[发明专利]多功能多臂机器人手术系统

说明书

一种机器人手术系统，包括至少两个机械臂，所述机械臂具有相对于彼此已知的坐标系，所述臂中的一个承载X射线源，而另一个承载成像检测器板。所述臂被安置成能够在对象的目的区域上生成图像。所述臂中的一个可以另外地或替代地承载手术工具或工具保持器，使得工具的姿势在与由所述X射线源和所述检测器生成的图像的坐标系相同的坐标系中是已知的。因此，基于此类X射线图像规划的任何手术过程都可以由工具以高精度执行，因为工具位置在图像参考系中是已知的。这使得手术医生能够在实时图像中精确地定位他的工具，而不需要外部配准过程。

技术领域

本发明涉及机器人手术领域，特别是涉及患者的成像与机器人手术过程的协调的系统。

背景技术

存在许多手术机器人系统，其能够在执行手术过程中精确定位或操作手术工具。这种系统中的主要问题之一是将手术工具的位置和取向(即姿势)与术前手术规划或手术期间拍摄的术中图像相关联的能力。将手术工具的姿势与术前手术规划相关联是通过使用配准过程来解决的问题，该配准过程通常在如术前图像中所示的期望根据手术规划操作的特征与机器人引导的工具的真实术中位置以及手术床上的患者之间。术前图像通常是三维图像，例如CT或MRI图像集，而术中手术情况通常通过使用利用C型臂成像系统获得的荧光检查图像来获得。

还存在许多系统，在这些系统中，历史上传统的C形臂系统被具有机器人对准的元件的“虚拟C形臂”取代，该传统的C形臂系统具有围绕患者的刚性支撑部件，在该部件的一端具有X射线源，在该部件的另一端具有X射线收集器或检测器板。在这样的系统中，X射线源和检测器元件承载在单独的机器人致动臂的端部上，使得它们可以定位在患者的相对侧。可以借助于分别承载源和成像元件的臂的机器人控制来选择X射线荧光检查图像的精确姿势。在M.Crain等人的转让给GE医疗系统全球技术公司(GE Medical SystemsGlobalTechnology)的US 6,582,121“具有侧面安装的独立铰接臂的X射线定位器”以及同样是M.Crain的转让给GE医疗系统公司(GE Medical Systems)的US 6,644,852“自动化可配置的X射线定位器”中已经描述了这种系统在M.Maschke的转让给西门子公司(SiemensAG)的US 8,611,495“双平面型X射线成像系统”中，描述了一种成像系统，其具有安置在不同平面中的C形臂上的两个记录单元。该专利还提到了将每个X射线管组合件和X射线检测器各自安置在诸如机械臂的维持元件上的可能性。使用安装在单独的机械臂上的X射线源和X射线检测器面板的类似系统也示出在D.Negrelli的转让给Picker International公司的US 6,200,024“用于在射线照相成像设备中使用的虚拟C形臂机器人定位系统”。由西门子医疗系统有限公司(Siemens Healthcare GmbH)提交的的专利申请号DE 102015 217059 A1还描述了一种X射线系统，其在单独控制的支撑臂上具有X射线发射器和X射线接收器。Muller的转让给库卡机器人公司(Kuka Roboter GmbH)的美国公布的专利申请号2011/0069818还描述了一种X射线系统，具有在单独的机械臂上的源和接收器。R.Betz等人的转让给西门子公司的US 6,435,715的“射线照相设备”也描述了一种系统，其具有安装在不同机械臂上的X射线源和X射线接收器，以生成虚拟C形臂布置。机器人控制确保X射线源总是被取向为与X射线接收器相对，以便获取图像。通过使用连接到机器人控制系统的外部相机系统的标记的图像分析，患者位置可以与机器人坐标系相关。

S.A.Banks等人的转让给佛罗里达大学研究基金会公司(University of FloridaResearch Foundation Inc.)的US 8,781,630描述了一种系统，其包括两个机械臂系统，一个保持成像源，另一个保持成像传感器，类似于上述系统。可以包括第三机械臂系统作为手术医生引导的工具保持器。手术医生使用触觉控制和可选的力反馈手动引导工具。成像源机械臂和工具保持器机械臂的空间姿势可以通过使用成像源臂上和工具保持臂上的X射线校准目标，或使用可以定位成像源臂上和工具保持臂上的定位标记的电磁或光学跟踪器的跟踪系统而彼此相关。可以使用触摸设备将工具尖端与导航参考系配准。