。

导航系统跟踪工具的移动，以确定工具相对于虚拟边界的位置和/或方向。机器人系统与导航系统配合以引导工具的移动，使得工具不会移动超过虚拟边界。通常在患者骨头的模型中产生虚拟边界并且相对于骨头固定虚拟边界，使得当将模型加载到导航系统中时，导航系统可以通过跟踪骨头的移动来跟踪虚拟边界的移动。

操作者通常需要在外科手术期间在不同切割模式中动态控制工具。例如，在一些情况中，操作者可能需要手动模式，以手动控制工具来粗略切割解剖体。在其它情况中，操作者可能需要以自动模式控制工具，以为了自动并且高度准确地切割解剖体。在传统系统中，与解剖体的目标表面相关的虚拟边界不受控制模式的影响而保持有效。换言之，相同的虚拟边界在于是例如以自动模式控制工具还是以手动模式控制工具。操纵器通常不允许工具在任何一种模式中前进超过边界。然而，在一些情况中，操纵器可能无意地允许工具移动越过边界。例如，在手动模式中，操作者可能将大量的力施加在工具上，该力超过了操纵器防止工具移动越过边界的能力。在这种情况中，可能会超过虚拟边界切割解剖体，从而偏离期望的目标表面。

本领域需要用于解决至少上述问题的系统和方法。

发明内容

提供了用于操纵解剖体的系统的一个实施例。所述系统包括具有基部和联动装置的操纵器。工具联接到操纵器并且能够相对于基部移动，以便与解剖体相互作用。控制器构造成产生与解剖体相关的第一虚拟边界和与解剖体相关的第二虚拟边界。控制器构造成以第一模式和第二模式控制工具的移动。控制器在第一模式中激活第一虚拟边界，以便相对于第一虚拟边界约束工具。控制器在第二模式中使第一虚拟边界失效，以便相对于第二虚拟边界约束工具。

提供了一种操作手术系统的方法的一个实施例，所述手术系统用于利用工具操纵解剖体。该方法包括限定与解剖体相关的第一虚拟边界和与解剖体相关的第二虚拟边界。在第一模式中激活第一虚拟边界。在第一模式中相对于第一虚拟边界约束工具的移动。在第二模式中使第一虚拟边界失效。在第二模式中相对于第二虚拟边界约束工具的移动。

所述系统和方法有利地提供了在第一和第二模式中选择性地控制激活中间虚拟边界的可能性。通过这样做，该系统和方法提供了针对第一模式和第二模式中的每一个的不同的虚拟边界构造，从而增加了手术系统的通用性和性能。

附图说明

当结合附图考虑时，由于本发明通过参照下文详细描述而变得更容易理解，因此本发明的优势将显而易见，其中：

图1是根据本发明的一个实施例的、利用工具来操纵患者的解剖体的系统的透视图。