[发明专利]外科手术机器人系统

说明书

一种外科手术机器人系统，该外科手术机器人系统的机器人臂被分成两个部分，并且该机器人臂在两个部分的接合处借助于骨连接器连接到患者。骨连接器和机器人基座之间的部段具有预定水平的灵活性，以实现骨连接器的有限移动。因此，患者的身体也可以移动，而骨连接器不对患者施加过大的力，并且骨连接器不与患者脱离。骨连接连杆和端部致动器之间的臂部段具有高的刚性，以便精确地保持端部致动器相对于患者的姿势。当患者经历小的移动时，诸如在呼吸或咳嗽中，骨连接器和基座连接臂部段与患者骨的运动一起移动，同时端部致动器相对于患者的姿势被精确地保持。

技术领域

本发明涉及机器人系统领域，该机器人系统用于在患者身体的大范围区域上对患者进行外科手术，而患者的小运动不会降低手术工具的放置精度，尤其用于整形外科手术。

背景技术

在本申请的共同发明人M.Shoham的美国专利8,571,638号“Miniature Bone-Attached Surgical Robot(微型骨附接式外科手术机器人)”中描述了一种微型骨安装式外科手术机器人，由于它安装在受治者的骨上，结合该机器人的小尺寸，因此在被致动到预期姿势时，确保机器人臂相对于其上安装机器人的受治者的骨精确地保持那个位置。实现这种情况是由于机器人基座与受治者的骨的刚性附接。

当在受治者身体的适当受限的区域上进行外科手术时，微型骨安装式外科手术机器人具有许多优点，如针对骨安装式机器人的各种应用的许多专利申请和授权专利所证明的，这些专利诸如US 8,838,205“Robot for use with Orthopedic Inserts(与整形外科插入物一起使用的机器人)”以及US 8,518,051“Robotic Total/Partial KneeArthroplastics(机器人的全部/部分膝关节成形术)”，这两者均与本申请具有共同发明人，等等。然而，由于能够被安装在骨上的微型机器人不可避免地具有有限的操作范围(operating envelope)，因此当在受治者身体的较大区域上进行手术时，这种系统可能有缺点。需要一种机器人系统，该机器人系统能够实现较大的可及范围，而不会丧失附接至骨的实质性优点，并且无需在若干个位置处进行释放和重新附接。

在现有技术中，诸如在B.Mittelstadt的美国专利5,806,518号“Method andSystem for Positioning Surgical Robot(用于定位外科手术机器人的方法和系统)”中，描述了一种机器人外科手术系统，其中相对于床或地板安装式外科手术机器人的基座刚性地固定受治者的骨。存在其它系统，其中受治者的骨被附接至位置监测装置，使得骨的运动以1比1的关系传递到系统控制器，以便可以对发生的任何骨运动进行补偿。然而，这些系统可能被认为是大而笨重的，并且需要附加的主动控制功能来监测骨位置。

因此，需要一种克服现有技术系统和方法的至少一些缺点的机器人外科手术系统。

在本说明书的本部分和其它部分中提及的每个出版物的公开内容均通过引用以其整体并入本文。

发明内容

本公开描述了一种新的外科手术机器人系统，其具有大的工作范围，其在机器人的端部致动器的位置和受治者的解剖结构部分之间提供明确和精确的关系，其中由端部致动器保持的工具意图在所述受治者的解剖结构部分上操作。同时，该系统允许受治者经历有限移动，诸如与呼吸或与外科医生施加的压力所引起的运动有关的有限移动，而不给受治者施加过度的约束，并且不会破坏端部执行器相对于身体部分(其中端部执行器在该身体部分上操作)的被精确限定的空间位置和取向。在当前描述的系统中，机器人臂借助于连接元件锚固至身体部分，该连接元件通常是刚性的，但是可以任选地具有可控制和受监测的伸展和收缩特征。使用在受治者上半身部分的区域中操作的系统的示例，受治者的呼吸或咳嗽所造成的受治者的胸椎或胸骨的运动范围通常不超过10mm至12mm的量级，尽管更大的运动也是可能的。全部机器人臂均具有一定的固有水平的灵活性。然而，在现有技术系统中，为了保持机器人运动的精度，通常旨在通过使用具有与机器人的尺寸和重量相称的最高水平刚性的连杆和关节构型，使这种灵活性尽可能地受限。