半剛性骨骼附接機器人手術(shù)系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種用于將具有其安裝在患者附近的基座的手術(shù)機器人附接到該患者的骨骼的骨骼連接系統(tǒng)。該系統(tǒng)結(jié)合有被附接在該骨骼和該機器人的支承元件之間的可轉(zhuǎn)換的骨骼連接單元。該單元具有鎖定狀態(tài)和釋放狀態(tài)，在該鎖定狀態(tài)中，該骨骼被基本上剛性地附接到該支承元件，在該釋放狀態(tài)中，該骨骼能夠相對于該支承元件移動。該單元包括用于確定施加在骨骼和該機器人的支承元件之間的力的力傳感器以及用于測量該骨骼相對于所述機器人的該支承元件的位置的位置傳感器。當(dāng)該力超過預(yù)定水平時，該單元從其鎖定狀態(tài)轉(zhuǎn)換到其釋放狀態(tài)，該預(yù)定水平被選擇成確保該骨骼能夠移動，而無需卸下任何骨骼連接元件。
【專利說明】
半剛性骨骼附接機器人手術(shù)系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及使用附接到受治療者的骨骼的機器人進行機器人手術(shù)的領(lǐng)域，特別地，其中附接元件的可選擇的剛度是必不可少的，以使患者能夠在外科手術(shù)期間移動(例如呼吸)而在手術(shù)工具和患者的正在其上實施手術(shù)的身體部分之間并不喪失位置關(guān)系。
【背景技術(shù)】
[0002]在骨骼安裝式機器人手術(shù)系統(tǒng)(例如在授予M.Shoham的名為“微型骨骼附接手術(shù)機器人”的美國專利N0.8，571，638中所描述的系統(tǒng))中，該整個機器人與患者骨骼的運動一起移動，使得被保持在機器人臂中的手術(shù)工具并不相對于其操作位置與患者的運動(例如在呼吸循環(huán)期間)一起移動。
[0003]然而，當(dāng)使用一種安裝在固定位置(例如在患者床上、或在地板上、或靠近患者床的天花板)中的常規(guī)手術(shù)機器人時，患者的呼吸致使身體部分相對于機器人移動，使得在其手術(shù)工具被附接于致動臂末端的情況下，機器人基座和該機器人所操作的移動身體部分之間存在沖突。為了確保準(zhǔn)確的手術(shù)性能，需要考慮身體運動。某些這種系統(tǒng)通過導(dǎo)航系統(tǒng)跟蹤患者身體的移動，該導(dǎo)航系統(tǒng)追隨身體部分的位置并且通過相應(yīng)地調(diào)節(jié)機器人的姿態(tài)來補償該移動。其它類似系統(tǒng)(例如授予B.Mittelstadt的名為“用于定位手術(shù)機器人的方法和系統(tǒng)”的美國專利N0.5，806，518中所描述的系統(tǒng))使用骨骼固定元件和追隨該骨骼的運動的骨骼從動元件，并向該機器人提供反饋信號來對其進行糾正。而其它系統(tǒng)(例如在與本申請具有共同發(fā)明人的名為“用于手術(shù)機器人的活動床架”的PCT申請N0.PCT/IL2012/000387中所描述的系統(tǒng))在機器人臂和患者的身體部分之間提供了一種剛性連桿，以便連接該身體部分的空間位置和機器人操作臂。該剛性連桿結(jié)合有力傳感器，并且施加在該連桿上的力被測量用于在反饋伺服系統(tǒng)中使用以控制所致動的機器人臂的機械支承元件的移動，從而允許其與患者骨骼的移動一起移動，由此維持了手術(shù)工具相對于患者骨骼的空間位置。
[0004]然而，由于機器人致動臂末端必須與與正被手術(shù)的身體部分的位置確實相關(guān)聯(lián)，因此在不使用這種主動控制的床裝式或落地安裝式系統(tǒng)中，存在如何調(diào)節(jié)患者身體的移動的問題。機器人與患者骨骼的連接將試圖抑制患者骨骼的移動，其可部分地成功抑制，特別是在以下列方式支承患者的胸部的情況下，即，它可隨意地擴大，這是由于連桿本身和機器人臂桿具有一些柔性元件。然而，最終由于不能完全地抑制住諸如呼吸運動之類的這種患者運動，因此連桿可能與患者骨骼分離開，并且將丟失機器人相對于患者的身體部分的參考位置。
[0005]因此需要提供一種能夠使機器人臂空間地附接到患者的正被手術(shù)的身體部分的系統(tǒng)，但并不限制患者在規(guī)定范圍內(nèi)移動他/她的身體的能力，并且該系統(tǒng)因此克服了現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)和方法的至少一些缺點。
[0006]在本專利說明書的本部分中以及其它部分中所提到的每個公開文獻的公開內(nèi)容在此均通過參引被全部結(jié)合到本文中。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本公開描述了用于患者上的機器人手術(shù)的新型示例性系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括位于用于機器人臂的支承構(gòu)件和患者的正在其上實施手術(shù)的身體部分之間的連桿。所使用的身體部分通常為骨骼，這是因為這提供了牢固的夾持和限定的夾持位置。由于大多數(shù)應(yīng)用將涉及與患者骨骼的附接，因此貫穿本公開，骨骼附接將被用作該系統(tǒng)的選定應(yīng)用示例，盡管將會理解的是，該應(yīng)用并不旨在被限制于用于骨骼連接。出于該原因，安裝在該連桿上的操作機構(gòu)在下文中被稱為“骨骼連接單元”或BCU，盡管并不理解為將其限制于此。
[0008]機器人臂支承元件或支承結(jié)構(gòu)在本公開中被解釋為涵蓋位于真實機器人基座和機器人機構(gòu)的被致動的那些部件之間的任何類型的機械構(gòu)件、結(jié)構(gòu)乃至臂，那些部件被致動，使得它們的設(shè)置或移動限定了端部致動器相對于患者身體的機械姿態(tài)。在這方面中，機器人的從其真實基座直到該連桿與機器人支承元件的附接點的所有部件均可被認為是該機器人的所謂“虛擬基座”的一部分，這是由于所有的那些部件均被相對于患者固定住，該“基座”部分中的任何活動鏈接均被出于該目的而鎖定。另一方面，機器人的位于該連桿到該支承元件的附接點之外的所有那些區(qū)段(其可包括一個或多個機器人致動連桿)可被認為是該活動機器人本身。
[0009]本文中所述的連桿與現(xiàn)有技術(shù)連桿的不同之處在于，它結(jié)合有兩個傳感器，并且該系統(tǒng)包括它們相關(guān)聯(lián)的操作機構(gòu)和電路:
[0010](i)用以確定施加在位于該骨骼和該機器人臂支承結(jié)構(gòu)之間的該連桿上的縱向力的力傳感器。該力傳感器適于在該力超過預(yù)定水平時，從該機器人臂支承件上釋放該連桿。該水平被選擇成確保一方面它是足夠低的，使得患者并不感覺到過度不適或危及到他/她的呼吸，并且另一方面確保它是足夠高的，使得該連桿并不使本身與它所連接的身體部分完全地分離，而非如預(yù)期的那樣致動其釋放機構(gòu)。雖然術(shù)語“力傳感器”的慣常意義是一種用于測量力的裝置，但將會注意到的是，在本公開中，術(shù)語“力傳感器”用于指代一種用于感測所施加的力以能夠根據(jù)感測到的力實施一個或多個動作(例如將連桿與BCU本體鎖定或從其上釋放)而絕非僅僅用于測量該力的裝置。
[0011](ii)位置傳感器，其用于追蹤該連桿相對于該機器人支承結(jié)構(gòu)的位置，使得當(dāng)該連桿通過上述段落(i)的力傳感器機構(gòu)的致動而被與該機器人支承結(jié)構(gòu)分離開時，該連桿的精確位置在它移動的所有階段均是已知的。隨后，當(dāng)患者身體的運動平息時，該連桿可被在與分離之前它所附接的位置完全相同的位置再次附接到該機器人支承結(jié)構(gòu)，從而保持機器人臂的端部處的手術(shù)工具和患者的身體部分之間的已知空間關(guān)系。作為一種替代方案，由于無論連桿處于其移動范圍中的任何位置，該連桿的位置均是已知的，因此該連桿可被在任何預(yù)定位置處再次附接并且對機器人定位數(shù)據(jù)進行適當(dāng)?shù)男Ｕ?br>[0012]此外，當(dāng)該連桿被釋放并被相對于所致動的機器人臂自由地移動時，其位置應(yīng)該被不斷地從BCU控制器傳遞到該機器人控制器，以便利用正被手術(shù)的患者骨骼的位置來更新該機器人控制器。沒有這些信息，以機器人的方式受到引導(dǎo)的手術(shù)工具的位置與患者骨骼的對準(zhǔn)會失去，從而致使該以機器人的方式受到引導(dǎo)的系統(tǒng)無效。
[0013]這些傳感器被最為有利地結(jié)合到單個單元中，該單個單元被放置在位于患者的身體部分(例如骨骼)的夾具和該機器人臂支承元件的附接點之間的該連桿上。盡管用于安裝該單元的最為方便的位置是該連桿被附接到該機器人支承元件的位置，但將會理解的是，它也可被沿著該連桿安裝于任何其它點處，乃至安裝于患者骨骼附接夾具處。此外，該力傳感器可作為替代被安裝在該連桿上，例如被通過一個或多個應(yīng)變儀力傳感器的附接安裝于其上，并且并不位于該單個單元內(nèi)。
[0014]本公開中所述的新型連桿結(jié)構(gòu)的使用具有將床裝式或落地安裝式的機器人的基座位置虛擬地重新定位于位于正在手術(shù)的區(qū)域中的患者骨骼的作用。在這方面，本系統(tǒng)可以將甚至具有將使其不能被支承在骨骼上的尺寸和重量的任何機器人轉(zhuǎn)換成偽“骨骼安裝式”機器人，其具有該構(gòu)造關(guān)于將機器人位置限定到患者的身體部分所提供的所有優(yōu)點。該系統(tǒng)因此在脊柱手術(shù)中是重要的，其中，需要不斷地考慮患者的呼吸運動以保持機器人對準(zhǔn)的精確度。該系統(tǒng)因此可被描述為一種半剛性的骨骼連接系統(tǒng)，這是由于該骨骼附接屬性可被描述為具有剛性和非剛性的構(gòu)造，可根據(jù)通過該系統(tǒng)所附接的患者的任何運動而被施加到該單元的力自動地進行轉(zhuǎn)換。
[0015]為了提供快速而簡單的操作，B⑶機構(gòu)通常為機電的，從而方便地結(jié)合有機械彈簧傳感器、螺線管和位置傳感器(無論是磁性的或光學(xué)的或其它)。
[0016]因此，根據(jù)本公開中所述的裝置的示例性執(zhí)行方案提供了一種用于將具有其安裝在受治療者附近的基座的手術(shù)機器人附接到該受治療者的骨骼的骨骼連接系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括被附接在該骨骼和該手術(shù)機器人的支承元件之間的可轉(zhuǎn)換的骨骼連接單元，該可轉(zhuǎn)換的骨骼連接單元具有鎖定狀態(tài)和釋放狀態(tài)，在該鎖定狀態(tài)中，該骨骼被附接到該支承元件，在該釋放狀態(tài)中，該骨骼可相對于該支承元件移動，該可轉(zhuǎn)換的骨骼連接單元包括，
[0017](i)用于確定施加在骨骼和該機器人的支承元件之間的力的力傳感器，以及
[0018](ii)用于測量該骨骼相對于該機器人的支承元件的位置的位置傳感器，
[0019]其中，該可轉(zhuǎn)換的骨骼連接單元適于在該力超過預(yù)定水平時，從其鎖定狀態(tài)轉(zhuǎn)換到其釋放狀態(tài)。
[0020]在這種系統(tǒng)中，該可轉(zhuǎn)換的骨骼連接單元可進一步適于在測量到的位置示出了該骨骼已經(jīng)相對于該機器人的支承元件返回到預(yù)定位置時，從其釋放狀態(tài)轉(zhuǎn)換到其鎖定狀態(tài)。此外，該骨骼連接單元也可適于使用測量到的該骨骼相對于該骨骼連接單元的位置，使得該骨骼連接系統(tǒng)指令該機器人調(diào)節(jié)其致動臂末端的位置，使得在該骨骼連接單元的釋放狀態(tài)期間保持該致動臂末端相對于該骨骼的位置。在后兩種情況中的任一種中，該預(yù)定位置可以是在該骨骼連接單元處于其初始鎖定狀態(tài)中時，該骨骼相對于該骨骼連接單元的位置。
[0021]此外，在上述系統(tǒng)中的任一種中，該骨骼連接系統(tǒng)還可包括附接在該骨骼連接單元和該骨骼之間或在該骨骼連接單元和該支承元件之間的連桿。在這種情況下，該系統(tǒng)可還包括彈簧，該彈簧被設(shè)置成，使得該連桿抵抗彈簧的移動能夠確定施加在該骨骼和該支承元件之間的力何時超過該預(yù)定水平。該彈簧可以是被預(yù)加載的或是空載的。
[0022]此外，在結(jié)合有連桿的上述系統(tǒng)中的任一種中，該骨骼連接單元可包括具有至少一個突出部的電磁線圈致動元件，該至少一個突出部適于與該連桿能夠在其內(nèi)移動的本體中的至少一個匹配中空部嚙合，使得該至少一個突出部與該至少一個中空部的嚙合將該骨骼連接單元轉(zhuǎn)換到其鎖定狀態(tài)中。作為選擇，該連桿可包括不對稱軸，該不對稱軸被偏心地設(shè)置在位于該骨骼連接單元中的圓柱形膛孔中，使得該軸的旋轉(zhuǎn)鎖定或釋放該連桿的移動。
[0023]通常，在上述骨骼連接系統(tǒng)中的任一種中，該力傳感器可位于該骨骼連接單元內(nèi)或該連桿上。該機器人本身可以是床裝式的或落地安裝式的或吊頂安裝式的。此外，該骨骼連接單元可被附接到該機器人的位于其基座和其致動臂末端之間的元件，或被附接到該受治療者的骨骼。此外，該位置傳感器可以是光學(xué)或磁性的線性編碼器或光電開關(guān)。
[0024]根據(jù)另一執(zhí)行方案，在本公開中所述的骨骼連接系統(tǒng)中，該骨骼連接單元可被在該機器人的中間關(guān)節(jié)處附接到該機器人，在這種情況下，機器人的位于其基座和該中間關(guān)節(jié)之間的那些關(guān)節(jié)應(yīng)被鎖定，使得該機器人的有效基座被轉(zhuǎn)移到該骨骼連接單元與該機器人的附接位置。
[0025]包括連桿的那些上述骨骼連接系統(tǒng)的其它執(zhí)行方案可還包括:
[0026](i)位于該骨骼連接單元的殼體中的彈簧加載的柱塞，以及
[0027](ii)位于該連桿的圓周上的凹槽，
[0028]其中，當(dāng)該彈簧加載的柱塞位于該凹槽內(nèi)時，隨后獲得該鎖定狀態(tài)，并且當(dāng)該彈簧加載的柱塞位于該凹槽之外時，獲得該釋放狀態(tài)，并且至少該彈簧加載的柱塞上的力以及該凹槽的壁輪廓被選擇成，使得當(dāng)將預(yù)定力施加在該連桿上時，該骨骼連接單元從其鎖定狀態(tài)轉(zhuǎn)換到其釋放狀態(tài)。
[0029]在本公開中所描述的其它執(zhí)行方案實施一種將安裝在受治療者附近的手術(shù)機器人附接到該受治療者的骨骼的方法，包括:
[0030](i)通過具有鎖定狀態(tài)和釋放狀態(tài)的可轉(zhuǎn)換的骨骼連接單元將骨骼連接到該機器人的支承元件，在該鎖定狀態(tài)中，該骨骼被附接到該支承元件，在該釋放狀態(tài)中，該骨骼可相對該支承元件移動，
[0031](ii)檢測施加在該受治療者的骨骼和該機器人的支承元件之間的力，
[0032](iii)測量該骨骼相對于該機器人的支承元件的位置，以及
[0033](iv)當(dāng)該力超過預(yù)定水平時，將該骨骼連接單元從其鎖定狀態(tài)轉(zhuǎn)換到其釋放狀
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[0034]這種方法可還包括下列步驟:當(dāng)測量到的位置示出該骨骼已經(jīng)相對于該機器人的支承元件返回到預(yù)定位置時，將該骨骼連接單元從其釋放狀態(tài)轉(zhuǎn)換到其鎖定狀態(tài)。此外，該方法可還包括下列步驟:利用測量到的該骨骼相對于該骨骼連接單元的位置來指令該機器人調(diào)節(jié)其致動臂末端的位置，使得當(dāng)該骨骼連接單元處于其釋放狀態(tài)中時，保持該致動臂末端相對于該骨骼的位置。在后兩種情況中的任一種中，該預(yù)定位置可以是在該骨骼連接單元處于其初始鎖定狀態(tài)中時，該骨骼相對于該骨骼連接單元的位置。
[0035]此外，在上述方法中的任一種中，該骨骼連接系統(tǒng)也可包括被附接在該骨骼連接單元和該骨骼之間或在該骨骼連接單元和該支承元件之間的連桿。在這種情況下，該力傳感器可利用該連桿抵抗彈簧的移動來確定施加在該骨骼和該支承元件之間的力何時超過該預(yù)定水平。該彈簧可以是被預(yù)加載的或是空載的。
[0036]此外，在涉及連桿的上述方法中的任一種中，該骨骼連接單元可包括具有至少一個突出部的電磁線圈致動元件，該至少一個突出部適于與該連桿能夠在其內(nèi)移動的本體中的至少一個匹配中空部嚙合，使得通過該至少一個突出部與該至少一個中空部的嚙合將該骨骼連接單元轉(zhuǎn)換到其鎖定狀態(tài)內(nèi)。作為選擇，在涉及使用連桿的這些方法中，該連桿可包括不對稱軸，該不對稱軸被偏心地設(shè)置在位于該骨骼連接單元中的圓柱形膛孔中，使得通過該軸的旋轉(zhuǎn)鎖定或釋放該連桿的移動。
[0037]在上述骨骼連接系統(tǒng)中的任一種中，該力傳感器可位于該骨骼連接單元內(nèi)或該連桿上。該機器人本身可以是床裝式的或落地安裝式的或吊頂安裝式的。此外，該骨骼連接單元可被附接到機器人的位于其基座和其致動臂末端之間的元件，或被附接到該受治療者的骨骼。此外，該位置傳感器可以是光學(xué)或磁性的線性編碼器或光電開關(guān)。
[0038]根據(jù)其它執(zhí)行方案，在本公開中所述的方法中，該骨骼連接單元可在該機器人的中間關(guān)節(jié)處被附接到該機器人，在這種情況下，機器人的在其基座和該中間關(guān)節(jié)之間的那些關(guān)節(jié)可被鎖定，使得該機器人的有效基座被轉(zhuǎn)移到該骨骼連接單元與該機器人的附接位置。
[0039]在涉及使用結(jié)合有連桿的骨骼連接系統(tǒng)的那些上述方法的其它執(zhí)行方案中，該骨骼連接單元可還包括:
[0040](i)位于該骨骼連接單元的殼體中的膛孔中的彈簧加載的柱塞，以及
[0041](ii)位于該連桿圓周上的凹槽，
[0042]其中，當(dāng)該彈簧加載的柱塞位于該凹槽內(nèi)時獲得該鎖定狀態(tài)，并且當(dāng)該彈簧加載的柱塞位于該凹槽之外時獲得該釋放狀態(tài)，并且至少該彈簧加載的柱塞上的力以及該凹槽的壁輪廓被選擇成，使得當(dāng)將預(yù)定力施加在該連桿上時，該骨骼連接單元從其鎖定狀態(tài)轉(zhuǎn)換到其釋放狀態(tài)。
【附圖說明】
[0043]通過結(jié)合附圖作出的下列詳細描述，將更為充分地明白和理解本發(fā)明，在附圖中:
[0044]圖1A和圖1B示意性地示出了被安裝在落地安裝式機器人上的示例性骨骼連接單元(BCU)的等距視圖；
[0045]圖2是示例性BCU的剖視示意圖，以示出該BCU可作為轉(zhuǎn)換式骨骼連接構(gòu)件操作的一個方法和結(jié)構(gòu)，其中，使用彈簧來測量它轉(zhuǎn)換其夾持狀態(tài)所處的閾值；
[0046]圖3A到圖3D示意性地示出了不同于圖2的視圖的替代力感測方法的等距和剖視圖，其中，連桿的由于施加在其上的力而產(chǎn)生的運動被借助于光學(xué)開關(guān)進行檢測；
[0047]圖4A到圖4C示意性地示出了本發(fā)明的BCT的另一替代執(zhí)行方案，其中使用一種用于鎖定和釋放浮動襯套的新型銷鎖定裝置；
[0048]圖5A到圖5C示意性地示出了又一示例性骨骼連接單元，其也采用一種基于彈簧的力感測方法，但利用了在膛孔中作為該鎖定機構(gòu)操作的凸輪形軸，以及
[0049]圖6A到圖6C示意地示出了另一力感測機構(gòu)，不同于圖2到圖5C中所示的BCU，它依賴于一種用于力感測的柱塞和縮進環(huán)槽機構(gòu)，而并不依賴于壓縮彈簧。
【具體實施方式】
[0050]現(xiàn)在參考圖1A和圖1B，其分別示出了被安裝在床裝式或落地安裝式機器人12上的示例性骨骼連接單元(BCU)1的等距示意圖。圖1A是一種靠近位于手術(shù)臺上的患者19的示例性落地安裝式機器人設(shè)施12的總體視圖，盡管該機器人同樣可以是床裝式或吊裝式的。該機器人包括位于其多個臂17之間的多個分開的鉸接控制的關(guān)節(jié)16，這些關(guān)節(jié)既可在附圖的平面中又可在該附圖的平面之外提供移動，從而提供多個自由度。BCU 10被示出為被剛性地附接到機器人的接近患者19的一個關(guān)節(jié)殼體18，使得連桿13可被附接在患者的骨骼和BCU 10之間?？赏ㄟ^骨骼夾具或克氏針或其它任何合適的方法來實現(xiàn)骨骼的連接。機器人的從其真實基座直到BCU的區(qū)段被稱為機器人支承結(jié)構(gòu)11或機器人基座臂，這是由于它充當(dāng)剛性支承本體，盡管它可結(jié)合有多個機器人關(guān)節(jié)16，但由于一旦該機器人的那個部分已經(jīng)進入正確位置以使該連桿13能夠在患者體內(nèi)的附接點上方對準(zhǔn)，那些關(guān)節(jié)就被鎖定到適當(dāng)位置。機器人的超出該連桿的那些分段被稱為致動機器人臂15，這是由于這是機器人的下列部分，該部分或者被控制以呈現(xiàn)出正確姿態(tài)從而使外科醫(yī)生能夠在患者19上精確地實施手術(shù)，或者甚至是被控制移動，使得它實施所需的手術(shù)動作。該致動機器人臂15可具有多個控制關(guān)節(jié)16，以使其能夠采取其所需的姿態(tài)，并且如將在下文中所看到的那樣，以補償患者的移動。在該致動機器人臂15的端部處，示出了一種示例性的手術(shù)工具，例如引導(dǎo)插管
14。該連桿13本身可以是克氏針或任何其它合適的剛性元件，該剛性元件可被直接地或通過附加連接元件(例如骨骼夾具)附接到患者的骨骼或其它身體部分。
[0051]因此，在這方面中，從其真實基座直到BCU10所附接的點18的所有機器人區(qū)段均可被認為是支承致動機器人臂15的虛擬機器人基座11，使得該機器人的靜態(tài)基座被有效地轉(zhuǎn)移到接近患者的該BCU 10。與機器人的真實基座一樣，該BCU “虛擬基座”11在外科手術(shù)過程中并不移動。
[0052]圖1B是BCU10本身的放大視圖，示出了從其下部末端伸出的連桿13，同時其本體被牢固地安裝到機器人支承結(jié)構(gòu)11上，該機器人支承結(jié)構(gòu)為該虛擬機器人基座的牢固附接部分。
[0053]現(xiàn)在參考圖2，其為示例性BCU的截面示意圖，以示出該BCU可通過其進行操作的一個示例性方法和結(jié)構(gòu)。該BCU的操作機構(gòu)被容納在被剛性地附接到圖1A和圖1B的機器人支承結(jié)構(gòu)11的殼體20內(nèi)。應(yīng)在其遠側(cè)末端處附接到患者的骨骼的連桿13被安裝在裝配在殼體20的內(nèi)部膛孔內(nèi)的浮動襯套21內(nèi)，并且可在其中縱向地滑動以使連桿能夠移動?？赏ㄟ^由電磁線圈23控制的鎖定裝置來使該浮動襯套無法在BCU殼體內(nèi)的移動，這可防止該浮動襯套在殼體內(nèi)縱向地移動，并且可通過將該浮動襯套21縱向地鎖定在殼體20內(nèi)的任何位置處來達到這一點。在圖2中所示的示例性BCU結(jié)構(gòu)中，該鎖定裝置通?？砂ㄑ卦摳右r套的外壁的長度布置的一組齒或凹槽24以及方便地可以是呈相對齒27的形式的一個或多個突出部，這些突出部被附接到電磁線圈23的操作桿，使得有齒突出部可被制成為與該浮動襯套的齒或凹槽24嚙合以將其鎖定在適當(dāng)位置中。下文中說明實施該鎖定所處的情況。當(dāng)該鎖定裝置并未接合并且該浮動襯套可移動時，通過兩個浮動彈簧22來約束其移動，這些浮動彈簧中的每一個都緊靠在該殼體的內(nèi)部膛孔的一端上，使得抑制了該浮動襯套的運動。
[0054]連桿13的相對于BCU殼體的位置應(yīng)該通過位置傳感器進行監(jiān)控，該位置傳感器在圖2的示例性BCU中被通過光學(xué)或磁性的線性編碼器25、29示出。通常來說，通過位置傳感器25的頭部來檢測和測量被附接到該連桿的磁性或光學(xué)條狀圖形編碼器29的移動，使得該連桿相對于殼體的縱向位置以及因此其在患者空間中的絕對位置和運動是已知的。
[0055]連桿13在浮動襯套內(nèi)的移動通過力彈簧26予以約束。該力彈簧26應(yīng)被預(yù)加載有通過患者的移動施加在該連桿上的預(yù)定力，其中所確定的是該連桿需要被從該機器人臂支承件上釋放。對于在患者的脊柱上實施的手術(shù)，該力水平被通常設(shè)置在約Ikg或略少?？赏ㄟ^調(diào)節(jié)螺釘(未示出)來調(diào)節(jié)該水平。只要施加在連桿上的力不超過該力彈簧上的預(yù)加載，該連桿就不在浮動襯套的膛孔內(nèi)移動，并且該力被牽制在該力彈簧內(nèi)，從而抵消了該預(yù)加載力。因此，通過位置傳感器25并未檢測到移動。當(dāng)由患者在連桿上施加的力不超過該預(yù)加載力時，連桿13開始縱向地移動到浮動襯套21的內(nèi)部膛孔中，并且由位置傳感器25來檢測該初始運動，該位置傳感器的信號被輸入到BCU控制器5。對該彈簧進行預(yù)加載因此具有完全保持機器人與骨骼的精確對準(zhǔn)直到該移動開始為止的優(yōu)點。然而，對于不精確的應(yīng)用，該力彈簧無需被預(yù)加載，并且通過位置傳感器25測量該連桿的抵抗該力彈簧26推動的小移動。一旦該連桿的測量到的移動通過使用初步校準(zhǔn)表明其上施加的力超過該連桿必須被釋放的預(yù)定力水平，BCU控制器5就輸出如先前實施例中的信號。
[0056]根據(jù)上述彈簧構(gòu)造中的任一種，該信號實施兩個動作:
[0057](i)它記錄連桿13的位置，以及
[0058](ii)它致動該電磁線圈23以從鎖定齒24縮回突出部27，并將它保持在縮進位置中，使得整個浮動襯套21現(xiàn)在可在該BCU殼體內(nèi)移動。
[0059]BCU釋放機構(gòu)的致動意味著該連桿13及其浮動襯套21能夠在固定的BCU殼體20內(nèi)自由移動并且因此能夠相對于固定的機器人支承結(jié)構(gòu)11自由移動，以便能夠按照預(yù)期完成患者運動(例如呼吸)。位于浮動襯套21的任一端上的這兩個浮動彈簧22使該浮動襯套能夠隨著患者的呼吸運動以受約束的方式提升和回落。BCU控制器5通過位置傳感器25的輸出信號追隨該連桿13的位置，并且當(dāng)連桿13返回到如由BCU控制器5記錄的其原始平衡開始位置時，該控制器向電磁線圈23發(fā)出信號，以便將突出部27鎖定回到浮動襯套21的鎖定齒24中。該系統(tǒng)隨后被利用被相對于機器人支承結(jié)構(gòu)11剛性地保持的連桿13鎖定，從而準(zhǔn)備好檢測其合力超過預(yù)定閾值的另一患者運動，在該預(yù)定閾值處該連桿13被再次解鎖。
[0060]然而，在BCU的操作循環(huán)的該部分期間，當(dāng)該連桿13能夠自由移動時，身體部分或骨骼的位置相對于機器人支承結(jié)構(gòu)11的位置變化。因此，處于致動機器人臂15的端部處的手術(shù)工具的位置也變化(該位置限定了在該身體部分或骨骼上正實施手術(shù)過程所處的位置)，從而使手術(shù)工具和它正在其上實施手術(shù)的身體部分或骨骼之間的所有先前已知的空間關(guān)系均失效。為了避免出現(xiàn)該問題，BCU控制器5也適用于不斷地向機器人控制器(未示出)傳送基于從位置傳感器25接收到的位置信號的修正信號，以將該手術(shù)工具的位置調(diào)節(jié)到其正確的預(yù)期位置，從而補償患者的運動。
[0061]通過釋放鎖定齒24來確定該連桿的初始平衡靜止位置，使得該浮動襯套能夠隨患者的呼吸自由地移動，以便確定連桿13的運動范圍，并且隨后將齒24鎖定于預(yù)定位置，通常更為接近患者的呼氣狀況。然而，盡管可通過返回參考該原始平衡開始位置來獲得最為方便的操作方法，但僅當(dāng)再次達到該位置時將BCU鎖定是不必要的，這是由于可存在下列情況，即因患者的整個運動而非因呼吸循環(huán)的簡單和有限的運動，導(dǎo)致該連桿可能不回到其原始平衡開始位置，并且鎖定隨后應(yīng)該發(fā)生于不同位置。
[0062]在連桿13中的凹槽中行進的銷28可被用于防止該連桿相對于殼體20轉(zhuǎn)動，以便保持位置傳感器25與其條狀圖形編碼器29正確地對準(zhǔn)。
[0063]現(xiàn)在參考圖3A到圖3D，其示意性地示出了一種替代力感測方法，其中，由于其上所施加的力所導(dǎo)致的連桿的運動通過光學(xué)開關(guān)進行檢測。如在圖2中所示的執(zhí)行方案中，連桿13被安裝在裝配在殼體30的內(nèi)部膛孔內(nèi)的浮動襯套31內(nèi)，并且可在其中縱向地滑動以使連桿能夠移動?？赏ㄟ^由電磁線圈33控制的鎖定裝置來使該浮動襯套無法在BCU殼體內(nèi)的移動。在圖3A到圖3D中所示的示例性BCU結(jié)構(gòu)中，該鎖定裝置包括在浮動襯套31的外壁中切割出的凹槽34以及兩凸邊敞開的套環(huán)元件37，該套環(huán)元件在圖3C的等距示意圖中被清楚地示出并被附接到電磁線圈33的操作桿，使得當(dāng)套環(huán)元件37被推入到凹槽34中時，它將該浮動襯套31鎖定到適當(dāng)位置中。連桿13在浮動襯套31內(nèi)的移動通過力彈簧36進行約束，隨著連桿上的力增大，該力彈簧略微壓縮。在如圖3D中所示的浮動襯套31的頂部，光學(xué)開關(guān)35被定位成，使得當(dāng)連桿13上的力增大到超過預(yù)定水平時，連桿13的末端中斷該光學(xué)開關(guān)35的光束，從而提供連桿上的閾值力已經(jīng)達到的信號。該信號隨后由BCU控制器5進行處理以指令該電磁線圈33釋放浮動襯套31的鎖定裝置。該連桿隨后能夠隨著患者的呼吸而自由地移動，僅由浮動彈簧32加以約束，該浮動彈簧抑制該移動并防止浮動襯套用力碰撞該殼體的端板。與圖2的執(zhí)行方案一樣，也需要位置傳感器以限定BCU相對于以機器人的方式控制或引導(dǎo)的手術(shù)工具的位置的參考位置。
[0064]現(xiàn)在參考圖4A到圖4C，其示意性地示出了本發(fā)明的BCU的另一替代執(zhí)行方案，其使用了一種用于鎖定和釋放浮動襯套41的新型銷44鎖定裝置。此外，該銷44被用于確定連桿13上的力何時足以致使浮動襯套41被釋放，使得它可在殼體40內(nèi)自由地移動。如圖4A中所示，在鎖定位置中，銷44置靠在連桿13的外表面上，使得該連桿13可在浮動襯套41內(nèi)移動，但該銷44從浮動襯套41徑向地伸出到殼體40中的圓周凹槽43中，使得該浮動襯套被鎖定于殼體。如前所述，該連桿13抵抗力彈簧46操作，該力彈簧隨著增大連桿上的力而壓縮。連桿13在其外表面中具有凹槽47，該凹槽具有如下尺寸，使得當(dāng)該銷可朝向該連桿向內(nèi)移動時，在其彈簧48的影響下，位于浮動襯套41中的徑向孔中的彈簧加載銷44將滑入到凹槽47中。該連桿在浮動襯套41內(nèi)的平衡縱向位置使得該銷44保持在其置靠在該連桿13的外表面上的外部位置中，直到連桿上的力達到預(yù)定的閾值水平為止，此時，連桿13已經(jīng)充分地向內(nèi)移動，該凹槽47現(xiàn)在處于下列位置中，其中，該銷44可在其彈簧48的影響下恰好滑入到該凹槽中。如圖4B中所示，一旦該銷44移動到該凹槽中，它就不再伸入到殼體40中的圓周凹槽43中，使得該浮動襯套41現(xiàn)在能夠在殼體40內(nèi)自由地移動，同時，該銷44將連桿13鎖定于浮動襯套41，使得它們一起在殼體40的膛孔內(nèi)滑動。如前所述，浮動彈簧42控制浮動襯套41的過快或極限運動。盡管已經(jīng)使用單個銷提出了上述解釋，但將會理解的是，也可使用每個都具有其偏壓彈簧48的不止一個銷44，如在圖4C中的該BCU的等距剖視圖中所示。
[0065]現(xiàn)在參考圖5A到圖5C，其示意性地示出了另一示例性骨骼連接單元，該骨骼連接單元還采用了一種基于彈簧的力感測方法。圖5A是其蓋部被移除以示出其工作部件的BCU的等距視圖，而圖5B是組成部件的示意圖，并且圖5C示出了該鎖定機構(gòu)的操作。該執(zhí)行方案不同于先前所示的那些執(zhí)行方案，不同之處在于，該鎖定機構(gòu)基于凸輪形軸，該凸輪形軸在膛孔內(nèi)旋轉(zhuǎn)以將該凸輪尖鎖靠在該膛孔的內(nèi)側(cè)壁上。與例如在圖2中所示的有齒突出部鎖定裝置相比，其中該鎖定裝置的致動可導(dǎo)致浮動襯套意外移動通過這一個或多個鎖定突出部被迫進入的齒條間距的差不多一半，這種旋轉(zhuǎn)凸輪形軸的使用能夠?qū)崿F(xiàn)鎖定，而不向該浮動襯套施加任何意外的縱向移動。
[0066]與在先前的執(zhí)行方案中一樣，該BCU的殼體50被附接到該機器人支承結(jié)構(gòu)。豎向滑軌57被固定在該殼體50的內(nèi)側(cè)，并且浮動組件51可在該軌道上自由地滑動，除非被該鎖定機構(gòu)鎖定。連接到患者骨骼的克氏針或其它連桿(未在圖5A到圖5C中示出)被附接到該浮動組件51，使得隨著患者移動，當(dāng)處于其解鎖狀態(tài)中時，該浮動組件51可沿其軌道57以與患者骨骼的運動相一致的方式自由移動。浮動組件51的位置如前所述由位置傳感器測量，該位置傳感器通常包括附接到殼體50的磁性或光學(xué)條狀圖形規(guī)則編碼器59以及附接到該浮動組件51的位置讀取頭55。
[0067]通過凸輪形軸54實施該浮動組件的鎖定，該凸輪形軸穿過浮動組件51中的膛孔行進殼體50的長度，該膛孔最方便地為圓柱形。該膛孔在直徑方面比該凸輪輪廓的最大尺寸(即從凸輪尖到基圓上的相對點)大，使得該浮動殼體51能夠沿凸輪形軸54自由地移動。如圖5C中所示，該凸輪輪廓54的旋轉(zhuǎn)中心與圓柱形膛孔70的中心軸線偏離，使得當(dāng)旋轉(zhuǎn)該凸輪形軸時，在其某些旋轉(zhuǎn)點處，凸輪尖變得被卡靠在圓柱形膛孔70的內(nèi)側(cè)壁上，從而鎖定該浮動組件51以防止沿凸輪形軸54的進一步滑動。圖5C示出了該旋轉(zhuǎn)凸輪形軸54在圓柱形膛孔70中的鎖定位置和解鎖位置。在圖5C的橫截面視圖中，該凸輪形軸的旋轉(zhuǎn)中心被示出為略微偏向同孔的中心的右側(cè)。盡管在圖5C的兩個俯視圖中示出了該凸輪形輪廓，但將會理解的是，該軸也可具有包括當(dāng)旋轉(zhuǎn)時會卡靠在該膛孔的內(nèi)側(cè)壁上的元件(例如如圖5C中的底部視圖中所示的圓柱形軸上的單個突出脊部)的任何其它的形狀。任何這種成形軸或桿在本公開中通常被稱為“凸輪形軸”。作為選擇，也可以使用一種在卵形或橢圓形膛孔中旋轉(zhuǎn)的偏心圓柱形軸，盡管非圓形橫截面膛孔的生產(chǎn)可能不太有利于制造?？赏ㄟ^一種操作鉸接桿58的電機53來實現(xiàn)凸輪形軸54的旋轉(zhuǎn)，該鉸接桿被連接到被附接到該凸輪形軸54的一端的旋轉(zhuǎn)頭52。
[0068]盡管圓柱形膛孔可以是對于制造而言最方便成形的膛孔，但將會理解的是，也可以使用能夠被鎖定到旋轉(zhuǎn)凸輪軸的任何其它形狀的膛孔。在替代設(shè)計中，滑動組件51中的膛孔和凸輪形軸54可具有類似的非圓形凸輪形狀，其中，該滑動組件51的膛孔在尺寸方面是略大的。只要凸輪軸54和滑動組件膛孔被共形地對準(zhǔn)，則滑動組件51就能夠沿凸輪形軸54自由地移動。一旦旋轉(zhuǎn)凸輪軸54，它就壓靠在滑動組件中的膛孔上，并且防止其自由運動。該具體執(zhí)行方案與使用圓柱形膛孔相比甚至可以是有利的，這是由于當(dāng)凸輪鎖定它時，該圓柱形膛孔可能經(jīng)受橫向運動。
[0069]該BCU操作如下。凸輪形軸54被以這樣一種方式安裝在BCU殼體50中的其端部襯套或軸承中，使得它能夠承受有限的軸向運動。諸如彈性擋圈之類的端部止動件可被用于限制該凸輪形軸的軸向運動范圍，使得它并不從其浮動組件中的膛孔中滑出。在正常使用中，當(dāng)浮動組件51被鎖定并且患者的骨骼朝向機器人臂進行向上運動(在附圖的參考框架中)時，并未示出但被附接到浮動組件51的來自該骨骼的連桿試圖向上移動，并且施加在浮動組件51上的力被轉(zhuǎn)移到它被鎖定于其上的凸輪形軸54。預(yù)加載力彈簧56被旋在凸輪形軸54上，并且施加在凸輪形軸54上的力試圖在其端部軸承中抵抗該預(yù)加載力彈簧56軸向地移動它。當(dāng)由該連桿傳遞的力超過彈簧56上的預(yù)加載力時，該凸輪形軸開始與被鎖定到它的浮動組件51—起軸向地移動，并且由位置傳感器55、59來檢測該運動。一旦該運動超過預(yù)定水平，就從位置傳感器控制單元產(chǎn)生一種輸出信號，該位置傳感器控制單元使電機53旋轉(zhuǎn)，電機53進而使凸輪形軸54旋轉(zhuǎn)，使得它被從與浮動組件51鎖定的其鎖定狀態(tài)中釋放出來，并且能夠使該浮動組件與所附接的連桿一起隨著患者骨骼的運動而自由地移動。如前所述，該浮動組件的位置被在釋放該鎖定機構(gòu)的時刻對準(zhǔn)，使得它能夠被重新鎖定在相同或已知的位置處。該浮動組件的位置被連續(xù)地進行監(jiān)控，以便在患者骨骼移動時，提供機器人臂的位置所需的校正。作為對于圖5A和圖5B中所示執(zhí)行方案的替代方案，該彈簧56可被定位在浮動組件的上方，在這種情況下，它不需要任何預(yù)加載，并且其壓縮導(dǎo)致該凸輪形軸54的輕微的端部運動，這產(chǎn)生了將凸輪形軸54從浮動組件51上解鎖的信號。
[ΟΟΤ?]現(xiàn)在參考圖6Α到圖6C，其示意性地示出了又一替代力感測機構(gòu)，與圖2到圖?中所示的BCU不同，該力感測機構(gòu)依賴于用于力感測的柱塞64和環(huán)槽66而非依賴于壓縮彈簧。圖6A和圖6B將該執(zhí)行方案示出為該裝置的分別處于其鎖定狀態(tài)和解鎖狀態(tài)中的截面圖，而圖6C是該BCU執(zhí)行方案的等距外部視圖。在該執(zhí)行方案中，連桿13在內(nèi)部殼體61內(nèi)滑動，可通過調(diào)節(jié)手柄67來調(diào)節(jié)其在外部殼體60內(nèi)的位置。該連桿的移動由浮動彈簧62抑制，以防止任何極端運動。該連桿具有直徑擴大的套環(huán)區(qū)段65，其內(nèi)形成有縮進凹槽66。彈簧加載的柱塞64被安裝在內(nèi)部殼體61中，并且在BCU平衡位置中，該內(nèi)部殼體被調(diào)節(jié)成，使得連桿13上的凹槽66正好與柱塞64相一致地下降，從而將連桿13鎖定到內(nèi)部殼體61和部外殼體60。該柱塞64和凹槽66的形狀以及柱塞上的預(yù)加載彈簧力被預(yù)先確定成，使得當(dāng)連桿13上的力超過閾值水平時，凹槽66的壁設(shè)法將柱塞64推回到凹槽66的外部，并且允許連桿13從該柱塞的抑制效果中逃離。在這種情況下，該連桿被解鎖并且能夠隨著患者移動而自由地移動，直到它返回到一位置，使得縮進凹槽66再次接收柱塞64，從而再次鎖定住該連桿13。與在先前的執(zhí)行方案中一樣，需要單獨的位置傳感器，以便再次指令該機器人控制考慮該連桿和患者的運動。
[0071]考慮BCU的操作的替代形式，所觀察到的是，圖6A到圖6C中所示的示例性裝置以及同樣圖4的示例性裝置中，通過BCU殼體中的突出部與在連桿上具有固定位置的相應(yīng)中空部或凹槽的嚙合來機械地限定BCU的鎖定位置。如果BCU的操作旨在僅當(dāng)BCU被鎖定并且患者骨骼處于靜止平衡位置中時才允許機器人對患者實施手術(shù)，那么無需一直測量該連桿的實際位置的上述類型的位置傳感器。相反，根據(jù)該簡化的手術(shù)過程，該柱塞在相對凹槽中的位置限定了該連桿相對于機器人臂的位置，并且在該方面為“位置傳感器”，這意味著它感測該鎖定狀態(tài)何時是起作用的或者該釋放狀態(tài)何時是起作用的，而非它完全測量該位置。
[0072]本領(lǐng)域技術(shù)人員所了解到的是，本發(fā)明并不受限于上文中具體示出和描述的內(nèi)容。相反，本發(fā)明的范圍包括上文描述的多種特征的組合和子組合以及對其作出的本領(lǐng)域技術(shù)人員在閱讀以上說明書后即可想到的且并不在現(xiàn)有技術(shù)中的變型和修改。
【主權(quán)項】
1.一種用于將手術(shù)機器人附接到受治療者的骨骼的骨骼連接系統(tǒng)，所述手術(shù)機器人具有其安裝在所述受治療者附近的基座，所述系統(tǒng)包括: 可轉(zhuǎn)換的骨骼連接單元，所述可轉(zhuǎn)換的骨骼連接單元被附接在所述骨骼和所述手術(shù)機器人的支承元件之間，所述可轉(zhuǎn)換的骨骼連接單元具有鎖定狀態(tài)和釋放狀態(tài)，在所述鎖定狀態(tài)中，所述骨骼被附接到所述支承元件，在所述釋放狀態(tài)中，所述骨骼能夠相對于所述支承元件移動，所述可轉(zhuǎn)換的骨骼連接單元包括； 用于確定施加在所述骨骼和所述機器人的所述支承元件之間的力的力傳感器;和 用于測量所述骨骼相對于所述機器人的所述支承元件的位置的位置傳感器； 其中，所述可轉(zhuǎn)換的骨骼連接單元適于在所述力超過預(yù)定水平時，從其鎖定狀態(tài)轉(zhuǎn)換到其釋放狀態(tài)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的骨骼連接系統(tǒng)，其中，所述可轉(zhuǎn)換的骨骼連接單元還適于在測量到的所述位置示出了所述骨骼已經(jīng)相對于所述機器人的所述支承元件返回到預(yù)定位置時，從其釋放狀態(tài)轉(zhuǎn)換到其鎖定狀態(tài)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的骨骼連接系統(tǒng)，其中，所述骨骼連接單元也適于使用測量到的所述骨骼相對于所述骨骼連接單元的位置，使得所述骨骼連接系統(tǒng)指令所述機器人調(diào)節(jié)其致動臂末端的位置，使得在所述骨骼連接單元的所述釋放狀態(tài)期間保持所述致動臂末端相對于所述骨骼的位置。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的骨骼連接系統(tǒng)，其中，所述預(yù)定位置是當(dāng)所述骨骼連接單元處于其初始鎖定狀態(tài)中時，所述骨骼相對于所述骨骼連接單元的位置。5.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項所述的骨骼連接系統(tǒng)，其中，所述骨骼連接系統(tǒng)還包括附接在所述骨骼連接單元和所述骨骼之間或在所述骨骼連接單元和所述支承元件之間的連桿。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的骨骼連接系統(tǒng)，其中，所述骨骼連接系統(tǒng)還包括彈簧，所述彈簧被設(shè)置成，使得所述連桿抵抗所述彈簧的移動能夠確定施加在所述骨骼和所述支承元件之間的所述力何時超過所述預(yù)定水平。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的骨骼連接系統(tǒng)，其中，所述彈簧是被預(yù)加載的或是空載的。8.根據(jù)權(quán)利要求5到7中的任一項所述的骨骼連接系統(tǒng)，其中，所述骨骼連接單元包括具有至少一個突出部的電磁線圈致動元件，所述至少一個突出部適于與所述連桿能夠在其內(nèi)移動的本體中的至少一個匹配中空部嚙合，使得所述至少一個突出部與所述至少一個中空部的嚙合將所述骨骼連接單元轉(zhuǎn)換到其鎖定狀態(tài)中。9.根據(jù)權(quán)利要求5到7中的任一項所述的骨骼連接系統(tǒng)，其中，所述連桿包括不對稱軸，所述不對稱軸被偏心地設(shè)置在所述骨骼連接單元中的圓柱形膛孔中，使得所述軸的旋轉(zhuǎn)鎖定或釋放所述連桿的移動。10.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項所述的骨骼連接系統(tǒng)，其中，所述力傳感器位于所述骨骼連接單元內(nèi)或所述連桿上。11.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項所述的骨骼連接系統(tǒng)，其中，所述機器人是床裝式的或落地安裝式的或吊頂安裝式的。12.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項所述的骨骼連接系統(tǒng)，其中，所述骨骼連接單元被附接到所述機器人的位于其基座和其致動臂末端之間的元件，或附接到所述受治療者的所述骨骼。13.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項所述的骨骼連接系統(tǒng)，其中，所述位置傳感器是光學(xué)或磁性的線性編碼器或光電開關(guān)。14.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項所述的骨骼連接系統(tǒng)，其中，所述骨骼連接單元在所述機器人的中間關(guān)節(jié)處被附接到所述機器人，并且所述機器人的位于其基座和所述中間關(guān)節(jié)之間的那些關(guān)節(jié)被鎖定住，使得所述機器人的有效基座被轉(zhuǎn)移到所述骨骼連接單元與所述機器人的附接位置。15.根據(jù)權(quán)利要求5所述的骨骼連接系統(tǒng)，其中，所述骨骼連接系統(tǒng)還包括: 彈簧加載的柱塞，所述彈簧加載的柱塞位于所述骨骼連接單元的所述殼體中，以及 位于所述連桿的圓周上的凹槽，其中，當(dāng)所述彈簧加載的柱塞位于所述凹槽內(nèi)時獲得所述鎖定狀態(tài)，并且當(dāng)所述彈簧加載的柱塞位于所述凹槽之外時獲得所述釋放狀態(tài)，并且至少所述彈簧加載的柱塞上的力以及所述凹槽的壁輪廓被選擇成，使得當(dāng)將預(yù)定力施加在所述連桿上時，所述骨骼連接單元從其鎖定狀態(tài)轉(zhuǎn)換到其釋放狀態(tài)。16.—種將安裝在受治療者附近的手術(shù)機器人附接到所述受治療者的骨骼的方法，包括: 通過具有鎖定狀態(tài)和釋放狀態(tài)的可轉(zhuǎn)換的骨骼連接單元將所述骨骼連接到所述機器人的支承元件，在所述鎖定狀態(tài)中，所述骨骼被附接到所述支承元件，在所述釋放狀態(tài)中，所述骨骼能夠相對所述支承元件移動； 檢測施加在所述受治療者的所述骨骼和所述機器人的所述支承元件之間的力； 測量所述骨骼相對于所述機器人的所述支承元件的位置；以及 當(dāng)所述力超過預(yù)定水平時，將所述骨骼連接單元從其鎖定狀態(tài)轉(zhuǎn)換到其釋放狀態(tài)。17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中，所述方法還包括如下步驟:當(dāng)測量到的所述位置示出了所述骨骼已經(jīng)相對于所述機器人的所述支承元件返回到預(yù)定位置時，將所述骨骼連接單元從其釋放狀態(tài)轉(zhuǎn)換到其鎖定狀態(tài)。18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中，所述方法還包括如下步驟:利用測量到的所述骨骼相對于所述骨骼連接單元的位置來指令所述機器人調(diào)節(jié)其致動臂末端的位置，使得當(dāng)所述骨骼連接單元處于其釋放狀態(tài)中時，保持所述致動臂末端相對于所述骨骼的位置。19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中，所述預(yù)定位置是當(dāng)所述骨骼連接單元處于其初始鎖定狀態(tài)中時，所述骨骼相對于所述骨骼連接單元的位置。20.根據(jù)權(quán)利要求16至19中的任一項所述的方法，其中，所述骨骼連接系統(tǒng)也包括附接在所述骨骼連接單元和所述骨骼之間或在所述骨骼連接單元和所述支承元件之間的連桿。21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其中，所述力傳感器利用所述連桿抵抗彈簧的運動來確定施加在所述骨骼和所述支承元件之間的力何時超過所述預(yù)定水平。22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中，所述彈簧是被預(yù)加載的或是空載的。23.根據(jù)權(quán)利要求20到22中的任一項所述的方法，其中，所述骨骼連接單元包括具有至少一個突出部的電磁線圈致動元件，所述至少一個突出部適于與所述連桿能夠在其內(nèi)移動的本體中的至少一個匹配中空部嚙合，使得通過所述至少一個突出部與所述至少一個中空部的嚙合將所述骨骼連接單元轉(zhuǎn)換到其鎖定狀態(tài)中。24.根據(jù)權(quán)利要求20到22中的任一項所述的方法，其中，所述連桿包括不對稱軸，所述不對稱軸被偏心地設(shè)置在所述骨骼連接單元中的圓柱形膛孔中，使得通過所述軸的旋轉(zhuǎn)來鎖定或釋放所述連桿的移動。25.根據(jù)權(quán)利要求16到24中的任一項所述的方法，其中，所述力傳感器位于所述骨骼連接單元內(nèi)或所述連桿上。26.根據(jù)權(quán)利要求16到25中的任一項所述的方法，其中，所述機器人是床裝式的或落地安裝式的或吊頂安裝式的。27.根據(jù)權(quán)利要求16到26中的任一項所述的方法，其中，所述骨骼連接單元被附接到所述機器人的位于其基座和其致動臂末端之間的元件，或附接到所述受治療者的所述骨骼。28.根據(jù)權(quán)利要求16到27中的任一項所述的方法，其中，所述位置傳感器是光學(xué)或磁性的線性編碼器或光電開關(guān)。29.根據(jù)權(quán)利要求16到28中的任一項所述的方法，其中，所述骨骼連接單元在所述機器人的中間關(guān)節(jié)處被附接到所述機器人，使得所述方法能夠使所述機器人的位于其基座和所述中間關(guān)節(jié)之間的那些關(guān)節(jié)被鎖定住，使得所述機器人的有效基座被轉(zhuǎn)移到所述骨骼連接單元與所述機器人的附接位置。30.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中，所述骨骼連接單元還包括: 彈簧加載的柱塞，所述彈簧加載的柱塞位于所述骨骼連接單元的所述殼體中的膛孔中，以及 位于所述連桿的圓周上的凹槽， 并且當(dāng)所述彈簧加載的柱塞位于所述凹槽內(nèi)時獲得所述鎖定狀態(tài)，并且當(dāng)所述彈簧加載的柱塞位于所述凹槽之外時獲得所述釋放狀態(tài)，并且至少所述彈簧加載的柱塞上的力以及所述凹槽的壁輪廓被選擇成，使得當(dāng)將預(yù)定力施加在所述連桿上時，所述骨骼連接單元從其鎖定狀態(tài)轉(zhuǎn)換到其釋放狀態(tài)。
【文檔編號】A61B34/30GK105899146SQ201480073164
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2014年12月15日
【發(fā)明人】Y·貝爾, E·策阿維, Y·烏什皮青
【申請人】馬佐爾機器人有限公司