[发明专利]用于根据至少一个目标平面切割解剖结构的外科系统

说明书

本发明涉及一种用于根据解剖结构的坐标系中定义的至少一个目标平面切割患者的解剖结构(F,T)的外科系统，包括：(i)机器人装置(100)，包括：‑切割工具，‑致动单元(4)，所述致动单元(4)具有包括三到五个机动自由度的串联结构，所述机动自由度中的至少两个是绕相应的彼此基本上正交的旋转轴线的旋转自由度，被配置用于调节所述切割工具相对于每个目标平面的位置和取向，将所述致动单元的最后区段连接到所述切割工具的平面机构；(ii)支撑所述致动单元(4)的被动铰接式可锁定保持臂(5)；(iii)跟踪单元(200)，所述跟踪单元(200)被配置成实时确定所述切割平面相对于所述解剖结构的所述坐标系的姿势，(iv)控制单元(300)，所述控制单元(300)被配置成确定所述切割平面相对于所述目标平面的所述姿势并且控制所述致动单元以便使所述切割平面与所述目标平面对齐。

技术领域

本发明涉及一种用于根据至少一个目标平面切割患者的解剖结构的机器人系统。

背景技术

全膝关节成形术通常需要切割股骨骺和胫骨骨骺，以便移除受损的骨和软骨并安装膝关节假体。

为此，外科医生必须通过切割块使用摆动锯对股骨进行五次或更多次切割并对胫骨进行一次或多次切割。

图1是旨在接收膝关节假体的膝盖的示意性透视图，该膝关节假体包括股骨部件FC和胫骨部件TC。一般来讲，将在股骨F上进行的切割为：沿平面F1的远侧切割、沿平面F2的前切割、沿平面F3的后切割，以及连接远侧平面和前(相应地为后)平面的前斜面F4和后斜面F5。必须沿着平面T1在胫骨T上进行切割。

为了使外科医生能够在缩短的时间内准确地执行所有这些平面，已经开发了计算机辅助系统。

例如，文献WO2014/198787教导了一种包括手持装置的外科系统，该手持装置包括：

-设计成握在用户手中的基部，

-端部执行器，所述端部执行器用于安装旨在研磨患者身体的一部分的计划体积的毛刺，

-连接到所述基部和所述端部执行器的致动单元，用于使毛刺相对于基部移动，以便处理所述计划的容积，

-连接到基部或端部执行器的支撑单元，其在基部或端部执行器与待治疗部位之间提供部分机械连接。

该系统还包括跟踪单元，该跟踪单元被配置成相对于待治疗部位实时确定毛刺、端部执行器和基部中的至少一个的姿势。

系统的控制单元配置成：

(a)根据所述测量的姿势，实时计算毛刺或端部执行器相对于基部的优化路径，

(b)检测是否可以在不改变基部姿势的情况下实现所述计算的毛刺或端部执行器的路径，并且如果不是这种情况，则确定基部相对于待治疗部位的可能重新定位被处理，

(c)配置致动单元，以便根据所述计算的路径移动端部执行器，以及

(d)重复步骤(a)至(c)，直至计划的体积已经得到处理。

用户界面用于向用户指示反馈信息。

然而，即使该文献中描述的机器人对于铣削身体部位非常有效，具有如文献WO2014/198787中所示的平面五杆连杆形式的致动单元的设计对于用锯切割身体部分也不是最佳的。实际上，由致动单元提供的自由度不适合于多个切割平面使用与待切割的每个平面重合的锯机构实现膝关节成形术。

文档US 2011/0130761教导了一种专用于引导锯以便在全膝关节成形术中对股骨进行多次切割的机器人系统。该系统包括导航系统，该导航系统位于附接到骨骼和器械的位置和取向跟踪器中。

系统包括通过至少一个销刚性地附接到股骨的基座。

包括两个螺钉的调节系统通过球窝关节附接到基座。