CN109259863A - 用于使用多轴力和力矩反馈插入手术工具的系统和方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及用于使用多轴力和力矩反馈插入手术工具的系统和方法。提供了用于在机器人辅助外科手术期间检测手术器械的意外移动的装置、系统和方法。所述手术机器人系统能够配置成测量所述手术器械在所述外科手术期间经受的力和转矩，并且确定所述力和转矩是否在可接受范围内。所述机器人系统另外被配置为通知用户所述意外移动的存在。

Description

用于使用多轴力和力矩反馈插入手术工具的系统和方法

相关申请的交叉参考

本申请是于2016年12月7日提交的美国专利申请号15/371,304的部分继续申请，所述美国专利申请号15/371,304为于2016年5月18日提交的美国专利申请号15/157,444的部分继续申请，所述美国专利申请号15/157,444为于2016年4月11日提交的美国专利申请号15/095,883(作为美国专利公开号2016/0220320 A1公开)的部分继续申请，所述美国专利申请号15/095,883为于2013年10月24日提交的美国专利申请号14/062,707(作为美国专利公开号2014/0275955 A1公开)的部分继续申请，所述美国专利申请号14/062,707为于2013年6月21日提交的美国专利申请号13/924,505(作为美国专利公开号2013/0345718 A1公开，修正作为美国专利公开号2016/0242849 A9公开)的部分继续申请，所述美国专利申请号13/924,505为要求于2012年6月21日提交的美国临时专利申请号61/662,702的优先权并且要求于2013年3月15日提交的美国临时专利申请号61/800,527的优先权的非临时专利申请，这些专利申请的全部内容通过引用并入本文中。

技术领域

本公开涉及使用机器人辅助手术技术的改进型工具插入。

背景技术

各种医疗手术需要将手术器械的三维位置精确地定位在体内以便执行优化治疗。例如，融合椎骨的一些外科手术要求外科医生在特定位置钻出多个孔进入骨骼结构。为了在融合系统中实现高水平的机械完整性并且平衡在骨骼结构中形成的力，必须在正确位置钻孔。与大多数骨骼结构一样，椎骨具有复杂的形状，包含非平面曲面，使得难以进行精确和垂直的钻孔。常规上，外科医生通过使用引导系统将钻孔器导管的位置覆盖到骨骼结构的三维图像上来手动地保持并定位所述钻管。所述手动过程既繁琐又耗时。手术的成功在很大程度上取决于进行手术的外科医生的熟练性。

在涉及驱动诸如针头、钻孔器或螺钉等尖锐物体进入骨骼的手术中，面临防止锋利器械的尖端偏离预期刺穿位置的挑战。当锋利器械的尖端垂直于骨骼时，将所述器械驱动或钻入骨骼中可能相对容易，因为被刺穿的骨骼表面变得更陡峭，所以可能会出现所述尖端偏离或滑动(“刮削”)的问题。这是由于与骨骼表面平行的工具-骨骼反作用力分量在更陡峭的角度下变得更大。

因此，需要在医疗手术期间防止手术器械的刮削或意外移动。这可以如本公开中所提及使用机器人辅助手术技术来完成。

发明内容

为了满足这个和其它需求，提供了用于在外科手术期间检测手术器械的意外移动的存在的装置、系统和方法。

根据一个示例性实施例，可以提供一种用于检测手术机器人系统的手术器械的预期移动的方法。所述方法可以包含向手术器械施加插入力以将所述器械驱动到患者的骨骼中，监测与所述插入力相关联的一个或多个力和一个或多个力矩，其中受监测力和力矩由机器人系统的一个或多个测力传感器来测量。所述方法可以另外包含将受监测力和力矩与外科手术预期的预定范围或阈值进行比较，并且在检测到受监测力和力矩落在预定范围或阈值之外时，经由机器人系统提供通知。

根据另一个示例性实施例，可以提供一种手术机器人系统，其用于检测与机器人系统相关联的手术器械的预期移动。所述机器人系统可以包含：机器人基座；机器人臂，其连接到机器人基座并且与机器人基座进行电子通信；末端执行器，其连接到机器人臂并且与机器人基座进行电子通信，其中所述末端执行器包括一个或多个测力传感器和导管。所述一个或多个测力传感器可以配置成测量与被设置在导管中的手术器械的插入力相关联的力和力矩，并且所述机器人基座可以配置成接收测量力和力矩并且指示测量力和力矩何时在测量力和力矩的预期范围之外。

附图说明

参考以下附图可以理解本发明及其某些实施例的以下详细描述：

图1是在外科手术期间机器人系统、患者、外科医生和其它医务人员的位置的潜在布置的俯视图；

图2示出了根据一个实施例的包含手术机器人和相机相对于患者的定位的机器人系统；

图3示出了根据示例性实施例的手术机器人系统；

图4示出了根据示例性实施例的手术机器人的一部分；

图5示出了根据示例性实施例的手术机器人的框图；

图6示出了根据示例性实施例的手术机器人；

图7A到图7C示出了根据示例性实施例的末端执行器；

图8示出了根据一个实施例的在手术器械插入末端执行器的导管中前后的手术器械和末端执行器；

图9A到图9C示出了根据示例性实施例的末端执行器和机器人臂的部分；

图10示出了根据示例性实施例的动态参考阵列、成像阵列和其它部件；

图11示出了根据示例性实施例的对准方法；

图12A到图12B示出了根据示例性实施例的成像装置的实施例；

图13示出了从手术工具施加到目标骨骼的某些力；

图14示出了与本公开的原理一致的机器人系统的末端执行器；以及

图15示出了与本公开一致的用于检测手术器械的意外移动的示例性方法。

图16示出了用于检测手术器械的偏转的示例性方法。

图17示出了用于检测器械相对于导管的偏转的双杆方法。

图18示出了具有轴向切割能力的仪器与具有轴向和横向切割能力的器械的比较。

图19示出了用于将器械插入穿过倾斜表面的方法。

具体实施方式

应当理解的是，本公开在其应用中并不限于本文的描述中阐述的或附图中示出的部件的构造和布置的细节。本公开的教导可以在其它实施例中使用和实践并且以各种方式实践或执行。此外，应当理解的是，本文所使用的短语及术语用于描述目的且不应被视为限制性的。本文中“包含”、“包括”或“具有”及其变型的使用意味着涵盖此后列出的项目及其等同物以及附加项目。除非另外指定或限制，否则术语“安装”、“连接”、“支撑”以及“耦接”及其变型广泛地使用并且涵盖直接和间接安装、连接、支撑和耦接。此外，“连接”和“耦接”不限于物理或机械连接或耦接。

呈现以下讨论以使得所属领域的技术人员能够制作并使用本公开的实施例。对所示实施例的各种修改对于所属领域的技术人员而言将是显而易见的，并且在不脱离本公开的实施例的情况下，本文的原理可以应用于其它实施例和应用。因此，实施例不旨在限于所示的实施例，而是应当被赋予与本文中所揭示的原理和特征一致的最广泛范围。具体实施方式将参考附图来阅读，其中不同附图中的相同元件具有相同的附图标记。不一定按比例绘制的附图描绘了选定实施例，而并不旨在限制实施例的范围。所属领域的技术人员将认识到，本文提供的例子具有许多有用的替代方案并落入实施例的范围内。

现在转到附图，图1和图2示出了根据示例性实施例的手术机器人系统100。手术机器人系统100可以包含例如手术机器人102、一个或多个机器人臂104、基座106、显示器110、例如包含导管114的末端执行器112，以及一个或多个跟踪标记118。手术机器人系统100可以包含也包括一个或多个跟踪标记118的患者跟踪装置116，其适用于直接固定到患者210(例如，固定到患者210的骨骼)。手术机器人系统100还可以利用例如定位在相机支架202上的相机200。相机支架202可以具有任何合适的配置以将相机200移动、朝向并支撑在期望位置中。相机200可以包含任何合适的相机或多个相机，诸如一个或多个红外相机(例如，双焦点或立体摄影测量相机)，其能够识别例如从相机200的视角可见的给定测量体积中的有源和无源跟踪标记118。相机200可以扫描给定的测量体积并且检测来自标记118的光以便识别并确定标记118在三维中的位置。例如，有源标记118可以包含由电信号激活的红外发射标记(例如，红外发光二极管(LED))，并且无源标记118可以包含反射例如由相机200上的照明器或其它合适的装置发射的红外光的反向反射标记(例如，它们将入射的IR辐射反射到入射光的方向上)。

图1和图2示出了用于将手术机器人系统100放置在手术室环境中的可能配置。例如，机器人102可以定位成靠近或紧靠患者210。虽然被描绘为靠近患者210的头部，但是将会明白的是，取决于正在进行手术的患者210的区域，机器人102可以被定位在靠近患者210的任何合适的位置处。相机200可以与机器人系统100分开并且定位在患者210的足部。所述位置允许相机200对手术区208直接可见。再次，可以设想，相机200可以位于对手术区208直接可见的任何合适的位置处。在所示的配置中，外科医生120可以定位在机器人102的对面，但是仍然能够操纵末端执行器112和显示器110。手术助手126可以再次定位在外科医生120的对面，使得能够接触末端执行器112和显示器110这两者。如果需要，外科医生120和助手126的位置可以颠倒。麻醉师122和护士或擦洗技术人员124的传统区域保持不受机器人102和相机200的位置阻碍。

关于机器人102的其它部件，显示器110可以附接到手术机器人102，并且在其它示例性实施例中，显示器110可以在具有手术机器人102的手术室内或者在偏远位置，与手术机器人102分离。末端执行器112可以耦接到机器人臂104并且由至少一个电动机控制。在示例性实施例中，末端执行器112可以包括导管114，其能够收纳用于对患者210进行手术的手术器械608(在本文另外描述)并使其朝向。如本文所使用，术语“末端执行器(endeffector)”与术语“末端实行器(end-effectuator)”和“实行器元件”可以互换使用。虽然通常被示为具有导管114，但是应当明白的是，末端执行器112可以用适用于手术的任何合适的器械代替。在一些实施例中，末端执行器112可以包括用于以期望方式执行手术器械608的移动的任何已知结构。

手术机器人102能够控制末端执行器112的平移和朝向。例如，机器人102能够沿着x轴、y轴和z轴移动末端执行器112。末端执行器112可以配置成用于围绕x轴、y轴和z轴中的一个或多个以及Z框架轴线进行选择性旋转(使得与末端执行器112相关联的一个或多个欧拉角(例如，滚动、俯仰和/或偏航)可以被选择性地控制)。在一些示例性实施例中，与利用例如仅包括旋转轴线的六个自由度机器人臂的常规机器人相比，末端执行器112的平移和朝向的选择性控制可以允许以显著提高的准确度进行医疗手术。例如，手术机器人系统100可以用于对患者210进行手术，并且机器人臂104可以被定位在患者210的身体上方，其中末端执行器112相对于z轴选择性地朝向患者210的身体倾斜。

在一些示例性实施例中，手术器械608的位置可以动态地更新，使得手术机器人102可以在手术期间始终知道手术器械608的位置。因此，在一些示例性实施例中，手术机器人102可以将手术器械608快速移动到期望位置，而无需医师的任何另外的辅助(除非医师需要)。在一些另外的实施例中，手术机器人102可以配置成当手术器械608偏离选定的预先计划的轨迹时修正手术器械608的路径。在一些示例性实施例中，手术机器人102可以配置成允许末端执行器112和/或手术器械608的移动的停止、修改和/或手动控制。因此，在使用中，在示例性实施例中，医师或其它用户可以操作系统100，并且可以选择停止、修改或手动控制末端执行器112和/或手术器械608的自主移动。包含手术机器人102对手术器械608的控制和移动的手术机器人系统100的另外细节可以在共同未决的美国专利申请号13/924,505中找到，所述专利申请的全部内容通过引用并入本文。

机器人手术系统100可以包括一个或多个跟踪标记118，其配置成三维地跟踪机器人臂104、末端执行器112、患者210和/或手术器械608的移动。在示例性实施例中，多个跟踪标记118可以安装(或以其它方式固定)在机器人102的外表面上，诸如例如但不限于安装在机器人102的基座106上、机器人臂104上或者末端执行器112上。在示例性实施例中，多个跟踪标记118中的至少一个跟踪标记118可以安装或以其它方式固定到末端执行器112。一个或多个跟踪标记118可以另外安装(或以其它方式固定)到患者210。在示例性实施例中，多个跟踪标记118可以定位在患者210身上与手术区208间隔开，以降低被外科医生、手术工具或机器人102的其它部分遮挡的可能性。此外，一个或多个跟踪标记118可以另外安装(或以其它方式固定)到手术工具608(例如，螺丝刀、扩张器、移植插入器等)。因此，跟踪标记118使得机器人102能够跟踪每个标记物体(例如，末端执行器112、患者210和手术工具608)。在示例性实施例中，系统100可以使用从每个标记物体收集的跟踪信息来计算例如末端执行器112、手术器械608(例如，定位在末端执行器的管114中)的朝向和位置112以及患者210的相对位置。

在示例性实施例中，一个或多个标记118可以是光学标记。在一些实施例中，一个或多个跟踪标记118在末端执行器112上的定位可以通过用于检查或验证末端执行器112的位置来最大化位置测量的准确性。包含手术机器人102的和手术器械608的控制、移动和跟踪的手术机器人系统100的另外细节可以在共同未决的美国专利申请号13/924,505中找到，所述专利申请的全部内容通过引用并入本文。

示例性实施例包含耦接到手术器械608的一个或多个标记118。在示例性实施例中，例如耦接到患者210和手术器械608的这些标记118以及耦接到机器人102的末端执行器112的标记118可以包括常规的红外发光二极管(LED)或二极管，其能够使用商用红外光学跟踪系统(诸如)进行跟踪。是加拿大安大略省滑铁卢北部数码有限公司的注册商标。在其它实施例中，标记118可以包括常规反射球面，其能够使用商用光学跟踪系统(诸如Polaris Spectra)进行跟踪。Polaris Spectra也是北部数码有限公司的注册商标。在示例性实施例中，耦接到末端执行器112的标记118是有源标记，其包括可以接通和关断的红外发光二极管，并且耦接到患者210和手术器械608的标记118包括无源反射球面。

在示例性实施例中，从标记118发射和/或由标记118反射的光可以由相机200检测并且可以用于监测标记物体的位置和移动。在可替换的实施例中，标记118可以包括射频和/或电磁反射器或收发器，并且相机200可以包括射频和/或电磁收发器或者由射频和/或电磁收发器代替。

类似于手术机器人系统100，图3示出了与本公开的示例性实施例一致的处于对接配置的手术机器人系统300和相机支架302。手术机器人系统300可以包括机器人301，其包括显示器304、上臂306、下臂308、末端执行器310、垂直柱312、脚轮314、机壳316、平板抽屉318、连接器面板320、控制面板322以及信息环324。相机支架302可以包括相机326。关于图5更详细地描述这些部件。图3示出了处于对接配置的手术机器人系统300，在所述对接配置中，相机支架302例如在不使用时与机器人301嵌套。所属领域的技术人员将明白的是，相机326和机器人301可以在外科手术期间彼此分开并定位在任何适当的位置处，例如，如图1和图2中所示。图4示出了与本公开的示例性实施例一致的基座400。基座400可以是手术机器人系统300的一部分并且包括机壳316。机壳316可以容纳手术机器人系统300的某些部件，包含但不限于电池402、配电模块404、平台接口板模块406、计算机408、手柄412和平板抽屉414。参考图5更详细地描述了这些部件之间的连接和关系。

图5示出了手术机器人系统300的示例性实施例的某些部件的框图。手术机器人系统300可以包括平台子系统502、计算机子系统504、运动控制子系统506以及跟踪子系统532。平台子系统502可以另外包括电池402、配电模块404、平台接口板模块406以及平板充电站534。计算机子系统504可以另外包括计算机408、显示器304以及扬声器536。运动控制子系统506可另外包括驱动器电路508、电动机510、512、514、516、518、稳定器520、522、524、526、末端执行器310以及控制器538。跟踪子系统532可以另外包括位置传感器540和相机转换器542。系统300还可以包括脚踏板544和平板计算机546。

输入电力经由可以被提供给配电模块404的电源548被供应给系统300。配电模块404接收输入电力并且配置成产生提供给系统300的其它模块、部件和子系统的不同电源电压。配电模块404可以配置成向平台接口模块406提供不同的电压供应，其可以被提供给诸如计算机408、显示器304、扬声器536、驱动器508等其它部件，以便例如为电动机512、514、516、518和末端执行器310、电动机510、环324、相机转换器542以及用于系统300的其它部件(例如，用于冷却机壳316内的电气部件的风扇)供电。

配电模块404还可以向可以位于平板抽屉318内的其它部件(诸如平板充电站534)供电。平板充电站534可以与平板计算机546进行无线或有线通信以用于对平板546进行充电。平板计算机546可以由与本公开一致的并且在本文描述的外科医生使用。配电模块404也可以连接到电池402，所述电池在配电模块404没有从输入电力548接收电力的情况下用作临时电源。在其它时间，如果需要，配电模块404可以用于对电池402进行充电。

平台子系统502的其它部件还可以包含连接器面板320、控制面板322以及环324。连接器面板320可以用于将不同装置和部件连接到系统300和/或相关部件和模块。连接器面板320可以包含收纳来自不同部件的线路或连接的一个或多个端口。例如，连接器面板320可以具有可以将系统300接地到其它设备的接地端子端口、将脚踏板544连接到系统300的端口、连接到跟踪子系统532的端口，所述跟踪子系统可以包括位置传感器540、相机转换器542以及与相机支架302相关联的相机326。连接器面板320还可以包含其它端口以允许USB、以太网、HDMI与其它部件(诸如计算机408)进行通信。

控制面板322可以提供控制系统300的操作和/或提供关于系统300的信息的各种按钮或指示器。例如，控制面板322可以包含用于对系统300通电或断电、升起或降低垂直柱312以及升起或降低稳定器520到526的按钮，这些稳定器可以被设计成接合脚轮314以锁定系统300以防止物理移动。其它按钮可以在紧急情况下停止系统300，这可以消除所有的电动机电力并且应用机械制动器来停止发生所有运动。控制面板322还可以具有用于向用户通知某些系统状况指示器，诸如用于电池402的充电状态的线路电力指示器。

环324可以是视觉指示器以向系统300的用户通知系统300正在操作的不同模式以及对用户的某些警告。

计算机子系统504包含计算机408、显示器304以及扬声器536。计算机504包含用于操作系统300的操作系统和软件。计算机504可以接收并处理来自其它部件(例如，跟踪子系统532、平台子系统502和/或运动控制子系统506)的信息以便向用户显示信息。此外，计算机子系统504还可以包含扬声器536以向用户提供音频。

跟踪子系统532可以包含位置传感器504和转换器542。跟踪子系统532可以对应于包含如关于图3所描述的相机326的相机支架302。位置传感器504可以是相机326。跟踪子系统可以跟踪位于系统300的不同部件和/或在外科手术期间由用户使用的器械上的某些标记的位置。所述跟踪可以与本公开一致的方式进行，包含使用分别跟踪诸如LED或反射标记等有源或无源元件的位置的红外技术。具有这些类型的标记的结构的位置(location)、朝向和位置(position)可以被提供给计算机408，这些标记可以在显示器304上向用户示出。例如，具有这些类型的标记并且以此方式跟踪的手术器械608(其可以被称为导航空间)可以相对于患者的解剖学结构的三维图像向用户示出。运动控制子系统506可以配置成物理地移动垂直柱312、上臂306、下臂308或者旋转末端执行器310。物理移动可以通过使用一个或多个电动机510到518来进行。例如，电动机510可以配置成垂直升起或降低垂直柱312。如图3中所示，电动机512可以配置成将上臂306围绕与垂直柱312接合的点横向移动。如图3中所示，电动机514可以配置成将下臂308围绕与上臂306接合的点横向移动。电动机516和518可以配置成以使得一个电动机可以控制滚动并且一个电动机可以控制倾斜的方式移动末端执行器310，因此提供末端执行器310可以移动的多个角度。这些移动可以通过控制器538来实现以按照期望方式移动系统300，所述控制器可以通过测力传感器来控制这些移动，这些测力传感器被设置在末端执行器310上并且通过用户接合这些测力传感器激活。

此外，系统300可以通过用户在显示器304(其可以是触摸屏输入装置)上指示患者解剖学结构的三维图像上的手术器械或部件在显示器304上的位置来提供垂直柱312、上臂306和下臂308的自动移动。用户可以通过踩踏脚踏板544或一些其它输入装置来发起所述自动移动。

图6示出了与示例性实施例一致的手术机器人系统600。手术机器人系统600可以包括末端执行器602、机器人臂604、导管606、器械608以及机器人基座610。器械工具608可以附接到包含一个或多个跟踪标记(诸如标记118)的跟踪阵列612并且具有相关轨迹614。轨迹614可以表示器械工具608配置成一旦其定位穿过或固定在导管606中就会行进的移动路径，例如，器械工具608插入患者体内的路径。在示例性操作中，机器人基座610可以配置成与机器人臂604和末端执行器602进行电子通信，使得手术机器人系统600可以辅助用户(例如，外科医生)对患者210进行手术。手术机器人系统600可以与先前描述的手术机器人系统100和300一致。

跟踪阵列612可以安装在器械608上以监测器械工具608的位置和朝向。跟踪阵列612可以附接到器械608并且可以包括跟踪标记804。如在图8中最佳地所示，跟踪标记804可以是例如发光二极管和/或其它类型的反射标记(例如，如本文其它地方所述的标记118)。跟踪装置可以是与手术机器人系统相关联的一个或多个视线装置。作为例子，跟踪装置可以是与手术机器人系统100、300相关联的一个或多个相机200、326，并且还可以跟踪所述跟踪阵列612以获得器械608相对于机器人臂604、机器人基座610、末端执行器602和/或患者210的定义域或相对朝向。跟踪装置可以与结合相机支架302和跟踪子系统532描述的那些结构一致。

图7A、图7B以及图7C分别示出了与示例性实施例一致的末端执行器602的俯视图、正视图和侧视图。末端执行器602可以包括一个或多个跟踪标记702。跟踪标记702可以是发光二极管或其它类型的有源和无源标记，诸如先前已经描述的跟踪标记118。在示例性实施例中，跟踪标记702是由电信号激活的有源红外发射标记(例如，红外发光二极管(LED))。因此，跟踪标记702可以被激活使得红外标记702对于相机200、326可见，或者可以被停用使得红外标记702对相机200、326不可见。因此，当标记702在作用中时，末端执行器602可以由系统100、300、600来控制，并且当标记702被停用时，末端执行器602可以被锁定就位并且无法被系统100、300、600移动。

标记702可以使得标记702被与手术机器人系统100、300、600相关联的一个或多个相机200、326或其它跟踪装置可见的方式设置在末端执行器602上或所述末端执行器内。当末端执行器602跟随跟踪标记702的移动而移动到不同位置和视角时，相机200、326或其它跟踪装置可以跟踪所述末端执行器。标记702和/或末端执行器602的位置可以被示出在与手术机器人系统100、300、600相关联的显示器110、304上，例如如图2中所示的显示器110和/或如图3中所示的显示器304。所述显示器110、304可以允许用户确保末端执行器602相对于机器人臂604、机器人基座610、患者210和/或用户处于期望位置。

例如，如图7A中所示，可以将标记702放置在末端执行器602的表面周围，使得远离手术区208并且面向机器人102、301和相机200、326放置的跟踪装置能够通过末端执行器602相对于跟踪装置100、300、600的一系列公共朝向来观察至少3个标记702。例如，以此方式分配标记702允许末端执行器602在手术区208中平移和旋转时跟踪装置能够监测末端执行器602。

另外，在示例性实施例中，末端执行器602可以配备有红外(IR)接收器，其可以检测外部相机200、326何时准备好读取标记702。在所述检测后，末端执行器602可以点亮标记702。IR接收器检测到外部相机200、326准备好读取标记702可以发信号通知需要将标记702(其可以是发光二极管)的占空比同步到外部相机200、326。这也可以允许整个机器人系统有较低功率消耗，因此标记702将仅在适当时间被点亮而不是被连续地点亮。此外，在示例性实施例中，可以将标记702断电以防止干扰其它导航工具(诸如不同类型的手术器械608)。

图8描绘了包含跟踪阵列612和跟踪标记804的一种类型的手术器械608。跟踪标记804可以是本文描述的任何类型，包含但不限于发光二极管或反射球面。通过与手术机器人系统100、300、600相关联的跟踪装置来监测标记804，并且这些标记可以是视线相机200、326中的一个或多个。相机200、326可以基于跟踪阵列612和标记804的位置和朝向来跟踪器械608的位置。诸如外科医生120等用户可以使得跟踪装置或相机200、326充分识别跟踪阵列612和标记804以在例如示例性手术机器人系统的显示器110上显示器械608和标记804的方式来朝向器械608。

图8表明了外科医生120可以将器械608放置到末端执行器602的导管606中并且调节器械608的方式。末端执行器112、310、602的中空管或导管114、606的尺寸被设定为并且配置成收纳手术器械608的至少一部分。导管114、606配置成由机器人臂104朝向，使得手术器械608的插入和轨迹能够达到患者210体内或身体上的期望的解剖学目标。手术器械608可以包含大致圆柱形器械的至少一部分。虽然螺丝刀被例证为手术工具608，但是应当明白的是，任何合适的手术工具608都可以由末端执行器602定位。作为例子，手术器械608可以包含导丝、插管、牵开器、钻孔器、扩眼器、螺丝刀、插入工具、移除工具等中的一个或多个。虽然中空管114、606总体上被示为具有圆柱形配置，但是所属领域的技术人员将会明白的是，导管114、606可以具有期望用于容纳手术器械608并进入手术部位的任何合适的形状、尺寸和配置。

图9A到图9C示出了与示例性实施例一致的末端执行器602和机器人臂604的一部分。末端执行器602可以另外包括主体1202和夹具1204。夹具1204可以包括手柄1206、球1208、弹簧1210以及唇缘1212。机器人臂604可以另外包括凹口1214、安装板1216、唇缘1218以及磁体1220。末端执行器602可以通过一个或多个联轴器与手术机器人系统和机器人臂604机械地对接和/或接合。例如，末端执行器602可以通过定位联轴器和/或加强联轴器与机器人臂604接合。通过这些联轴器，末端执行器602可以与机器人臂604紧固在柔性无菌屏障之外。在示例性实施例中，定位联轴器可以是磁力运动学安装件，并且加强联轴器可以是五杆机构偏心夹紧联杆。

关于定位联轴器，机器人臂604可以包括安装板1216、一个或多个凹口1214、唇缘1218以及磁体1220，所述安装板可以是非磁性材料。磁体1220安装在每个凹口1214下方。夹具1204的部分可以包括磁性材料并且被一个或多个磁体1220吸引。通过夹具1204和机器人臂604的磁性吸引，球1208变成安置到相应的凹口1214中。例如，如图9A中所示，如图9B中所示的球1208将安置在凹口1214中。所述安置可以被认为是磁力辅助动力学联轴器。无论末端执行器602的朝向如何，磁体1220都可以配置为足够坚固以支撑末端执行器602的整个重量。定位联轴器可以是独特地约束六个自由度的任何类型的运动学安装件。

关于加强联轴器，夹具1204的部分可以配置为固定的接地联杆，并且因此夹具1204可以用作五杆机构联杆。当唇缘1212和唇缘1218以固定末端执行器602和机器人臂604的方式接合夹具1204时，关闭夹具手柄1206可以将末端执行器602紧固到机器人臂604。当夹具手柄1206关闭时，弹簧1210可以在夹具1204处于锁定位置时被拉伸或受到应力。锁定位置可以是使联杆经过中心的位置。由于关闭位置经过中心，所以在没有向夹具手柄1206施加力以释放夹具1204的情况下，联杆不会打开。因此，在锁定位置中，末端执行器602可牢固地固定到机器人臂604。

弹簧1210可以是张紧的弯曲梁。弹簧1210可以由表现出高刚度和高屈服应变的材料(诸如天然的PEEK(聚醚醚酮))构成。末端执行器602与机器人臂604之间的联杆可以在末端执行器602与机器人臂604之间提供无菌屏障而不妨碍两个联轴器的紧固。

加强联轴器可以是具有多个弹簧构件的联杆。加强联轴器可以用凸轮或基于摩擦的机构进行闩锁。加强联轴器也可以是足够强大的电磁体，其将会支持将末端执行器102紧固到机器人臂604。加强联轴器可以是与末端执行器602和/或机器人臂604完全分开的多件式轴环，其在末端执行器602与机器人臂604之间的界面上滑动并且用螺钉机构、偏心联杆或凸轮机构来张紧。

参考图10和图11，在外科手术之前或期间，可以进行某些对准程序以便跟踪导航空间和图像空间中的物体和患者210的目标解剖学结构。为了进行这种对准，可以使用如图10中所示的对准系统1400。

为了跟踪患者210的位置，患者跟踪装置116可以包含将被固定到患者210的刚性解剖学结构的患者固定器械1402，并且动态参考基座(DRB)1404可以被牢固地附接到患者固定器械1402。例如，患者固定器械1402可被插入到动态参考基座1404的开口1406中。动态参考基座1404可以包含跟踪装置(诸如跟踪子系统532)可见的标记1408。如本文先前所讨论，这些标记1408可以是光学标记或反射球面，诸如跟踪标记118。

患者固定器械1402附接到患者210的刚性解剖学结构，并且可以在整个外科手术中保持附接。在示例性实施例中，患者固定器械1402附接到患者210的刚性区域，例如远离进行外科手术的目标解剖学结构定位的骨骼。为了跟踪目标解剖学结构，动态参考基座1404通过使用临时放置在目标解剖学结构上或附近的对准固定装置与目标解剖学结构相关联，以便将动态参考基座1404与目标解剖学结构的位置对准。

对准固定装置1410通过使用枢转臂1412附接到患者固定器械1402。枢转臂1412通过将患者固定器械1402插入穿过对准固定装置1410的开口1414而附接到患者固定器械1402。枢转臂1412通过例如将旋钮1416插入穿过枢转臂1412的开口1418而附接到对准固定装置1410。

使用枢转臂1412，对准固定装置1410可以放置在目标解剖学结构上，并且其位置可以使用对准固定装置1410上的跟踪标记1420和/或基准1422在图像空间和导航空间中确定。对准固定装置1410可以包含在导航空间中可见的标记1420的集合(例如，标记1420可以由跟踪子系统532检测到)。如本文先前所描述，跟踪标记1420可以是在红外光下可见的光学标记。对准固定装置1410还可以包含在成像空间(例如，三维CT图像)中可见的基准1422的集合，例如诸如轴承球。如关于图11更详细地描述，使用对准固定装置1410，目标解剖学结构可以与动态参考基座1404相关联，因此允许将导航空间中的物体的描绘覆盖在解剖学结构的图像上。位于远离目标解剖学结构的位置处的动态参考基座1404可以成为参考点，因此允许从手术区域中移除对准固定装置1410和/或枢转臂1412。

图11提供了与本公开一致的用于对准的示例性方法1500。方法1500开始于步骤1502，其中可以将目标解剖学结构的图形表示(或图像)导入系统100、300、600，例如计算机408。图形表示可以是包含对准固定装置1410的患者210的目标解剖学结构的三维CT或荧光镜扫描以及基准1420的可检测成像图案。

在步骤1504处，检测基准1420的成像图案并将其对准在成像空间中并存储在计算机408中。另选地，此时在步骤1506处，对准固定装置1410的图形表示可以覆盖在目标解剖学结构的图像上。

在步骤1508处，通过识别标记1420来检测并对准所述对准固定装置1410的导航图案。标记1420可以是通过跟踪子系统532经由位置传感器540通过红外光在导航空间中识别的光学标记。因此，目标解剖学结构的位置、朝向和其它信息被对准在导航空间中。因此，可以通过使用基准1422在图像空间中和通过使用标记1420在导航空间中识别对准固定装置1410。在步骤1510处，图像空间中的对准固定装置1410的对准被传递到导航空间。例如，通过使用基准1422的成像图案相对于标记1420的导航图案的位置的相对位置来完成所述传递。

在步骤1512处，对准固定装置1410的导航空间(已经与图像空间对准)的对准被另外传递到附接到患者夹具固定装置器械1402的动态对准阵列1404的导航空间。因此，对准固定装置1410可以被移除并且动态参考基座1404可以用于跟踪导航和图像空间中的目标解剖学结构，因为导航空间与图像空间相关联。

在步骤1514和1516处，导航空间可以覆盖在图像空间上且具有标记的物体在导航空间中可见(例如，具有光学标记804的外科手术器械608)。可以通过手术器械608在目标解剖学结构的图像上的图形表示来跟踪物体。

图12A到图12B示出了可与机器人系统100、300、600结合使用以获取患者210的术前、术中、术后和/或实时图像数据的成像装置1304。对于使用成像系统1304的任何适当的程序，可以对任何适当的主题成像。成像系统1304可以是任何成像装置，诸如成像装置1306和/或C臂1308装置。可能需要从多个不同位置拍摄患者210的x射线，而不需要频繁手动重新定位患者210，这在x射线系统中可能是需要的。如图12A中所示，成像系统1304可以为C臂1308的形式，其包含终止于“C”形的相对远端1312的细长C形构件。C形构件1130可以另外包含x射线源1314和图像接收器1316。机器人臂的C臂1308内的空间可以为医师提供空间来照顾大致上不受来自x射线支撑结构1318的干扰的患者。如图12B中所示，成像系统可以包含成像装置1306，所述成像装置具有附接到支撑结构成像装置支撑结构1328的机架外壳1324，诸如具有轮子1332的轮式移动手推车1330，其可以包围未示出的图像捕获部分。图像捕获部分可以包含x射线源和/或发射部分以及x射线接收和/或图像接收部分，它们可以彼此相隔大约一百八十度设置并且相对于图像捕获部分的轨道安装在转子上(未示出)。图像捕获部分可以操作用于在图像采集期间旋转三百六十度。图像捕获部分可围绕中心点和/或轴线旋转，允许从多个方向或多个平面获取患者210的图像数据。虽然在本文例证了某些成像系统1304，但是应当明白的是，所属领域的普通技术人员可以选择任何合适的成像系统。

现在参考本公开的图13，图13示出了具有尖端1602的手术工具1600以及骨骼1604，所述骨骼可以在外科手术期间成为患者的目标骨骼。还示出了例如在外科医生钻入患者骨骼的医疗手术期间当工具1600刺穿骨骼1604时与所述工具相关联的三个力(F_插入、F_p以及F_n)。手术工具1600可以是与手术应用相关联的任何手术器械或工具，包含但不限于钻孔器、锥子、抽液管、螺丝刀或其它类型的手术工具。当向工具施加意图刺穿骨骼的力时，这些力可被称为在工具-骨骼界面处的反作用力。插入力(F_插入)可以分解为与表面垂直的分力(F_N)和平行于表面的分力(F_p)。

虽然器械1600的尖端1602被设置并且悬在骨骼1604的表面处，但是由上述力引起的物理机制包含以下内容：(1)骨骼1604可以整体远离插入力(F_插入)移动，(2)可以克服阻止尖端1602滑动的摩擦阻力，导致尖端1602在Fp的方向上沿平行于骨骼表面1604的方向横向地行进，或者(3)尖端可以沿预期方向刺穿骨骼(诸如F_插入)。

本公开试图保持器械1600在需要的位置对准，并且防止由于平行于骨骼1604的表面的力(Fp)而使尖端1602偏离或“刮削”。器械1600可以通过在管的内径与工具的外径之间具有紧密公差的刚性保持的导管来操作。这种导管先前在本文已经描述过了。为了使导管在将器械1600或另一块硬件驱动到骨骼1604中时完全有效，所述管不应相对于骨骼1604移动，并且器械1600或其它硬件不应相对于管或骨骼1604弯曲。

如本文先前所述，能够牢固地锁定到地板上的手术机器人可以有效地维持导管(例如，机器人系统300)的静止的、刚性的位置。在机器人辅助手术的背景下，刮削可能会导致多种情况。例如，在器械1600以一定角度插入穿过导管并且与骨骼1604接触期间，平行于骨骼1604表面产生的力(可能至少部分或全部取决于器械插入力和插入角度)可能会导致器械的弯曲和/或患者的移动。

作为另一个例子，将器械1600以与骨骼1604成一角度或垂直于骨骼1604插入穿过导管可能会导致器械1600到达器械1600完全位于导管内或器械手柄触底的深度或点(即，完全位于导管的顶部入口上，此时，除非管纵向前进，否则不能再插入工具)。如果外科医生在器械1600触底后施加附加的向下的力，则所述力被导管吸收，而不会被传递到器械1600以另外刺穿骨骼1604。所述例子可能会导致一些意想不到的结果。一个意外的结果可能是，如果外科医生没有意识到器械1600已经触底，则由于在螺钉或抽液管不能向前移动的同时旋转螺丝刀或抽液管，附加力可能会损坏或剥离患者骨骼中的螺孔。另一个意想不到的结果可能是外科医生可能无法实现外科医生试图推进的器械或工具的理想或预期刺穿。

如前所述，机器人系统300可以包含被设置在末端执行器310上的测力传感器(它们控制机器人臂的多轴移动)。使用安装到导管和/或末端执行器的多轴测力传感器，可以在手术期间实时量化上述实时描述的横向偏转和纵向触底力/转矩。与本公开一致，机器人系统300可以使用由机器人的导管上的多轴测力传感器监测的力和力矩来向外科医生提供具体的反馈，以帮助防止所述器械或工具不准确地、不完整地或不良地被插入。

图14示出了与本公开一致的机器人臂1700的示例性实施例。机器人臂1700可以包含末端执行器1702、导管1704以及安装到末端执行器1702的套环1706。套环1706可以另外包含一个或多个多轴测力传感器1708。

经由套环1706安装到末端执行器1702的多轴测力传感器1708能够提供沿着、围绕并穿过导管的轴线(例如，导管1704的纵向轴线)的转矩和力的测量值。多轴测力传感器1708可以包括施加在适当朝向的刚性内部构件两端的应变仪，使得它们可以精确地测量力和转矩，同时以可忽略的量弹性变形。

多轴测力传感器1708可以使得施加到导管1704的力和力矩可以由一个或多个测力传感器1708检测的方式来支撑末端执行器1702和导管1704。如图14中所示，由一个或多个测力传感器1708感测的力和力矩的方向用箭头Mx、My和Mz以及标记为X、Y和Z的箭头来描绘。

在外科医生将器械1600(例如，钻孔器)插入穿过导管1704并且利用器械1600在垂直于平坦表面的位置处刺穿骨骼1604的情况下，外科医生施加的大部分力可以作为沿着钻头的轴线向下的纵向力被传递到钻孔器。可能会预期导管的轴线两端有相对较小的横向力(沿图14中所示的X或Y方向)或转矩(Mx或My，如图14中所示)，并且可能会预期相对较小的纵向力施加到导管1704(例如，如图14中所示的Z方向)。

继续最后一个例子，当外科医生扭转工具时，因为工具应当在导管1704内自由旋转，所以相对较小的转矩应当传递到测力传感器(在图14中示为Mz)。外科医生可能没有对准施加的力，在这种情况下，刚性保持的导管1704可用于防止工具横向移动。所述横向力可以作为中等横向(X、Y或组合XY)力由一个或多个多轴测力传感器1708监测。

在器械1600(例如，钻孔器或工具)在器械1600以陡峭角度撞击骨骼1604而引起尖端1602刮削的状况下插入的情况下，由一个或多个多轴测力传感器1708检测到的力可以某些可预见的方式改变。例如，导管1704两端的力矩(Mx或My，如图14中所示)可能会增大，并且与导向管1704横向的力(图14中的X或Y方向)可能会增大。如图13中所示，所述增加的力矩的X-Y方向可以垂直于骨骼1604的倾斜方向。类似地，如图13中所示，力的朝向将在骨骼1604的向下倾斜的方向上，并且垂直于增大的力矩。由于导致器械1600压靠在导管1704的侧面上并稍微弯曲的横向力，可以预期在导管1704(如图14中所示的Z方向)上略微增加向下的力。在所述例子中，应当显著增加所述弯矩和横向力的值。

在另一个例子中，在器械1600(例如，钻孔器或工具)在导管1704内触底的情况下，在外科医生施加附加的向下力时，在导管1704的方向(图14中所示的Z方向)上可以预期向下纵向力的突然尖峰，且任何其它检测到的力矩或力没有任何实质性增加。另外，如果外科医生释放器械1600，则因为器械1600仍然可以与导管1704相互作用，所以可以预期一定的残余向下力(Z)。例如，如果外科医生使用锁定螺丝刀插入螺钉，但是螺丝刀触底，则在释放螺丝刀后，其手柄在张紧状态下抵靠在导管的顶部上将会导致保持向下力。

机器人系统可以经由软件持续地监测力和力矩，并且检查每个力和力矩是否保持在正常的预期范围或阈值内。当遇到满足上述预期的非期望条件的力/力矩图案时，软件可以对消息传递作出反应。消息的例子可能是“请谨慎-可能会发生刀具刮削”或“请谨慎-刀具可能已到达其深度停止”。

图15示出了用于监测外科手术期间器械刮削的存在的示例性方法1800。方法1800从步骤1802开始，其中如本文先前所讨论，末端执行器和导管可以被自动或手动定位到相对于正在进行外科手术的患者的位置。在步骤1804处，可以将器械或工具(例如，器械1600)插入到机器人系统的导管中。在步骤1806处，可以将器械插入到患者体内并将所述机械推进以接触患者的目标骨骼以便进行外科手术。例如，如前所述，可以推进器械以接触目标骨骼以便钻出用于椎弓根螺钉的螺钉孔。在步骤1808处，机器人系统可以监测由存在于机器人系统上(例如设置在末端执行器上)的一个或多个测力传感器测量的力和力矩。在步骤1810处，可以将受监测力和力矩与将会与外科手术一致的预期力和力矩进行比较。在步骤1812处，如果受监测力和力矩落入预期范围或预定阈值内，则在步骤1814处继续进行外科手术，并且如前所述方法1800继续到步骤1810。如果受监测力和力矩没有落在预期范围或预定阈值内，则机器人系统提供警报或通知以指示存在刮削。

在另一个实施例中，提供了一种用于量化所发生的刮削毫米数的方法以及一种克服确实发生的任何刮削的方法。

如上所述，安装到机器人臂的6轴测力传感器配置成检测相对于导管横向朝向的力。在最佳程序中，在导向管上施加的横向力通常应当是最小的。在一个实施例中检测和施加的主力应当沿着导管的轴线。在发生横向力的实施例中，这些力可以导致手术器械沿着骨骼表面刮削或移动而不刺穿骨骼，或者如果力过度横向，则骨骼远离手术器械刮削或移动。在一些实施例中，横向力可以使工具的尖端弯曲并且横向地偏离手术器械轴和导管的中心轴线。

在某些实施例中，即使存在横向力，机器人臂也可以将导管保持在固定位置。当横向力推到骨骼上并导致骨骼远离刚性导管移动时，在一个实施例中，所发生的骨骼移动量可以通过附接到患者的DRB(动态参考基座)来跟踪。DRB包括诸如反射球面等跟踪标记阵列，这些跟踪标记的位置使用诸如Polaris Spectra光学跟踪系统(北部数码有限公司)等跟踪系统来跟踪。因为监测骨骼移动量，所以任何偏移都可以由系统报告给用户，并且导管位置的自动机械调整可以抵消由横向力导致的附加移动。

现在转向图16，在一些实施例中，如果由于横向力导致器械尖端相对于器械的跟踪阵列弯曲，则可以测量器械相对于其跟踪阵列的偏转量。在一个实施例中，应变仪可以用于测量由横向力引起的器械尖端偏转。应变仪通常是基于电阻的，并且配置成检测表面长度的稍微增大或降低。在一个实施例中，沿着器械的轴线平行朝向并且在轴的相对侧上附接到器械的表面的一对应变仪可以测量朝向或远离任一应变仪的偏转。在另一个实施例中，三个或更多个应变仪可以在给定的纵向位置处围绕器械的周边平行地安装并且配置成在附接有应变仪的位置处对器械的周边周围的纵向缩短或拉长的大小提供估计。

图16示出了由箭头所指示的横向力引起的器械2000的夸大横向偏转。安装在器械2000的相对侧上的应变仪2002测量器械2000在测量力的侧面上的拉长以及器械200在与力相反的侧面上的缩短。如果器械2000或导管发生偏转，则所述器械所偏转朝向的轴的侧面的长度减小，并且轴的相对侧的长度增大。包括器械或导管的轴的圆柱体的偏转响应于施加的横向力而利用以下等式：偏转＝FL³/3EI，其中F是施加在尖端处的横向力；L是从尖端到支点的长度(假定为悬臂式)；E是轴材料(诸如钴铬合金或不锈钢)的弹性模量；I惯性力矩，它是与工具的横截面有关的几何性质。在一个实施例中，当器械配置为圆柱体时，I＝d⁴/64，其中d是圆柱体的直径。

如果器械是均匀圆柱体，则可以通过了解器械在导管中的横向力和接触点来估计尖端偏转。在一些实施例中，如果器械朝向尖端渐缩或者以其它方式不均匀，则可能难以确定导管内的确切接触点，因为所述器械在它开始渐缩时将会在所述管内但不再与所述管紧密接触。在这种情况下，校准尖端偏转是基于安装到器械的应变仪，具体是应变仪的附接点，以及导管内部的几何形状。所述数据然后用于计算器械2000的估计偏差。

在用于校准尖端偏转的另一个实施例中，来自附接在器械的轴周围的一组应变仪的应变测量值可以与神经网络一起使用。神经网络是一种数学方法，其中节点(在这种情况下，来自应变仪阵列的输出)的响应模式在明确定义的输出(在这种情况下，横向偏转)对于不同的输入组具有足够的独特性的情况下用作产生这些输出的输入。在一些实施例中，通过使用光学跟踪、坐标测量机器(CMM)或其它手段在测量偏转的同时以不同的接近角度和工具尖端周围的接触位置横向地施加已知测试负载来使用用于器械偏转测量的神经网络。一旦所述数据成为神经网络的一部分，应变仪的输出就将会连续馈入到神经网络计算机模型中，并且偏转数据可以流出并由系统显示。

在另一个实施例中，神经网络或物理建模可以通过应用来自器械2004与导管2006在两个区域中相互作用的数据来使用，如图17中所示。在第一区域中，器械的2004在导管2006内终止渐缩，并且因此用于偏转的杠杆臂是施加力到器械的最大直径接触导管的点的施力点。只要器械2004保持在所述区域内，杠杆臂在固定的负载施加点就会保持固定。在第二区域中，器械的2004在导管2006之外终止渐缩，并且因此用于偏转的杠杆臂是施加力到器械2004离开导管2006的点的施力点。随着器械2004更大程度地突出，杠杆臂持续增大。基于器械的跟踪阵列相对于导管跟踪阵列位置的位置，系统可以跟踪当前区域并且适当地解译工具的神经网络模型或物理模型以计算尖端力和位移。

在一个实施例中，安装到机器人臂的6轴测力传感器可以评估由器械尖端与骨骼相互作用引起的力和力矩。如果由于横向力施加到器械而发生刮削，则可以利用以下方法来克服或减轻可能发生的任何刮削。在一个实施例中，器械尖端可以配置为锋利的并且能够以轴向切割能力以及侧切割能力刺穿骨骼。当施加横向力时器械的锋利尖端可以类似于如图18中所示相对于钻孔器以45°角钻出表面。具体地，图18示出了具有轴向切割能力的器械2008，并且器械2010示出了撞击倾斜表面的轴向和横向侧切割能力。

在优选实施例中，具有锋利尖端的器械将在刮削前切穿骨骼的表面。在一些情况下，即使器械被设置有更大的切割表面，刮削仍然是可能的。在这些情况下，在一个实施例中，可以使用重复刺穿动作来将器械插入穿过骨骼的表面而不移动骨骼。所述轻敲运动可以由外科医生施加，并且当器械已经推进穿过骨骼表面时，如图19中所示，发信号通知对刺穿的触觉响应。如图19中所示的逐步或轻敲运动防止发生刮削。

虽然在前面的说明书中已经公开了本发明的若干实施例，但是应当理解的是，将会想到本发明所属的本发明的许多修改和其它实施例将受益于在前面的描述和相关附图中呈现的教导。因此，应当理解的是，本发明不限于上文所公开的具体实施例，并且许多修改和其它实施例旨在包含于所附权利要求书的范围内。此外，虽然在本文以及在随后的权利要求中采用了具体术语，但是它们仅用于一般的和描述性的意义，而不是为了限制所描述的发明也不是为了限制随后的权利要求书的目的。

所属领域的技术人员将会明白的是，虽然上文已经结合特定实施例和例子描述了本发明，但是本发明不一定受到如此限制，并且许多其它实施例、例子、用途、修改和偏离实施例、例子和用途旨在被所附权利要求书涵盖。本文引用的每个专利和出版物的全部公开内容通过引用并入，如同每个这样的专利或出版物单独地通过引用并入本文。在下面的权利要求中阐述了本发明的各种特征和优点。

Claims (9)

1.一种手术机器人系统，其用于检测与所述机器人系统相关联的手术器械的预期移动，所述机器人系统包括：

机器人基座；

机器人臂，其连接到所述机器人基座并且与所述机器人基座进行电子通信；

末端执行器，其连接到所述机器人臂并且与所述机器人基座进行电子通信，其中所述末端执行器包括导管，并且

其中一个或多个传感器被定位在耦接到所述末端执行器的手术器械上，所述一个或多个传感器配置成测量与设置在所述导管中的所述手术器械的所述插入力相关联的力，并且

其中所述机器人基座配置成接收所述测量力并且指示所述测量力何时在所述测量力和力矩的预期范围之外。

2.根据权利要求1所述的系统，其中所述机器人系统配置成在与所述机器人系统相关联的显示器上提供指示施加在所述手术器械上的刮削力的通知。

3.根据权利要求2所述的系统，其中所述刮削力是施加到所述手术器械的横向力。

4.根据权利要求3所述的系统，其中所述手术器械包含用于刺入骨骼的锥形尖端。

5.根据权利要求4所述的系统，其中所述传感器监测所述手术器械的所述尖端的偏转。

6.根据权利要求1所述的系统，其中所述机器人配置成使用神经网络来计算所述手术器械的所述偏转。

7.根据权利要求1所述的系统，其中所述通知基于所述手术器械在患者体内的位置来指示所述手术器械已经到达最大深度。

8.根据权利要求1所述的系统，其中在相对于所述机器人系统的x、y或z方向中的至少一个方向上测量所述一个或多个力。

9.根据权利要求1所述的系统，其中所述手术器械是钻孔器、锥子、抽液管和螺丝刀中的一个。