[发明专利]机器人外科手术坐标系的快速配准

说明书

本发明题为“机器人外科手术坐标系的快速配准”。一种用于控制移动包括臂和工具的集合体的机器人的方法，所述方法包括在一个或多个时间，从机器人接收臂跟踪信号，臂跟踪信号指示臂相对于机器人的机器人坐标系(RCS)的臂姿态；在所述时间，从臂跟踪信号中导出集合体的至少一部分相对于RCS的相应RCS姿态；从跟踪系统接收传感器跟踪信号，传感器跟踪信号指示属于跟踪系统并且耦合至集合体的至少一个传感器相对于跟踪系统的跟踪系统坐标系(TCS)的传感器姿态；在所述时间，从传感器跟踪信号中导出集合体的所述部分相对于TCS的相应TCS姿态；基于RCS姿态和TCS姿态，将RCS配准至TCS；以及基于该配准，控制机器人。

技术领域

本发明涉及机器人外科手术领域，包括内窥镜式外科手术和其他类型的诊断外科手术。

背景技术

美国专利申请公开2014/0330114描述了一种用于跟踪体内跟踪元件的系统。它包括第一跟踪系统，其包括用于检测体内跟踪元件相对于第一跟踪传感器的标称位置的当前位置的第一跟踪传感器；以及第二跟踪系统，其包括用于确定第一跟踪系统的第一跟踪传感器相对于第二跟踪传感器的位置的第二跟踪传感器；以及控制单元。第一跟踪传感器是可移动的，并且控制单元被配置成传送校正信号，该校正信号指示跟踪元件的当前位置相对于第一跟踪传感器的标称位置的偏差。此外，提供了相应的跟踪方法。

美国专利申请公开2015/0119637描述了一种腔内机器人系统，该腔内机器人系统为外科医生提供了将机器人驱动的内窥镜式装置驱动至期望解剖位置的能力。数字相机被安装在内窥镜式装置上。

美国专利申请公开2017/0258535描述了用于检测对象的三维位置的装置、系统和方法，以及涉及该装置、系统和方法的外科自动化。外科机器人系统可包括具有机器人基座的机器人、耦合至机器人基座的机器人臂，以及耦合至机器人臂的端部执行器。端部执行器、外科器械、患者和/或要跟踪的其他对象包括主动和/或被动跟踪标记。相机(诸如立体摄影红外相机)能够检测跟踪标记，并且机器人从跟踪标记确定对象的三维位置。

美国专利申请公开2017/0290631描述了浮动电磁场发生器系统和方法。该系统包括外科床部分。该系统还包括设置在外科床部分内的支撑部件。另外，该系统包括附接至支撑部件的第一臂。第一臂邻近外科床部分定位。另外，第一臂具有嵌入其中的至少一个场发生器线圈。该系统还包括附接至支撑部件的第二臂。第二臂邻近外科床部分定位。另外，第二臂具有嵌入其中的至少一个场发生器线圈。第二臂平行于第一臂定位。

发明内容

根据本发明的一些实施方案，提供了一种用于在外科机器人移动包括机器人的臂和由臂把持的工具的集合体时控制机器人的系统。该系统包括通信接口和处理器。处理器被配置成在一个或多个时间，经由通信接口从机器人接收臂跟踪信号，该臂跟踪信号指示臂相对于机器人的机器人坐标系(RCS)的臂姿态。处理器还被配置成在一个或多个时间，从臂跟踪信号中导出集合体的至少一个特定部分相对于RCS的相应RCS姿态。处理器还被配置成从跟踪系统接收传感器跟踪信号，该传感器跟踪信号指示属于跟踪系统并且耦合至集合体的至少一个传感器相对于跟踪系统的跟踪系统坐标系(TCS)的传感器姿态。处理器还被配置成在一个或多个时间，从传感器跟踪信号中导出集合体的特定部分相对于TCS的相应TCS姿态。处理器还被配置成基于RCS姿态和TCS姿态，将RCS和TCS彼此配准，并且基于该配准，控制机器人。

在一些实施方案中，传感器包括线圈，并且跟踪系统包括多个磁场发生器，该多个磁场发生器生成在线圈中感应传感器跟踪信号的磁场。

在一些实施方案中，传感器耦合至工具。

在一些实施方案中，传感器耦合至臂。

在一些实施方案中，该时间是第一时间，RCS姿态是第一时间RCS姿态，并且TCS姿态是第一时间TCS姿态，并且处理器还被配置成：

在第二时间，接收臂跟踪信号，