CN108348299B - 远程运动中心机器人的光学配准 - Google Patents

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Abstract

一种用于微创流程的机器人手术***，所述微创流程涉及通过规划的切开点进入患者的规划的工具轨迹。所述机器人手术***采用光学末端效应器(50)(例如，激光点或内窥镜)、RCM机器人(40)(例如，同心弧机器人)和机器人控制器(60)。在操作中，所述机器人控制器(60)通过所述RCM机器人(40)控制所述光学末端效应器(50)到被附接到所述患者的一个或多个标记物的光学指向，并且还由所述RCM机器人(40)基于根据所述光学指向导出的所述远程运动中心到所述患者的所述体积图像内所示的所述规划的切开点的配准来控制所述光学末端效应器(50)到所述患者的所述体积图像内所示的所述规划的工具轨迹的轴向对齐。

Description

远程运动中心机器人的光学配准
技术领域
本公开总体涉及需要介入工具穿过特定切开点沿着定义的工具轨迹***患者的微创流程，特别是微创神经外科流程(例如活检)。本公开更具体地涉及由远程运动中心机器人将远程运动中心(“RCM”)配准到规划的进入患者体内的切开点，用于沿着规划的工具轨迹对介入工具进行精确地定位和定向。
背景技术
图像引导的脑活检允许外科医师以微创方式精确地靶向位于深处的脑部病变。具体地，使用跟踪和定位***(例如，光学、电磁、机械或其组合)将患者的头部固定并且配准到术前成像扫描(例如，CT、MRI、US等)。通常，使用放置在患者颅骨上的标记物和/或跟踪的手动指示器来执行这种配准。基于术前成像扫描中所示的脑病变相对于跟踪***的已知位置，由外科医师确定针对活检的进入患者的切开点的合适位置。然后外科医师基于来自图像引导的跟踪***的反馈来手动对齐跟踪活检针的***角度。当针由外科医师***时，图像引导的跟踪***确认针的轨迹并识别何时己经达到了正确的***深度。为此目的，本领域已知的图像引导***可以提供机械针引导件，外科医师在针***之前将其对齐到规划的工具轨迹。
即使在使用这样的图像引导时，并且假设已经实现术前成像扫描到跟踪***的准确配准，外科医师必须在自由空间中执行五度(5°)自由对齐。因此，配准和/或针对齐中的用户错误可能导致不正确的切口位置，和/或介入工具错过患者头部内的目标脑病变。
发明内容
本公开提供了使用机器人安装的光学末端效应器(例如，激光指示器或内窥镜)的发明，其用于在微创流程(微创神经外科流程)期间将远程运动中心(“RCM”)机器人配准到患者的图像。通过将患者图像配准到RCM机器人，以准确的方式自动定义用于执行所述流程的规划的工具轨迹的准确定位和取向。这继而又允许外科医师以精确的、可控的方式部署介入工具，同时将人类错误的风险降至最低。
本公开的发明的一种形式是用于微创流程的机器人手术***，所述微创流程涉及通过规划的切开点进入患者的规划的工具轨迹。
所述机器人手术***采用光学末端效应器(例如，激光点或内窥镜)和RCM机器人以使光学末端效应器关于由RCM机器人的结构配置限定的远程运动中心旋转。
所述机器人手术***还采用机器人控制器，所述机器人控制器用于由RCM机器人控制光学末端效应器到附着到所述患者的一个或多个标记物将光学指向，并且用于基于所述远程运动中心到在患者的体积图像内所示的所述规划的切开点的配准来由所述RCM机器人控制所述光学末端效应器到到在患者的所述体积图像内所示出的所述规划的工具轨迹的轴向对齐，所述配准是根据由所述光学末端效应器到被附接到所述患者的(一个或多个)配准标记物的光学指向导出的。
本公开的本发明的第二种形式是一种用于微创流程的机器人手术方法，所述微创流程涉及通过规划的切开点进入患者的规划的工具轨迹。
所述机器人手术方法包括RCM机器人将光学末端效应器光学指向被附接到所述患者的一个或多个标记物；并且配准模块根据由所述RCM机器人将光学末端效应器光学指向到附着到所述患者的所述(一个或多个)标记物来导出远程运动中心到所述患者的所述体积图像内所示的所述规划的切开点的配准，
所述远程运动中心由所述RCM机器人的结构配置来定义。
所述机器人手术方法还包括RCM机器人基于由配准模块将远程运动中心配准到如在患者的体积图像中所示规划的切开点，来将光学末端效应器轴向对齐到如在患者的体积图像内所示的规划的工具轨迹。
为了本发明的发明目的，本领域的术语包括但不限于“规划的工具轨迹”，“规划的切开点”，“末端效应器”，“远程运动中心”，“机器人”，“标记物”和“体积图像”应被解释为如在本公开的技术中以及如在本文中描述的示例中所理解的。
更具体而言，为了本公开的发明的目的，术语“光学末端效应器”宽泛地涵盖用作机器人的末端效应器并且具有用于发射和/或接收任何形式的辐射的光学能力的任何设备，并且术语“RCM机器人”宽泛地涵盖具有限定远程运动中心的结构配置的任何机器人，其中，机器人或其一部分可关于远离机器人在空间上固定的点旋转。光学末端效应器的范例包括但不限于如本领域已知和本文中描述的示例性中的任何类型的激光指示器和内窥镜，并且RCM机器人的示例包括但不限于任何类型的如本领域已知并且在本文中描述的示例性的同心弧机器人(concentric arc robot)。
为了本公开的发明的目的，术语“控制器”宽泛地涵盖容纳在或连接到工作站的专用主板或专用集成电路的所有结构配置，其用于控制如随后在本文中所描述的本发明的各种发明原理的应用。控制器的结构配置可以包括但不限于，(一个或多个)处理器，(一个或多个)计算机可用/计算机可读存储介质，操作***，(一个或多个)应用模块，(一个或多个)***设备控制器，(一个或多个)槽和(一个或多个)端口。
工作站的例子包括但不限于一个或多个计算设备(例如，客户端计算机，桌面和平板电脑)、显示器/监视器以及一个或多个输入设备(例如键盘，游戏杆和鼠标)的组装。
为了本公开的发明的目的，术语“应用模块”宽泛地涵盖包括用于执行特定应用的电子电路和/或可执行程序(例如，可执行软件和/或固件)的控制器的部件。
为了本公开的发明的目的，本文中作为“机器人”控制器和“成像”控制器的对控制器的说明性标签用于识别如本文所描述和要求保护的特定控制器，而没有指定或暗示对该术语“控制器”的任何额外限制。
类似地，为了本公开的发明的目的，在本文中作为“伺服控制”模块和“配准控制”模块的的对应用模块说明性标签用于识别如本文所描述和要求保护的特定应用模块，而不指定或暗示对该术语“应用模块”的任何额外限制。
在结合附图阅读本公开各实施例的下列详细描述之后，本公开的前述形式和其它形式以及本公开的各个特征和优点将变得更加清楚。详细描述和附图仅是本公开的例示而非限制，本公开的范围由所附权利要求及其等价方案限定。
附图说明
图1图示了根据本公开的发明原理的微创神经手术流程的第一示例性实施例。
图2图示了表示根据本公开的发明原理的机器人图像引导方法的示例性实施例的流程图。
图3A-3D图示了根据本公开的发明原理的配准标记物的示例性实施例。
图4A-4G图示了根据本公开的发明原理的RCM机器人到患者的示例性配准。
图5图示了根据本公开的发明原理的微创神经手术流程的第二示例性实施例。
图6图示了根据本公开的发明原理的微创神经手术流程的第三示例性实施例。
图7A和图7B示出了根据本公开的发明原理的工作站的示例性实施例。
具体实施方式
为了便于理解本公开内容，以下对图1的描述教导了使用机器人安装的激光指示器在微创神经外科流程过程中将远程运动中心(“RCM”)机器人配准到患者图像的基本发明原理。根据该描述，本领域普通技术人员将意识到如何将本公开的发明原理应用于各种光学末端效应器，以在任何类型的微创流程期间将RCM机器人配准到患者的图像。
参考图1，微创活检的成像阶段利用成像控制器20、成像模态22(例如，CT、MRI或US成像模态)以及成像控制器20与成像模态22之间的通信路径23(例如，(一个或多个)有线/无线连接)。通常在操作中，微创活检的图像阶段包括成像控制器20如本领域已知地控制对由成像模态22生成体积图像21的显示，其图示附接到通过夹具11固定的患者10的头部的标记物(用黑点表示)。在成像时，成像控制器22a还如本领域中已知地控制用户在体积图像21内规划患者10的头部上的切开点的位置(由体积图像21的标记物之间的圆圈表示)以及工具轨迹通过切口点以达到患者10头部内的目标病变(由表示垂直于切开点的工具轨迹的体积21的标记物圆内的X表示)。
仍然参考图1，微创活检的配准阶段利用机器人平台30，同心弧机器人40形式的RCM机器人，激光指示器50形式的光学末端效应器，机器人控制器60a，以及通信机器人控制器60a与同心弧机器人40之间和机器人控制器60a与机器人平台30的主动实施例之间的通信路径63a(例如，(一个或多个)有线/无线连接)。
为了本公开的发明目的，术语“机器人平台”宽泛地涵盖在结构上被配置为用于在笛卡尔坐标系内移动本公开的RCM机器人的任何平台，其中，远程运动中心可移动到笛卡尔坐标系中的期望的点。
对于图1的实施例，机器人平台30采用基座31(可连接到床栏杆或操作空间内的其它稳定位置)和相对于基座31固定的、或相对于基座31可平移、可枢转和/或可延伸的立柱32。机器人平台30还采用机器人保持臂34和将机器人保持臂34互连到立柱32的关节33，其中，机器人保持臂34在笛卡尔坐标系内相对于立柱32可平移和/或可延伸。
在实践中，机器人平台30在手动操纵立柱32和/或机器人保持臂34方面可以是被动的，或者在机器人控制器60a控制的机动立柱32和/或机动关节33方面是主动的，用于经由通信路径63a发出命令基座31和/或机器人保持臂34的平移、枢转和/或延伸的命令。针对机器人平台30、立柱32和/或关节33的被动和主动实施例可以包括用于生成编码信号的编码器(未示出)，所述编码信号提供了在笛卡尔坐标系内立柱32相对于基部31的姿态和/或机器人握持臂34的姿态，其中，机器人控制器60a可以跟踪立柱32和/或机器人保持臂34。
同心弧机器人40采用俯仰弧42，所述俯仰弧42机械地耦合到俯仰致动器41，并且机械地耦合到偏航致动器43或者与偏航致动器43物理地集成。同心弧机器人40还包括偏航弧44，所述偏航弧44机械地耦合到偏航致动器43，并且机械地耦合到末端效应器保持器45或者与末端效应器保持器45物理地集成。
俯仰致动器41包括可由机器人控制器60a经由通信路径63a控制的编码马达(未示出)，用于选择性地致动俯仰致动器41以同时使俯仰弧42、偏航致动器43、偏航弧44、末端效应器保持器45和激光指示器50关于俯仰致动器41的俯仰轴线PA(如由包围俯仰轴线PA的双向箭头所表示)回转。
偏航致动器43包括可由机器人控制器60a经由通信路径63a控制的编码马达(未示出)，用于选择性地致动偏航致动器43从而以使偏航致动器43、偏航弧44、末端效应器保持器45和激光指示器50关于偏航致动器41的偏航轴线PA(如由包围偏航轴线PA的有向箭头所表示)回转。
末端效应器保持器45在结构上如本领域已知地被配置为保持激光指示器50，其中，由激光指示器50a发射的激光束LB与末端效应器保持器45的纵向轴线对齐。
如本领域中已知的，俯仰致动器41、偏航致动器43和末端效应器保持器45的相对定向将远程运动中心RCM限定为俯仰轴线PA、偏转轴线YA和末端效应器轴线(由激光束LB表示)的交点。如本领域已知的，机器人控制器60a基于由机器人平台30的主动实施例生成的编码信号执行伺服模块61a以相对于患者10的头部战略性地定位远程运动中心RCM。如本领域已知的，机器人控制器60a基于由俯仰致动器41和偏航致动器43生成的编码信号来执行伺服模块61a，以相对于附接到患者10的头部的标记物在战术上对激光指示器50进行定向。
通常，在操作中，微创活检的配准阶段涉及机器人控制部60a执行配准模块62A以将远程运动中心RCM配准到患者10头的体积图像21内的切口点的位置LA，其中，激光射束与在成像阶段规划的工具的轨迹TT对齐。将通过对图2的说明来提供对配准模块62a的更详细的描述。
仍然参考图1，微创活检的活检阶段包括从末端效应器保持器45移除激光指示器50以及将末端效应器保持器45内的工具引导件70***。基于在配准阶段期间激光束LB与规划的工具轨迹TT的配准对齐，活检针71可以以如由工具引导件70测量的精确、受控的方式部署，以到达患者10的头部内的目标病变。
为了便于对配准模块62a的进一步理解，以下是对如图1所示的微创活检的背景下的如图2中所示的本公开的示例性机器人图像引导方法的成像阶段和配准阶段的描述。根据该描述，本领域普通技术人员将认识到如何应用本公开的发明原理来实现本公开的可应用于任何特定微创流程的配准模块以及RCM机器人的任何特定结构配置和机器人平台。
图2图示了流程图80，其表示由本公开的示例性机器人图像引导方法的外科医师执行的动作，并且流程图100表示由本公开的示例性机器人图像引导方法的控制器执行的动作。
参照图1和图2，在图1的成像阶段期间，流程图80的阶段S82包含外科医师如本领域已知地将不透射线的不透标记物附接到患者10，并且流程图80的阶段S84包含外科医师与成像控制器20交互，其中，在流程图100的阶段S102期间由成像控制器20控制的成像模态22生成图示附接到患者10的头部的不透明标记物的体积图像21。在实践中，这些标记物可以具有相同的配置，或者每个标记物具有独特的形状以便于个体地识别体积图像21内的标记物。
例如，图3A图示了具有星形形状的不透射线的标记物130，图3B图示了具有十字形状的不透射线标记物131，图3C图示了具有菱形形状的不透射线的标记物132，并且图3D图示了具有六边形形状的不透射线的标记物133。
返回参考图1和图2，在成像阶段S84和S102之后，流程图80的阶段S86包含在流程图100的阶段S104期间外科医师与图像控制器20交互，以如本领域中已知地在体积图像内规划进入患者20的头部的位置的切开点，并且如本领域中已知地在体积图像21内规划通过切口点以到达的患者20的头部中的病变的工具轨迹。
仍然参照图1和2，在图1的配准阶段开始时，流程图80的阶段S88包含外科医师手动操纵被动机器人平台30或与主动机器人平台30的伺服模块61a交互以供任意地定位空间上远离患者10的头部的远程运动中心RCM，如在图4A中示例性地示出。对于机器人平台30(“URP”)的未编码的被动或主动实施例，配准模块62a不经由前述的机器人平台30的手动或伺服控制的编码信号被通知并且前进到流程图100的阶段S108。对于机器人平台30(“ERP”)的编码的被动或主动实施例，流程图100的阶段S104包含在阶段S88期间配准模块62a经由编码信号被通知对从空间上远离患者头部的远程运动中心RCM的任意定位，其中，配准模块62a启动对机器人平台30的跟踪。
在阶段S88完成之后，流程图80的阶段S90包含外科医师与伺服模块61a交互，以顺序地将激光指示器50的激光束LB对齐每个标记物，其中，流程图100的阶段S108包含伺服模块61a或配准模块62a记录用于使激光束LB在每个标记物上居中的俯仰致动器41和偏转致动器42的编码的位置。
例如，图4B图示了由偏航致动器42的伺服模块61a的使激光束LB在第一标记物上居中的伺服控制，其中，伺服模块61a或配准模块62a记录对应于使激光束LB的中心处于在第一标记物上的俯仰致动器41和偏航致动器42的编码的位置。
图4C图示了由俯仰致动器41的伺服模块61a的使激光束LB在第二标记物上居中的伺服控制，其中，伺服模块61a或配准模块62a记录对应于使激光束LB的中心处于在第二标记物上的俯仰致动器41和偏航致动器42的编码的位置。
图4D图示了由俯仰致动器41和偏航致动器42的伺服模块61a的使激光束LB在第三标记物上居中的伺服控制，其中，伺服模块61a或配准模块62a记录对应于使激光束LB的中心处于在第三标记物上的俯仰致动器41和偏航致动器42的编码的位置。
并且，图4E图示了由俯仰致动器41的伺服模块61a的使激光束LB在第四标记物上居中的伺服控制，其中，伺服模块61a或配准模块62a记录对应于使激光束LB的中心处于在第四标记物上的俯仰致动器41和偏航致动器42的编码的位置。
在完成阶段S108之后，流程图100的阶段S110包括配准模块62a如本领域中已知地处理俯仰致动器41和偏航致动器42的记录的编码的位置，以将同心弧机器人40配准到如在体积图像21中示出的标记物的规划的切开口位置。
基于阶段S110的配准，对于机器人平台30(“URP”)的未编码的被动或主动实施例，流程图100的阶段S112包含经由俯仰致动器41和/或偏航致动器43的伺服模块61a的自动伺服控制按需要来将将激光束LB的中心置于规划的切口位置上，如在图4F用象征性的黑点所示。
在阶段S110完成之后，流程图80的阶段S92包含外科医师在阶段S112期间标记如由激光束LB所指示的患者头部上的切开口位置，并且流程图80的阶段S94包含外科医师手动操纵被动机器人平台30或与主动机器人平台30的伺服模块61a交互，以在流程图100的阶段S114期间将远程运动中心RCM与切口标记物对齐，如图4G中示例性示出。配准模块62a提供对齐的图形和/或文本确认。
在完成阶段S94和S114之后，流程图90的阶段S96包含外科医师与伺服模块61a交互，以顺序地将激光指示器50的激光束LB对齐每个标记物，包括切口标记物，其中，流程图100的阶段S114包含伺服模块61a或配准模块62a记录用于使激光束LB在每个标记物上居中的俯仰致动器41和偏转致动器42的编码的位置。图4B-4E是阶段S114的示例，其中，远程运动中心与切口标记物对齐，而不是与患者10的头部间隔开。
在激光束LB在每个标记物上居中之后，流程图100的阶段S118包括配准模块62a如本领域中已知地处理记录的俯仰致动器41和偏航致动器42的编码的位置，以将远程运动中心RCM配准到如在体积图像21所示切口标记物。基于阶段S118的配准，流程图100的阶段S120包含经由俯仰致动器41和/或偏航致动器43的伺服模块61a的自动伺服控制，以根据需要将激光束LB与计划工具轨迹TT轴向对齐，如图1中所示。
基于阶段S110的配准，对于机器人平台30(“EPRP”)的编码的被动实施例，流程图80的阶段S92再次包含外科医师在阶段S112期间标记如由激光束LB所指示的患者的头部上的切口位置，并且流程图80的阶段S94再次包含外科医师手动操纵被动机器人平台30以在流程图100的阶段S114期间将远程运动中心RCM与切口标记物对齐，如图4G中示例性地示出。配准模块62a提供对齐的图形和/或文本确认。
对于步骤S106的编码跟踪，鉴于在阶段S110期间将远程运动中心RCM配准到如在体积图像中所示的切口点，因而省略了根据阶段S116和S118将远程运动中心RCM配准到切口标记物。因此，在外科医师通知阶段S114的确认后，伺服模块61a从阶段S114前进到阶段S120，以根据需要经由俯仰致动器41和/或偏航致动器43的伺服模块61a进行自动伺服控制，以将激光束LB与规划的工具轨迹TT对齐，如图1中所示。
基于阶段S106的编码跟踪和阶段S110的配准，对于机器人平台30(“EARP”)的编码的主动实施例，鉴于在阶段S110期间将远程运动中心RCM配到体积图像所示的切口标记物，根据阶段S114的RCM对齐和根据阶段S116和S118的远程运动中心RCM到切口点的配准被省略。因此，因此，基于阶段S106的平台跟踪和阶段S110的配准，伺服模块61a从阶段S110前进到阶段S120，以根据需要经由俯仰致动器41和/或偏航致动器43的伺服模块61a进行自动伺服控制，以将激光束LB与规划的工具轨迹TT对齐，如图1中所示。
仍然参照图1和2，在流程图80和100终止时，本领域普通技术人员将理解，图1的活检阶段可以以最小的人为错误以精确的受控的方式进行。
参考图1，在实践中，配准阶段可以进一步自动化和/或可以利用各种不同的光学末端效应器。
例如，图5图示本发明的示例性配准阶段，其以将附接到患者10的头部的标记物和激光指示器50定位在照相机140的视场内的方式在操作空间内并入相机140(例如，附接至机器人平台30或同心弧机器人40)。这样，伺服模块61b在结构上被配置为经由通信路径63b与相机130的控制器通信，以在激光指示器50的激光束LB在标记物上居中时如前所述地自动执行机器人30的伺服控制。如图2中所示，这种控制消除了外科医师在阶段S108和阶段S118(如果适用)期间与伺服模块61b交互的任何需要。
同样通过示例，图6图示了利用替代激光指示器50的内窥镜51的本公开的示例性配准阶段。对于该实施例，伺服模块61c在结构上被配置为执行自动伺服控制，该自动伺服控制包括在阶段S108和阶段S118期间(如果适用的话)使在内窥镜51的每个标记物在视场中居中，如图2中所示。更具体而言，对于分别如在图3A-3D中所示的标记物130-133，伺服模块61c在阶段S108和阶段S118(如果适用的话)执行将标记物130-133在内窥镜51的视场内的居中顺序自动伺服控制，如图2中所示。
在实践中，图1的控制器可以安装在单个工作站内，也可以分布在多个工作站上。
例如，图7A图示了成像工作站150，其具有安装在其中的用于CT、MRI或US成像的本公开的成像控制器(例如成像控制器20)，并且图示了手术机器人工作站151(例如，机器人控制器60)，其具有安装于其中的本公开的机器人控制器，用于执行本公开的伺服模块和配准模块。
通过另外的范例，图7B图示了工作站152，其具有安装在其中的用于CT、MRI或US成像的本公开的成像控制器(例如成像控制器20)，并且具有安装于其中的本公开的机器人控制器，用于执行本公开的伺服模块和配准模块。对于工作站152，控制器可以物理发/逻辑地分离或集成。
而且在实践中，本公开的配准模块可以是本公开的成像控制器与本公开的机器人控制器通信的应用。
参考图1-7，本领域的普通技术人员将认识到本公开的许多益处，包括但不限于，远程运动中心机器人到患者的新颖且独特的光学配准，从而以极小的人为错误风险以精确、受控的方式部署介入工具。
此外，如本领域普通技术人员鉴于本文提供的教导将认识到，在本公开/说明书中描述和/或在图1-7中描绘的特征、元件、部件等可以以电子部件/电路、硬件、可执行软件和可执行固件的各种组合来实现，并且提供可以组合在单个元件或多个元件中的功能。例如，附图中示出/图示/描绘的各个特征、元件、部件等的功能能够通过使用专用硬件以及与合适的软件相关联的能够运行软件的硬件来提供。当由处理器提供时，所述功能能够由单个专用处理器、由单个共享处理器，或由多个个体处理器(它们中的一些能够是共享的和/或多路复用的)来提供。此外，对术语“处理器”的明确使用不应当被解释为排他性地指代能够运行软件的硬件，而是能够暗含地不加限制地包括数字信号处理器(“DSP”)硬件、存储器(例如用于存储软件的只读存储器(“ROM”)、随机存取存储器("“RAM”)、非易失性存储装置等)以及能够(和/或可配置为)执行和/或控制过程的任何虚拟装置和/或机器(包括硬件、软件、固件、电路、它们的组合等)。
此外，本文中提到原理、方面和本发明实施例的所有陈述以及其具体范例都旨在涵盖其结构上和功能上的等价方案。另外，旨在使这样的等同要件既包括当前已知的等同要件，又包括未来开发的等同要件(例如，所开发出的能够执行相同或基本上相似的功能的元件，而不管其结构如何)。因此，例如，本领域普通技术人员鉴于本文中提供的教导将认识到，本文中呈现的任何方框图能够表示实现本发明的原理的说明性***部件和/或电路的概念图。类似地，本领域普通技术人员鉴于本文中提供的教导应当认识到，任意流程图示、流程图等能够表示能够基本上被表示在计算机可读存储介质中并且由计算机、处理器或具有处理能力的其他设备如此运行的各种过程，而无论是否明确示出这样的计算机或处理器。
此外，本公开的示范性实施例可以采取能够从计算机可用和/或计算机可读存储介质访问的计算机程序产品或应用模块的形式，所述存储介质提供程序代码和/或指令，以供例如计算机或任何指令执行***使用或结合其使用。根据本公开，计算机可用或计算机可读存储介质可以是可以例如包括、存储、传送、传播或传输程序的任何设备，所述程序供指令执行***、装置或设备使用或结合其使用。这样的示范性介质可以例如是电子的、磁的、光学的、电磁的、红外的或半导体***(或装置或设备)或传播介质。计算机可读介质的示例包括例如半导体或固态存储器、磁带、可移动计算机软盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、闪存(驱动器)、硬磁盘以及光盘。光盘的当前范例包括压缩盘-只读存储器(CD-ROM)、压缩盘-读/写存储器(CD-R/W)以及DVD。此外，应当理解，此后可以开发的任何新的计算机可读介质也应被视为根据本公开和公开内容的示例性实施例可以使用或参考的计算机可读介质。
已经描述了远程运动中心机器人到患者的新颖且创造性的光学配准的优选和示例性实施例(这些实施例旨在是说明性的而不是限制性的)，应当指出的是，修改和变化可以由具有本领域的普通技术人员根据本文提供的教导(包括图1-7)进行。因此，应当理解，在本公开的实施例的范围内，可以对本公开的优选和示例性实施例进行改变。
此外，预期的是，实施所述设备等的对应的和/或相关的***也可以在根据本公开的设备中使用/实施，也被预期和认为在本公开的范围内。此外，还预期和认为对应的和/或相关的用于制造和/或使用根据本公开的设备和/或***的方法在本公开的范围内。

Claims (14)

1.一种用于微创流程的机器人手术***，所述微创流程涉及通过规划的切开点进入患者的规划的工具轨迹，所述机器人手术***包括：
光学末端效应器(50)；
RCM机器人(40)，其在结构上被配置为关于由所述RCM机器人(40)的结构配置所限定的远程运动中心旋转所述光学末端效应器(50)；以及
机器人控制器(60)，
其中，所述机器人控制器(60)在结构上被配置为与所述RCM机器人(40)通信以由所述RCM机器人(40)控制所述光学末端效应器(50)到被附接到所述患者的至少一个标记物的光学指向，并且
其中，所述机器人控制器(60)还在结构上被配置为与所述RCM机器人(40)通信以由所述RCM机器人(40)基于所述远程运动中心到所述患者的体积图像内所示所述规划的切开点的配准来控制所述光学末端效应器(50)到所述患者的所述体积图像内所示的所述规划的工具轨迹的轴向对齐，所述配准是根据由所述RCM机器人(40)对所述光学末端效应器(50)到被附接到所述患者的所述至少一个标记物的光学指向来导出的。
2.根据权利要求1所述的机器人手术***，其中，所述RCM机器人(40)是用于使所述光学末端效应器(50)关于远程运动中心旋转的具有俯仰自由度和偏航自由度的同心弧机器人。
3.根据权利要求1所述的机器人手术***，还包括：
机器人平台(30)，其在结构上被配置为相对于所述患者定位所述RCM机器人(40)；
其中，所述机器人控制器(60)在结构上被配置为与所述RCM机器人(40)和所述机器人平台(30)通信以由所述RCM机器人(40)和所述机器人平台(30)来控制所述光学末端效应器(50)到被附接到所述患者的所述至少一个标记物的光学指向；并且
其中，所述机器人控制器(60)还在结构上被配置为与所述RCM机器人(40)和所述机器人平台(30)通信以由所述RCM机器人(40)和所述机器人平台(30)基于所述远程运动中心到所述患者的所述体积图像内所示的所述规划的切开点的所述配准来控制所述光学末端效应器(50)到所述患者的所述体积图像内所示的所述规划的工具轨迹的轴向对齐，所述配准是根据由所述RCM机器人(40)对所述光学末端效应器(50)到被附接到所述患者的所述至少一个标记物的所述光学指向导出的。
4.根据权利要求1所述的机器人手术***，
其中，所述光学末端效应器(50)是在结构上被配置为发射激光束的激光指示器；
其中，所述机器人控制器(60)在结构上被配置为与所述RCM机器人(40)通信以由所述RCM机器人(40)控制由所述激光指示器朝向被附接到所述患者的所述至少一个标记物发射所述激光束的光学指向；并且
其中，所述机器人控制器(60)还在结构上被配置为与所述RCM机器人(40)通信以由所述RCM机器人(40)基于所述远程运动中心到所述患者的所述体积图像内所示所述规划的切开点的所述配准来控制由所述激光指示器朝向所述患者的所述体积图像内所示的所述规划的工具轨迹发射所述激光束的轴向对齐，所述配准是根据由所述RCM机器人(40)对所述激光指示器朝向被附接到所述患者的所述至少一个标记物发射所述激光束的所述光学指向来导出的。
5.根据权利要求1所述的机器人手术***，
其中，所述光学末端效应器(50)是具有一视场的内窥镜；
其中，所述机器人控制器(60)在结构上被配置为与所述RCM机器人(40)通信以由所述RCM机器人(40)控制所述内窥镜的所述视场到被附接到所述患者的所述至少一个标记物的光学指向；并且
其中，所述机器人控制器(60)还在结构上被配置为与所述RCM机器人(40)通信以由所述RCM机器人(40)基于所述远程运动中心到所述患者的所述体积图像内所示的所述规划的切开点的所述配准来控制所述内窥镜的所述视场到所述患者的所述体积图像内所示的所述规划的工具轨迹的轴向对齐，所述配准是根据由所述RCM机器人(40)对所述内窥镜的所述视场到被附接到所述患者的所述至少一个标记物的所述光学指向来导出的。
6.根据权利要求1所述的机器人手术***，还包括：
相机，其在结构上被配置为相对于被附接到所述患者的所述至少一个标记物对所述光学末端效应器(50)进行成像；并且
其中，所述机器人控制器(60)在结构上被配置为与所述RCM机器人(40)和所述相机通信以由所述RCM机器人(40)控制由所述光学末端效应器(50)到被附接到所述患者的所述至少一个标记物的光学指向。
7.一种在微创流程中使用的机器人图像引导方法，所述微创流程涉及通过规划的切开点进入患者的规划的工具轨迹，所述机器人图像引导方法包括：
使RCM机器人(40)将光学末端效应器(50)光学指向被附接到所述患者的至少一个标记物；
使配准模块(62)根据由所述RCM机器人(40)对所述光学末端效应器(50)到被附接到所述患者的所述至少一个标记物的所述光学指向来导出远程运动中心到所述患者的体积图像内所示的所述规划的切开点的配准，
其中，所述远程运动中心由所述RCM机器人(40)的结构配置来定义；并且
使所述RCM机器人(40)基于由所述配准模块(62)进行的对所述远程运动中心到所述患者的所述体积图像内所示的所述规划的切开点的所述配准，来将所述光学末端效应器(50)轴向对齐到在所述患者的所述体积图像内所示的所述规划的工具轨迹。
8.根据权利要求7所述的机器人图像引导方法，
其中，所述至少一个标记物包括多个标记物；
其中，所述多个标记物中的每个标记物具有独特的形状。
9.根据权利要求7所述的机器人图像引导方法，还包括：
使机器人控制器(60)伺服控制所述RCM机器人(40)以将所述光学末端效应器(50)光学指向被附接到所述患者的所述至少一个标记物并用于将所述光学末端效应器(50)轴向对齐到在所述患者的所述体积图像内所示的所述规划的工具轨迹。
10.根据权利要求9所述的机器人图像引导方法，
其中，所述光学末端效应器(50)在结构上被配置为对被附接到所述患者的所述至少一个标记物进行成像；并且
其中，所述机器人控制器(60)伺服控制所述RCM机器人(40)以基于所述患者的所述体积图像内所示的所述至少一个标记物与由所述光学末端效应器(50)者成像的所述至少一个标记物的对应关系来将所述光学末端效应器(50)光学指向被附接到所述患者的所述至少一个标记物。
11.根据权利要求7所述的机器人图像引导方法，
其中，所述光学末端效应器(50)是发射激光束的激光指示器；
其中，所述RCM机器人(40)对由所述激光指示器发射的所述激光束光学指向被附接到所述患者的所述至少一个标记物；
其中，所述配准模块(62)根据由所述RCM机器人(40)将所述激光指示器发射的所述激光束光学地指向被附接到所述患者的所述至少一个标记物来导出所述远程运动中心到所述患者的所述体积图像内所示的所述规划的切开点的所述配准；并且
其中，所述RCM机器人(40)基于由所述配准模块(62)将远程运动中心配准到所述患者的体积图像内所示的所述规划的切开点，来将由所述激光指示器发射的激光束轴向对齐到在所述患者的所述体积图像内所示的所述规划的工具轨迹。
12.根据权利要求7所述的机器人图像引导方法，还包括：
使相机相对于被附接到所述患者的所述至少一个标记物对所述光学末端效应器(50)进行成像；并且
使所述RCM机器人(40)基于由所述相机相对于被附接到所述患者的所述至少一个标记物对所述光学末端效应器(50)进行的成像来将所述光学末端效应器(50)光学指向被附接到所述患者的所述至少一个标记物。
13.根据权利要求7所述的机器人图像引导方法，还包括：
使被动机器人平台(30)将所述RCM机器人(40)相对于所述患者的头部进行定位。
14.根据权利要求13所述的机器人图像引导方法，还包括：
使机器人控制器(60)跟踪由所述被动机器人平台(30)将所述RCM机器人(40)相对于所述患者的所述头部进行的所述定位。
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