CN109276316B

CN109276316B - 机器人手术平台

Info

Publication number: CN109276316B
Application number: CN201810816868.7A
Authority: CN
Inventors: N·R·克劳福德; N·约翰逊
Original assignee: Globus Medical Inc
Current assignee: Globus Medical Inc
Priority date: 2017-07-21
Filing date: 2018-07-23
Publication date: 2021-08-31
Anticipated expiration: 2038-07-23
Also published as: US11135015B2; US20190021795A1; US20190021800A1; US10675094B2; US20220000561A1; US11253320B2; US20220133411A1; JP7290924B2; US20230397956A1; US11771499B2; JP2019022658A; US20200305979A1; CN109276316A; EP3431032A1; EP3431032B1

Abstract

本申请涉及机器人手术平台。一种用于手术期间CT工作流、手术前CT成像工作流和荧光检查成像工作流的手术植入计划计算机。网络接口能够连接到CT图像扫描仪和机器人手术平台，所述机器人手术平台具有联接到机器人臂的机器人底座，所述机器人臂能够通过马达移动。从所述CT图像扫描仪接收骨的CT图像并显示。接收从已定义手术螺钉的集合当中对手术螺钉的用户选择。显示表示所述选定手术螺钉的图形螺钉作为所述骨的所述CT图像上的覆层。响应于接收到用户输入而控制所述所显示图形螺钉相对于所述CT图像中的所述骨的角定向和位置。将所述选定手术螺钉的指示以及所述所显示图形螺钉的角定向和位置存储于手术计划数据结构中。

Description

机器人手术平台

相关申请的交叉引用

本申请依据35 U.S.C.119(e)要求2017年7月21日提交的第62/535,591号美国临时专利申请的优先权，所述美国临时专利申请的内容出于所有目的以全文引用的方式并入本文中。

技术领域

本公开涉及医疗装置，且更具体地说涉及机器人手术系统以及相关方法和装置。

背景技术

各种医疗程序要求手术器械在患者的身体内的三维位置的精确定位，以便实现优化处理。例如，一些融合脊椎的外科程序需要外科医生在骨结构中在特定位置处钻多个孔。为了实现融合系统中的高水平的机械完整性，且为了平衡骨结构中产生的力，在所需位置钻孔是必要的。脊椎(类似于大部分骨结构)具有由非平面弯曲表面组成的复杂形状，使得精确且垂直的钻孔变得困难。常规地，外科医生通过使用导引系统手动地保持且定位钻孔导引管以将钻孔管的位置覆盖在骨结构的三维图像上。此手动过程是繁琐且耗时的。手术的成功大部分取决于执行所述手术的外科医生的灵巧性。

正在引入机器人手术平台，所述平台可以辅助外科医生在患者身体内定位手术工具且执行手术程序。机器人手术平台可包含联接到末端执行器元件的机器人，且其中所述机器人被配置成控制末端执行器相对于身体的移动和定位。末端执行器可以是手术工具导引管，例如钻孔导引管，或者可以是手术工具自身。

需要提供手术工具相对于身体的三维位置的准确定位以便实现优化处理的机器人手术平台。改进的定位准确性可以最小化人和机器人错误，同时允许快速且高效的手术过程。以机器人手术平台和计算机软件对患者执行操作的能力可以增强总体手术程序以及对患者实现的结果。

发明内容

本公开的一些实施例是针对可用于手术期间计算机断层扫描(CT)成像工作流的手术植入计划计算机。所述手术植入计划计算机包含至少一个网络接口、显示装置、至少一个处理器和至少一个存储器。所述至少一个网络接口能够连接到CT图像扫描仪和机器人，所述机器人具有联接到机器人臂的机器人底座，所述机器人臂能够通过马达相对于所述机器人底座移动。所述至少一个存储器存储程序代码，所述程序代码由所述至少一个处理器执行以执行包含以下的操作：在所述显示装置上显示通过所述至少一个网络接口从CT图像扫描仪接收的骨的CT图像，以及接收从已定义手术螺钉的集合当中对手术螺钉的用户选择。所述操作进一步包含显示表示选定手术螺钉的图形螺钉作为所述骨的CT图像上的覆层，以及响应于接收到用户输入而控制所显示图形螺钉相对于所述 CT图像中的骨的角定向和位置。响应于接收到已定义用户输入而将所述选定手术螺钉的指示以及所述所显示图形螺钉的角定向和位置存储于手术计划数据结构中。

本公开的一些其它实施例是针对可用于手术前CT成像工作流的手术植入计划计算机。所述手术植入计划计算机包含至少一个网络接口、显示装置、至少一个处理器和至少一个存储器。所述至少一个网络接口能够连接到图像数据库。所述至少一个存储器存储程序代码，所述程序代码由所述至少一个处理器执行以执行包含以下的操作：将通过所述至少一个网络接口从图像数据库接收的骨的CT图像加载到所述至少一个存储器中。所述操作在显示装置上显示CT图像。所述操作接收从已定义手术螺钉的集合当中对手术螺钉的用户选择，且显示表示选定手术螺钉的图形螺钉作为骨的CT图像上的覆层。所述操作响应于接收到用户输入而控制所显示图形螺钉相对于CT图像中的骨的角定向和位置，且响应于用户输入将选定手术螺钉的指示以及所显示图形螺钉的角定向和位置存储于手术计划数据结构中，所述手术计划数据结构被配置成用于由机器人使用，所述机器人具有联接到机器人臂的机器人底座，所述机器人臂能够通过马达相对于机器人底座移动。

本公开的一些其它实施例是针对可用于荧光检查成像工作流的手术植入计划计算机。所述手术植入计划计算机包含至少一个网络接口、显示装置、至少一个处理器和至少一个存储器。所述至少一个网络接口能够连接到荧光检查成像器、标记跟踪相机和机器人，所述机器人具有联接到机器人臂的机器人底座，所述机器人臂能够通过马达相对于所述机器人底座移动。所述至少一个存储器存储程序代码，所述程序代码由所述至少一个处理器执行以执行包含以下的操作：执行对齐设置模式，所述对齐设置模式包含确定指示标记跟踪相机可观察以跟踪附接到荧光检查成像器的荧光检查对齐器具的反射性标记的第一条件的发生，以及确定指示标记跟踪相机可观察以跟踪附接到机器人臂和 /或连接到机器人臂的末端执行器的动态参考基座标记的第二条件的发生。在确定第一和第二条件两者继续发生的同时，所述至少一个处理器允许执行操作以获得患者沿着第一平面的第一手术期间荧光检查图像且获得患者沿着正交于第一平面的第二平面的第二手术期间荧光检查图像。

公开了对应的方法和计算机程序产品。

所属领域的技术人员在审阅以下附图和具体实施方式之后即刻将明了根据本发明主题的实施例的再其它手术植入着陆计算机、方法和计算机程序产品。希望所有这些手术植入着陆计算机、方法和计算机程序产品包含于本说明书内，在本发明主题的范围内，且受所附权利要求书保护。此外，希望本文公开的所有实施例可单独地实施或者以任何方式和/或组合而组合。

附图说明

为了提供对本公开的进一步理解而提供且并入在本申请案的一部分中并构成本申请案的一部分的附图说明了本发明概念的某些非限制性实施例。在附图中：

图1图示了包含机器人基台和相机支架的机器人系统。

图2图示了机器人基台的组件。

图3图示了机器人基台的监视器。

图4图示了在机器人基台的后部的控制面板和控制面板功能。

图5图示了位于机器人基台的后部的连接器面板。

图6图示了5轴机器人臂。

图7图示了下部臂。

图8图示了竖直柱的上部部分。

图9图示了相机支架。

图10图示了相机支架的后视图，示出了对准按钮。

图11图示了末端执行器的等距和俯视图。

图12图示了器械感测环上的掣子机构。

图13图示了通过导引管使用的手术刀。

图14图示了外部插管的轨迹。

图15图示了用于以所述装置扩张组织的一个技术。图15(a)图示了外部插管如何定位于切口上方。图15(b)图示了如何将插管放置到导引管中以使得其停留在皮肤上。图15(c)图示了如何将第一内部插管插入到切口中。图15(d)图示了接着如何将第二内部插管插入到切口中。图15(e)图示了接着如何将外部插管插入到切口中。图15(f)图示了随后移除内部插管且降低导引管直到其搁置在外部插管内为止。

图16图示了导航手术器械的一些实施例。

图17图示了阵列。

图18图示了检验探头。

图19图示了患者附接器械。

图20图示了使用夹具驱动器收紧骨夹具。

图21图示了导引柱和四尖钉。

图22图示了用于将低型面四尖钉插入刚性骨解剖结构中的一个方法。图22(a)图示了在导引柱上方定位四尖钉。图22(b)图示了附接冲击帽。图22(c)图示了将组合件插入刚性解剖结构中。图22(d)图示了移除帽和导引柱。

图23图示了插入包含固定螺钉的杆附接器械以附接到现有脊柱杆。

图24图示了监测标记。

图25图示了监测标记与骨夹具的使用。

图26图示了动态参考基座。

图27图示了手术期间对齐器具和旋转臂。

图28图示了荧光检查对齐器具。

图29图示了当从一个轨迹移动到下一个轨迹时的末端执行器运动，其中1、2和3是自动移动；4是手动的且任选的。

图30图示了电力按钮、线路电力指示器和电池指示器。

图31图示了相机支架取出。图31(a)图示了提拉位于相机支架上的释放手柄。图31(b) 图示了相机支架的支腿完全离开，支腿自动释放且向外移动。

图32图示了相机到基台上的连接器面板的连接。

图33图示了相机定位。

图34图示了按下激光按钮以对准相机。

图35图示了具有无菌帷帘的系统。

图36图示了脚踏板电缆连接。

图37图示了当稳定器接合和稳定器脱离时照亮的按钮。

图38图示了用于连接到末端执行器的机器人臂接口板。

图39图示了打开末端执行器上的托架且通过对准V凹槽且对准球体而将末端执行器放置于接口板上。

图40图示了挤压末端执行器的两侧上的托架且向下按压手柄以锁定到适当位置。

图41图示了手柄下降以锁定到适当位置的正确和不正确定位。

图42图示了末端执行器的移除。

图43图示了将器械轴杆插入到阵列套管中。

图44图示了手术器械组合件。

图45图示了在手术器械组合件的轴杆的近端上附接快速连接手柄。

图46图示了将反射性标记附接到器械组合件的多个标记柱中的一个。图46(a)图示了将反射性标记降低到标记柱上。图46(b)图示了完全安放于柱上的标记。

图47图示了监视器上所显示的登录屏幕。

图48图示了监视器上所显示的病例管理屏幕。

图49图示了用以显示程序类型的配置标签。

图50图示了在监视器上显示以选择植入系统、所需椎骨层级和定向的预先计划标签。

图51图示了显示导航详情的检验标签，包含在预先计划标签上选择的器械的可见性、位置和检验状态。

图52图示了在检验标签上出现以指示检验进展的弹出式屏幕。

图53图示了位于末端执行器上的检验凹块。

图54图示了指示成功检验的绿色圆。

图55图示了指示失败检验的红色交叉圆。

图56图示了将动态参考基座紧固到患者附接器械。

图57图示了对动态参考基座使用夹具驱动器。

图58图示了动态参考基座和监测标记的放置。

图59图示了四尖钉。

图60图示了四尖钉移除工具。

图61图示了用移除工具移除四尖钉。

图62图示了将对齐器具附接到枢转臂。

图63图示了连接到患者附接器械的对齐器具。

图64图示了对齐的基准点。

图65图示了计划标签，其允许用户在患者图像上计划所有螺钉轨迹。

图66图示了导航标签，其允许用户相对于患者解剖结构使导航器械轨迹和计划轨迹可视化。

图67图示了计划标签，其允许用户在患者图像上计划所有螺钉轨迹。

图68图示了第一屏幕，其突出显示在可取得荧光检查图像之前将完成三个步骤以对齐手术前CT图像。

图69图示了附接到图像增强器的荧光检查对齐器具。

图70图示了在导航标签内的侧向图像。

图71图示了选择所需层级。

图72图示了成功对齐，其中核取标记示出为紧靠作用中层级。

图73图示了实时器械/植入物轨迹如何连同计划螺钉一起在患者图像上显示，从而允许用户确认期望轨迹。

图74图示了在导航标签内的侧向图像。

图75图示了计划标签，其允许用户在患者图像上计划所有螺钉轨迹。

图76图示了导航标签，其允许用户相对于患者解剖结构可视化导航器械轨迹和计划轨迹。

图77图示了机器人计算机系统可以如何用于导航而无机器人臂和末端执行器。

图78图示了机器人计算机系统可以如何用于使用机器人臂的轨迹导引而无导航器械。

图79图示了根据实施例配置的机器人手术平台的机器人部分的电子组件的框图。

图80图示了包含手术植入计划计算机的手术系统的框图，所述手术植入计划计算机可以与机器人分离且操作性地连接到机器人或并入于其中。

图81-87是可以由根据实施例配置的手术植入计划计算机执行的操作的流程图。

具体实施方式

呈现以下讨论以使所属领域的技术人员能够做出和使用本公开的实施例。本领域的技术人员将容易了解对所说明实施例的各种修改，且在不脱离本公开的实施例的情况下本文的原理可应用于其它实施例和应用。因此，实施例并不希望限于示出的实施例，而是应被赋予与本文公开的原理和特征相一致的最广范围。以下详细描述应参考附图来阅读，附图中在不同图中的相同元件具有相同附图标记。不一定按比例的附图描绘所选择的实施例并且并不打算限制实施例的范围。所属领域的技术人员将认识到本文所提供的实例具有许多有用的替代方案且处于实施例的范围内。

系统概览

机器人计算机系统使用放射学患者图像实现实时手术导航，且使用机器人臂沿着外科医生指定的路径导引专用手术器械的轨迹。系统软件重新格式化在手术之前获取的患者特定CT图像或者在手术期间获取的荧光检查图像，且在屏幕上从多种视角显示所述图像。在操作之前，外科医生可以接着创建、存储、接入和模拟轨迹。在手术期间，系统导引器械以遵循由用户指定的轨迹，且跟踪手术器械在患者解剖结构中或解剖结构上的位置并且在这些图像上连续地更新器械位置。外科医生使用专用手术器械执行手术。

软件也可示出在手术期间的实际位置和路径如何与手术前计划相关，且可帮助沿着计划轨迹指导外科医生。虽然外科医生的判断保有最终权限，但通过机器人计算机系统获得的实时位置和轨迹信息可用来核实此判断。可以与本文的实施例一起使用的实例机器人计算机系统是Globus Medical的ExcelsiusGPS^TM。

装置描述

机器人计算机系统是包含计算机控制的机器人臂、硬件和软件的机器人定位系统，其使用动态参考基座和定位相机实现使用放射学患者图像(手术前CT、手术期间CT和荧光检查)的实时手术导航和机器人导引。导航和导引系统确定虚拟患者(患者图像上的点)与实际患者(患者的解剖结构上的对应点)之间的对齐或映射。一旦产生此对齐，软件就在患者图像上显示所跟踪器械的相对位置，所述器械包含机器人臂的末端执行器。此可视化可以帮助指导外科医生的计划和方法。作为对可视化的辅助，外科医生可在手术之前在患者图像上计划植入物放置。与对齐相结合的计划的信息提供必要信息以在自由手导航期间或在末端执行器的自动机器人对准期间对外科医生提供视觉辅助。

在手术期间，系统跟踪包含机器人臂的末端执行器的GPS兼容器械在患者解剖结构中或患者解剖结构上的位置，且利用光学跟踪在患者图像上连续地更新器械位置。在选定轨迹通过导引管配合的标准非导航金属器械可以在导引管静止的同时使用而无需导航，以用于例如骨准备(例如，咬骨钳、铰刀等)或放置与螺钉放置不相关的MIS植入物(例如，杆插入物、锁定盖驱动器)等用途。也可以在无需导引的情况下执行导航。系统软件负责所有运动控制功能、导航功能、数据存储、网络连接性、用户管理、病例管理和安全功能。机器人计算机系统手术器械是可手动地或借助定位系统的使用而操作的非无菌、可再用器械。

机器人计算机系统器械包含对齐器械、患者参考器械、手术器械和末端执行器。对齐器械并入有反射性标记的阵列，且用以跟踪患者解剖结构以及手术器械和植入物；组件包含检验探头、监测标记、手术器械阵列、手术期间CT对齐器具、荧光检查对齐器具以及动态参考基座(dynamic reference base，DRB)。患者参考器械被夹持或驱动进入被视为安全的任何适当刚性解剖结构中，且提供用于DRB的刚性固定点。手术器械用以准备植入物位点或植入装置，且包含锥子、钻具、起子、丝锥和探头。末端执行器可以是无线供电的导管，其附接到机器人臂的远端且提供用于手术器械插入的刚性结构。

使用的指示

机器人计算机系统既定用作精确定位解剖结构的辅助以及将在开放式或经皮程序中由外科医生使用用于导航或导引标准手术器械的器械保持器或工具导引件的空间定位和定向的辅助。针对其中立体定位的手术的使用可为适当的以及可相对于基于CT的模型、荧光检查图像或解剖结构的数字化地标识别对例如颅骨、长骨或脊椎等刚性解剖结构的参考的任何医学病况对系统进行指示。

禁忌

禁用机器人计算机系统及其相关联应用的使用的医学病况包含可能禁用医疗程序自身的任何医学病况。

导航完整性

机器人计算机系统已经内建预防措施来支持导航完整性，但在导航期间应当采取额外步骤来检验系统的准确性。特定步骤包含：

在使用机器人臂之前确保稳定器已经接合。

在成功对齐之后不移动动态参考基座。

关于每个程序使用监测标记以相对于实时患者解剖结构进一步确认图像的准确性。

如果监测标记警示患者相对于动态参考基座的移动，那么执行地标检查。如果地标检查失败，那么重新对齐患者。

在程序之前使用已检验的导航器械来执行解剖学地标检查。如果地标检查失败，那么重新对齐患者。

对标准的顺应性

此产品当带有下文所示的在右边示出的CE符合性标记时符合关于医疗装置的委员会指令93/42/EEC的要求。

此产品当其带有以下在右边示出的NRTL认证顺应性标记时符合下方列出的标准的要求。

已经根据以下适用标准执行电和电磁测试：ANSI/AAMI ES60601-1、CSA C22.2#60601-1、CISPR 11、IEC 60601-1(包含所有国家偏差)、IEC 60601-1-2、IEC 60601-1-6、IEC 60601-1-9、IEC 60601-2-49(此标准的仅一些部分用以当与例如烧灼器等高频手术器械一起使用时证明机器人计算机系统的顺应性和恰当操作)、IEC 60825-1、 IEC 62304、IEC 62366。

HF手术器械

基于机器人计算机系统浮动应用部分(类型BF)和执行的安全测试，系统与HF手术器械的使用兼容而无对使用条件的限制。

EMC顺应性

根据IEC 60601-1-2:2014版本3和4，医学电气设备需要关于电磁兼容性(EMC) 的特殊预防措施，且需要根据下方表中提供的EMC信息来安装并投入服务。便携式和移动的RF通信设备会不利地影响电医学设备。所述表提供关于顺应性水平的详情且提供关于装置之间的潜在交互的信息。在下一页面上示出来自第3版本的EMC顺应性表，具有在适当时针对第4版本调整的值。

机器人计算机系统具有任选的802.11g/b/n无线路由器和平板计算机选项。当安装时，这使用DSSS或OFDM以及DQPSK或QAM调制以2.4GHz(2.412-2.484GHz) 发射RF功率。最大RF发射功率是100mW。

推荐分隔距离

网络安全

机器人计算机系统符合医疗装置中关于网络安全的行业最佳实践和FDA指导。这包含防火墙保护以及针对病毒、恶意软件、数据损坏和未经授权的系统接入的额外保护。

系统概览

机器人计算机系统由四个主要组件组成：机器人基台(下文示出)、相机支架(下文示出)、器械和系统软件。图1图示了包含机器人基台和相机支架的机器人系统。

机器人基台

机器人基台是用于机器人计算机系统的主要控制中心且由下文示出的组件组成。图 2图示了机器人基台的组件。

监视器

监视器允许外科医生计划手术，且实时地使解剖结构、器械和植入物可视化。监视器是定位于竖直柱上的高分辨率平板触摸屏液晶显示器(LCD)。可用两只手将监视器调整到所需位置。外部鼠标可用于任选地与监视器一起使用。鼠标不希望在无菌场地内使用。图3图示了机器人基台的监视器。

平板计算机

任选的无线平板计算机可用于用作操作计划和软件控制的第二触摸屏监视器。主要监视器在使用期间始终保持在作用中。用户可在需要的情况下锁定平板计算机使用。平板计算机隔室用以储存平板计算机。平板计算机不希望在无菌场地内使用。

控制面板

控制面板定位于机器人基台的后部。此面板用以显示和控制系统功率和一般定位功能。图4图示了在机器人基台的后部的控制面板和控制面板功能。

控制面板功能

连接器面板

连接器面板定位于机器人基台的后部。此面板含有用于各种装置的外部连接端口。图5图示了位于机器人基台的后部的连接器面板。

连接器面板功能

脚轮和稳定器

系统由具有集成式稳定器的四个脚轮组成。稳定器用以固定系统以确保系统在使用期间不移动。

上部臂、下部臂和竖直柱

由上部和下部臂组成的机器人臂附接到机器人计算机系统机器人基台的竖直柱。此配置允许广泛范围的运动。

机器人计算机系统采用现有技术水平驱动器控制系统连同高性能伺服驱动器，以在手术室环境中准确地定位和控制5轴机器人臂。图6图示了5轴机器人臂。下文指出5 个运动轴线。

轴线	行进距离
		竖直	≥480mm
肩部	-150°到180°
		肘部	-150°到150°
横滚	-135°到135°
		俯仰	-70°到70°

手环

手环定位于下部臂的远端。手环是允许用户导引机器人臂的定位的负载感测组件。

为了起始运动，用拇指和食指在相对侧上挤压手环。在挤压的同时，朝向期望运动方向施加轻力。机器人臂将在期望方向上移动。臂手动地在任何方向上或在螺旋计划在作用中的情况下沿着轨迹移动。图7图示了下部臂。

信息环

信息环定位于竖直柱的上部部分上。信息环指示机器人计算机系统的状态。信息环在系统正在引导时闪烁光；当系统就绪时显示稳定绿光。使用个别颜色来指示状态，如下表中所示。图8图示了竖直柱的上部部分。

信息环颜色指示

相机支架

相机支架是移动的且进行调整以便定位相机而查看操作场地和光学标记。图9图示了相机支架。图10图示了相机支架的后视图，示出了对准按钮。

相机支架功能

电缆

需要以下电缆特性以用于连接到外部装置：HDMI-连接到外部HDMI监视器需要屏蔽的HDMI-公到HDMI-公电缆。

网络-连接到医院网络可用无屏蔽的CAT-5e以太网电缆完成。

手术机器人的电子组件

图79图示了根据实施例配置的机器人手术平台的机器人500部分的电子组件的框图。机器人500可包含平台子系统502、计算机子系统520、运动控制子系统540和跟踪子系统530。平台子系统502可包含电池506、配电模块504、平台网络接口512和平板计算机充电站510。计算机子系统520可包含计算机522、显示器524和扬声器526。运动控制子系统540可包含驱动器电路542、马达550、551、552、553、554、稳定器 555、556、557、558、末端执行器544和控制器546(例如，一个或多个处理器和相关联电路)。跟踪子系统530可包含位置传感器532以及例如经由平台网络接口512可连接到标记跟踪相机570的相机转换器534。机器人500可包含脚踏板580和平板计算机 590。

输入电力经由可以对配电模块504提供的电力源560供应到机器人500。配电模块504接收输入电力，且被配置成产生提供到机器人500的其它模块、组件和子系统的不同电源电压。配电模块504可以被配置成对平台网络接口512提供不同电压供应，其可以提供到例如计算机520、显示器524、扬声器526、驱动器542等其它组件，以例如对马达550、551、552、553、554和末端执行器544、环514、相机转换器534和用于机器人500的其它组件供电，所述其它组件例如用于冷却各种电组件的风扇。

配电模块504还可以对可定位于平板计算机抽屉内的例如平板计算机充电站510等其它组件提供电力。平板计算机充电站510可以被配置成通过有线和/或无线接口与平板计算机590连通。平板计算机590可用以显示与本文公开的各种实施例一致的供外科医生和其它用户使用的图像和其它信息。

配电模块504也可以连接到电池506，在配电模块504不从输入电力560接收电力的情况下所述电池506充当临时电力源。在其它时间，配电模块504可以用来在需要时对电池506充电。

平台子系统502的其它组件可包含连接器面板508、控制面板516和环514。连接器面板508可以用来将不同装置和组件连接到机器人500和/或相关联组件和模块。连接器面板508可含有接收来自不同组件的线路或连接的一个或多个端口。举例来说，连接器面板508可以具有可以将机器人500接地到其它设备的接地端子端口、将脚踏板580 连接到机器人500的端口，和/或连接到跟踪子系统530的端口。跟踪子系统530可包含位置传感器532、相机转换器534以及可以由相机支架支撑的标记跟踪相机570。连接器面板516可包含用以允许到例如计算机520等其它组件的USB、以太网、HDMI通信的其它端口。

控制面板516可以提供各种按钮或指示器，其控制机器人500的操作和/或提供关于机器人500的信息。举例来说，控制面板516可以包含用于以下操作的按钮：对机器人 500通电或断电；使可以被设计成接合脚轮以锁定机器人500免于物理上移动的稳定器 555-558提升或降低；和/或升高和降低机器人底座和/或用于机器人臂的竖直支撑件。其它按钮可以控制机器人500以在紧急情况下停止机器人臂的移动，这可以移除所有马达电力且施加机械和/或机电制动以阻止所有运动发生。控制面板516还可以具有向用户通知某些系统状况的指示器，所述系统状况例如线路电力指示器或电池506的电量状态。

环514可以是视觉指示器以向机器人500的用户通知机器人500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520的计算机522包含至少一个处理器电路(为简洁起见也被称作处理器)和含有计算机可读程序代码的至少一个存储器电路(为简洁起见也被称作存储器)。处理器可以包含一个或多个数据处理电路，例如通用和/或专用处理器，例如，微处理器和/或数字信号处理器。处理器被配置成执行存储器电路中的计算机可读程序代码以执行操作，所述操作可以包含本文中描述为由手术机器人执行的操作中的一些或全部，且可以进一步执行本文中描述为由手术植入计划计算机执行的操作中的一些或全部。

程序代码包含用以操作机器人500的操作系统和软件。计算机522可以接收并处理来自其它组件(例如，跟踪子系统530、平台子系统502和/或运动控制子系统540)的信息以便向用户显示信息。此外，计算机子系统520可以包含扬声器526以将来自计算机522的音频通知提供给用户。

跟踪子系统530可包含位置传感器532和相机转换器534。位置传感器532可以包含标记跟踪相机570。跟踪子系统530可以在手术程序期间跟踪定位于机器人500的不同组件上的标记和/或由用户使用的器械的位置。此跟踪可以用与本公开一致的方式进行，其可包含使用红外技术，所述红外技术照亮且实现通过相机570分别对例如LED 或反射性标记等有源或无源元件的位置进行跟踪。具有这些类型的标记的结构的定位、定向和位置可以提供到计算机522，这可以在显示器524和/或平板计算机590上向用户示出。举例来说，具有这些类型的标记且以此方式(可被称为导航空间)被跟踪的手术器械或其它工具可以相对于患者的解剖学结构的三维图像向用户示出，所述三维图像例如CT图像扫描、荧光检查图像和/或其它医学图像。

机器人500可包含联接到机器人臂的机器人底座，所述机器人臂可由例如马达550-554中的一个或多个的马达相对于机器人底座而移动。机器人臂可包含连接到竖直支撑件的上部臂以及可旋转地联接到上部臂的一端且延伸而联接到末端执行器544的下部臂。运动控制子系统540可以被配置成物理上移动机器人500的竖直柱，例如，在竖直方向上升高和降低机器人臂和/或机器人底座，移动机器人500的上部臂，移动机器人 500的下部臂，和/或旋转末端执行器544。物理移动可以通过使用一个或多个马达 550-554而进行。举例来说，马达550可以被配置成在竖直方向上竖直提升或降低机器人底座和/或机器人臂。马达551可以被配置成围绕接合点横向地移动上部臂。马达552 可以被配置成围绕与上部臂的接合点横向地移动下部臂。马达553和554可以被配置成以控制横滚和/或倾斜的方式移动末端执行器544，进而提供末端执行器544可以移动的多个角度。这些移动可以由控制器546响应于来自计算机522的命令而进行，且所述计算机可以通过安置于末端执行器544上的荷重计而控制这些移动且通过用户接合这些荷重计而被激活以按所需方式移动末端执行器544。

机器人500可以例如当用户对末端执行器544上的一个或多个荷重计施加力时增强用户的手动输入，和/或提供机器人臂的自动移动。机器人500还可以增强用户的手动移动和/或提供机器人底座的竖直柱的自动移动。对于自动移动，计算机522可以例如通过在显示器524(可以是触摸屏输入装置)上指示手术器械或组件在显示器524上患者的解剖结构的三维医学图像上的位置而响应于从用户接收到输入。计算机522可控制马达 550-554中的一个或多个以执行机器人臂沿着轨迹的自动移动，所述轨迹已基于用户输入相对于医学图像的位置而计算以移动末端执行器544。用户可以通过踏上脚踏板580 和/或通过操纵另一用户接口而起始自动移动。

器械

末端执行器

末端执行器是机器人臂与系统特定手术器械之间的接口。其允许通过无菌帷帘的刚性连接以提供放置在其导引管内的器械的精确定位。末端执行器提供为独立组件且在使用前由用户除菌。图11图示了末端执行器的等距和俯视图。

末端执行器是从机器人臂无线供电。此电力用以驱动由相机使用的作用中标记以识别末端执行器的位置和定向。当末端执行器被供电时蓝指示器LED照亮。

两个末端执行器可用于与各种手术器械介接。它们的不同仅在于导引管的直径；作用中标记具有相同几何形状。末端执行器以导引管直径经蚀刻且经颜色编码以帮助确保使用对应大小的器械。

对于除

器械外的所有导航器械使用15mm末端执行器，且对于

器械使用17mm末端执行器。非导航Globus器械可与任一末端执行器一起使用；它们不是根据导引管设定大小，但是必须配合在内径内

器械感测环

器械感测环定位于末端执行器的导引管内。检测器电路嵌入于感测环内，其检测何时金属器械插入通过导引管且停用作用中标记并防止机器人臂的移动。当插入金属器械时末端执行器上的可见LED不照亮，指示检测到器械且停用作用中IR发射器。停用IR 发射器防止机器人臂移动。非金属器械不会被感测环识别且可能无法用于导引管中。

掣子机构

大小15mm的末端执行器在管的内侧上具有掣子机构，其与阵列套管上的凹槽介接以抵抗阵列旋转。这有助于在操作者旋转器械的同时保持跟踪阵列朝向相机定向。图12 图示了器械感测环上的掣子机构。

手术刀

专用手术刀可用以在计划的轨迹处产生皮肤标记。将标准手术刀刀片附接到手柄。

将末端执行器上的导引管定位到计划的轨迹。沿着轨迹向上或向下调整末端执行器以允许查看手术刀。确保在做出皮肤标记之前可查看手术刀顶端。

注意：手术刀具有在射线可透过的PEEK材料内的金属芯，且在导引管中时被检测。图13图示了通过导引管使用的手术刀。

插管

插管或扩张器可用于执行需要顺序组织扩张的微创或其它技术。插管应当仅在轨迹导引下使用。注意：术语“插管”和“扩张器”可互换地使用。

在执行顺序组织扩张之前，可以通过导引管使用手术刀以在期望轨迹处产生皮肤标记。使用手环移动导引管远离轨迹，且以手术刀产生切口。参考此手册的手术刀部分以得到指示。

一旦导引管位于期望轨迹，就沿着同一轨迹将外部插管定位于导引管下方和切口上方。将两个内部插管插入导引管且通过外部插管，且停留于皮肤上。为了循序地扩张组织，使用插管推动器将第一(最小)插管缓慢插入切口。接着以相同方式推进第二插管。通过在内部插管上方缓慢推进外部插管而完成组织扩张。移除内部插管。降低导引管直到其恰好搁置在外部插管内。通过导引管和外部插管执行手术。图14图示了外部插管的轨迹。图15图示了用于以所述装置扩张组织的一个技术。图 15(a) 图示了外部插管如何定位于切口上方。图 15(b) 图示了如何将插管放置到导引管中以使得其停留在皮肤上。图 15(c) 图示了如何将第一内部插管插入到切口中。图 15(d) 图示了接着如何将第二内部插管插入到切口中。图 15(e) 图示了接着如何将外部插管插入到切口中。图 15(f) 图示了接着移除两个内部插管且降低导引管直到其搁置在外部插管内。

导航器械

用于与机器人计算机系统一起使用的导航手术器械包含钻具、锥子、探头、丝锥以及起子，其可用以插入Globus螺钉。这些器械可以在期望导航的情况下以阵列而使用或者在不使用导航的情况下无需阵列而使用。每一器械和对应阵列必须在使用前组装。通过由相机辨识的唯一阵列模式来识别器械。

导航器械可用于每一Globus植入系统。参考特定系统器械手册以得到更多信息。图16图示了导航手术器械的一些实施例。

阵列

阵列具有用于附接反射性标记的4个柱且可用于与手术器械一起使用。导航手术器械组装到对应器械阵列，设计有识别器械类型的唯一标记图案。阵列经蚀刻有特定器械类型，例如“锥子”、“探头”、“钻具”、“丝锥”、“起子”。每一器械阵列具有用于器械检验的检验凹块。

检验探头具有带有用于反射性标记的柱的内建式阵列且用以在使用之前检验每一器械。

与用于标准15mm末端执行器的器械一起使用的阵列由黑色套管识别。与用于17mm末端执行器的器械一起使用的阵列由棕褐色套管识别。图17图示了阵列。图18 图示了检验探头。

患者附接器械

患者附接器械取决于特定手术程序或偏好而紧固到患者的刚性解剖结构，且在各种配置中可用。这些器械可紧固到多种解剖学位点。杆附接器械被设计成附接到现有的脊柱杆。

患者附接器械必须安全地且刚性地紧固到患者以实现导航和导引准确性。通过在所有方向上对附接器械的远端施加轻力来检验紧固附接。如果在程序期间未维持紧固附接，那么监测标记将展现过量的移动；如果这发生，那么重新定位患者附接器械且重新对齐患者与患者图像。

参考应用部分中的特定程序以查看推荐的解剖学位置。图19图示了患者附接器械。

骨夹具

骨夹具夹持到解剖结构上，例如棘突、髂嵴、长骨或可安全地夹持的任何刚性骨结构。

骨夹具放置到刚性骨解剖结构上。夹具驱动器用以收紧骨夹具。在移除时，以夹具驱动器松开骨夹具，附接移除工具且提升骨夹具。图20图示了使用夹具驱动器收紧骨夹具。

四尖钉

四尖钉插入到髂嵴或长骨的刚性骨中。四尖钉插入到刚性骨解剖结构中且用槌棒平缓地冲击。

使用导引柱和冲击帽插入低型面四尖钉。使用导引柱找到所需的解剖结构。将患者附接器械放置于导引柱上方。附接冲击帽(用于低型面四尖钉)。用槌棒平缓地冲击组合件以插入骨解剖结构中。从钉移除冲击帽和导引柱。图21图示了导引柱和四尖钉。图22图示了用于将四尖钉插入刚性骨解剖结构中的一个方法。图22(a)图示了将四尖钉定位于导引柱上方。图22(b)图示了附接冲击帽。图22(c)图示了将组合件插入刚性解剖结构中。图22(d)图示了移除帽和导引柱。

杆附接器械

杆附接器械被设计成附接到现有脊柱杆(4.5mm到6.35mm直径)。将器械定位于现有脊柱杆上且用起子收紧固定螺钉。确保刚性连接。在移除时，松开固定螺钉且从杆脱离。图23图示了插入包含固定螺钉的杆附接器械以附接到现有脊柱杆。

监测标记

图24图示了监测标记。监测标记是单个反射性标记，用以监视动态参考基座(DRB)的移位。监测标记可以单独使用或与骨夹具结合使用。

监测标记直接插入到髂嵴或长骨中，或可以使用骨夹具附接到棘突。图25图示了监测标记与骨夹具的使用。为了对标记使用骨夹具，将一次性监测标记240附接到骨夹具的顶端上。使用夹具驱动器以紧固骨夹具。检验骨夹具刚性地紧固。

对齐器械

在患者对齐过程中使用动态参考基座(DRB)和患者附接器械。

DRB是具有用于反射性标记的4个柱的阵列，且允许相机跟踪患者的位置。DRB 可以使用旋钮和压缩夹具附接到患者附接器械中的任一个。图26图示了动态参考基座。

对齐器具

手术期间Ct对齐器具

由对齐器具和旋转臂组成的手术期间CT对齐器具允许任何手术期间CT图像与机器人计算机系统软件应用程序一起使用。旋转臂和对齐器具是在使用前通过匹配星型齿轮且将两个组件扣合在一起而组装。

通过将压缩夹具夹持到附接器械的轴杆上而将手术期间对齐器具放置到患者附接器械上，从而允许器具悬停于手术部位上方。在手术期间扫描中自动检测基准点，且所述基准点用以在扫描期间将患者的解剖结构对齐到DRB，相机在整个程序中跟踪所述 DRB。相机检测反射性标记。一旦对齐传递到DRB，便移除手术期间对齐器具以提供对手术部位的接入。图27图示了手术期间对齐器具和旋转臂。

荧光检查对齐器具

图28图示了荧光检查对齐器具。荧光检查对齐器具允许任何手术期间荧光检查图像与机器人计算机系统软件应用程序一起使用。使用集成式夹具将荧光检查器具附接到荧光镜的图像增强器。荧光镜和荧光检查对齐器具带有帷帘，且反射性标记放置在器具上在帷帘外部。器具应当被定位以使得相机在所有既定荧光镜位置(AP、横向等)中都看见反射性标记。

机器人臂运动

机器人计算机系统机器人臂定位末端执行器以导引器械在期望轨迹处的螺钉插入。在器械对准于期望轨迹中以用于准确螺钉放置的同时外科医生手动地执行手术。注意：术语“螺钉计划”、“螺钉轨迹”和“轨迹”在本手册中可互换地使用。

仅通过手环或脚踏板的连续按压来允许机器人臂的运动。臂是由用户在手腕模式中手动地移动，或在轨迹模式中自动移动到选定轨迹。

在手腕模式中，臂可以手动地移动到臂的范围内的任何位置。

在轨迹模式中，臂当就绪时从当前位置自动移动到下一螺钉计划，或可以沿着选定轨迹手动地移动。

当从一个螺钉计划移动到下一个螺钉计划时，臂沿着当前轨迹向外移动到距手术部位的安全距离(200mm)，然后移动到新轨迹且沿着当前轨迹向下到解剖结构。

机器人臂运动模式

当将导引管从当前位置(初始地或在当前轨迹)移动到新螺钉计划时臂的自动运动发生。一旦末端执行器和附接的导引管已经移动到新螺钉计划，导引管便锁定到轨迹上且可沿着轨迹上下移动。图29图示了当从一个轨迹移动到下一个轨迹时的末端执行器运动，其中1、2和3是自动移动；4是手动的且任选的。

机器人臂的自动运动可以由用户停止，由系统停止，或被阻止。

为了在任何时间停止运动，按下位于基台上的紧急停止按钮。

如果末端执行器检测到大于50N(11lbs)的力，那么停止运动。

在轨迹模式中当DRB或末端执行器不在相机的视角中时也停止运动。

当导引管中的感测环检测到金属器械时阻止运动。

当选择轨迹时，仅允许沿着轨迹的借助导引管的臂的运动。

停止或阻止机器人臂运动

方法
	按下紧急停止按钮
末端执行器检测到臂上的大于50N(11lbs)的力
	动态参考基座不在相机的视角中(仅轨迹模式)
末端执行器不在相机的视角中(仅轨迹模式)
	感测环检测到导引管中的金属器械

如果机器人臂由于其当前位置而不能够到达安全起始位置，那么示出错误消息。所述消息陈述“臂无法沿着当前末端执行器轨迹往回做任何进一步移动。确认此消息将使臂能够从其当前位置移动到选定计划轨迹”。用户可以选择关于计划轨迹向前移动，因为较短起始位置是可接受的。如果较短起始位置不可接受，那么必须使用新轨迹或者必须重新定位基座。

为了选择新轨迹，用户清除选定轨迹且使用手环将机器人臂定位到清晰位置。手环为用户提供在障碍周围移动臂的灵活性。

为了重新定位基座，使脚轮上的稳定器脱离，将台移动到所需位置且重新接合稳定器。对齐是不受影响的，因为患者参考(附接器械和DRB)尚未相对于患者移动。

系统软件

系统软件负责所有运动控制功能、导航功能、数据存储、网络连接性、用户管理、病例管理和安全功能。

顶部导航条带领用户通过用于程序的每一步骤的个别屏幕。

用于每一步骤的相应标签当被选定时突出显示且显示对应屏幕。在每一标签下执行的活动在下表中示出。

系统软件标签

标签	意义
		配置	外科医生、成像工作流和解剖结构选择
预先计划	植入系统选择和所需解剖学位置识别
		检验	导航器械检验
图像	用于计划和导航的患者图像的加载
		计划	相对于患者图像的所需植入物位置的估计
导航	具有相对于患者图像的导航器械和植入物的实时显示(实际计划)的螺钉计划

系统设置

通电

图30图示了电力按钮、线路电力指示器和电池指示器。按下控制面板上的电力按钮将接通系统。当系统接通时电力按钮照亮。

取出且定位相机支架

为了从机器人基台释放相机支架，展开将监视器臂和相机臂保持在一起的绳，且提拉位于相机支架上的释放手柄。一旦相机支架的支腿已完全离开基台，它们就将自动释放且向外移动。图31图示了相机支架取出。图31(a)图示了提拉位于相机支架上的释放手柄。图31(b)图示了相机支架的支腿完全离开，支腿自动释放且向外移动。

从绳固持器展开相机绳且插入基台上的连接器面板中。

将相机移动到手术室(O.R.)台，且通过踏上位于车轮上的杠杆而接合车轮制动器。

对准相机以查看手术场地。

图32图示了相机到基台上的连接器面板的连接。图33图示了相机定位。

按下且保持位于相机的定位手柄上的激光按钮以激活相机的对准激光且调整位置，因此激光指向手术场地的中心。图34图示了按下激光按钮以对准相机。

遮盖

为机器人计算机系统机器人基台设计特殊的手术帷帘。通过遵循具备无菌帷帘的包装说明书中详细描述的指令而遮盖基台的机器人臂、监视器和前部。图35图示了具有无菌帷帘的系统。

定位机器人基台

从脚踏板篮展开脚踏板且将其定位于水平地面上处于距操作人员的脚的舒适距离处。脚踏板是IPX68额定的，且在可能存在液体的区域中的使用是可接受的。将脚踏板绳插入到连接器面板中。脚踏板允许臂移动到作用中轨迹，类似于下部臂上的手环的动作。

将机器人基台紧靠患者定位在距外科医生的舒适距离。使用手环在计划轨迹周围移动机器人臂以确保在接合稳定器之前臂可到达所有位置。图36图示了脚踏板电缆连接。

按下控制面板上的稳定器接合按钮将降低脚轮上的稳定器。当稳定器接合时按钮照亮。图37图示了当稳定器接合和稳定器脱离时照亮的按钮。

将末端执行器附接到机器人臂

末端执行器通过定制帷帘上方的接口板连接到机器人臂。磁性辅助有助于定位和自对准末端执行器。

末端执行器配备有帷帘友好的夹具，允许在程序期间移除和重新附接末端执行器多达3次而不损坏帷帘。图38图示了用于连接到末端执行器的机器人臂接口板。

移除末端执行器

为了从机器人臂移除末端执行器，提拉手柄以释放弹簧和侧部托架。图42图示了末端执行器的移除。

手术器械组装

为了组装用于导航的手术器械，按下阵列套管上的释放按钮且将器械轴杆插入到相应器械阵列的套管中。滑动轴杆通过套管直到其卡入适当位置。平缓地提拉器械轴杆以确认其锁定。图43图示了将器械轴杆插入阵列套管中。

在需要时在轴杆的近端上附接快速连接手柄。为了从阵列移除器械，推动位于阵列的中间的释放按钮。图44图示了手术器械组合件。图45图示了在手术器械组合件的轴杆的近端上附接快速连接手柄。

将一次性反射性标记附接到每一器械组合件的标记柱中的每一个。确保标记完全安放于柱上。图46图示了将反射性标记附接到器械组合件的多个标记柱中的一个。图46(a)图示了将反射性标记降低到标记柱上。图46(b)图示了完全安放于柱上的标记。

登录

为了登录，在监视器的触摸屏上键入四数位pin码。所述四数位pin码是在系统安装期间提供且可通过联系技术支持来改变。图47图示了在监视器上显示的登录屏幕。

病例涵盖与执行程序相关联的所有数据，包含外科医生偏好、医学图像和计划。

在登入之后，在监视器上显示选择病例页面。

为了选择现有病例，从病例列表选择对应行。为了开始新病例，点击新病例图标。点击右箭头以前进到下一标签。图48图示了在监视器上显示的病例管理屏幕。

应用程序

机器人计算机系统支持脊柱手术程序。图49图示了用以显示程序类型的配置标签。

脊柱程序

下方列出机器人计算机系统系统支持的脊椎手术应用程序。

支持的脊柱程序

程序	患者位置
		后颈部	俯卧
后胸部	俯卧
		前外侧胸部	侧向
后腰部	俯卧
		侧向腰部	侧向

下方列出与机器人计算机系统兼容的Globus脊柱植入系统。

兼容的脊柱植入系统

程序设置

配置标签

在选择病例之后，监视器上显示配置标签。

使用配置标签，选择外科医生、成像模态和程序类型。点击右箭头以前进到下一标签。

预先计划标签

使用预先计划标签，选择植入系统、所需椎骨层级和定向，且在解剖学模型上点击所需植入位置。点击右箭头以前进到下一标签。图50图示了在监视器上显示以选择植入系统、所需椎骨层级和定向的预先计划标签。

检验标签

图51图示了显示导航详情的检验标签，包含在预先计划标签上选择的器械的可见性、位置和检验状态。检验用以确保所有器械是准确的且在处置和灭菌期间不会损坏。操作者必须在检验之前组装所有器械(参见手术器械组装)。

检验标签示出相机视图和器械状态。

相机视图是从相机的角度的实时视图，具有指示器械位置的彩色圆。实心有色圆指示器械由相机可见，而中空圆指示器械不可见。所述有色圆在器械移动更接近物理相机时变得较大且在器械移动远离相机时变得较小。距相机的理想距离是近似2米或6英尺。

器械状态列出每一器械及其检验状态，具有识别每一器械的对应彩色圆。如果检验成功则用核取标记表示检验状态，且如果检验失败则用X标记表示检验状态。当不出现图标时，未检验器械。

器械检验

如下检验每一器械：将待检验的器械的顶端放置于位于末端执行器上和为方便起见的任何其它器械阵列上的检验凹块中；确保两个器械可见且保持平稳；以及使用在检验标签上出现的弹出式屏幕来指示检验进展。图52图示了在检验标签上出现以指示检验进展的弹出式屏幕。图53图示了位于末端执行器上的检验凹块。

一旦检验完成，就在屏幕上指示检验状态，以mm显示顶端误差。如果检验已失败(红色交叉圆)，那么必须重复检验直到其成功(绿色圆)。

当所有器械成功地检验时，前进到下一标签。图54图示了指示成功检验的绿色圆。图55图示了指示失败检验的红色交叉圆。

患者附接器械

患者附接器械相邻于手术部位紧固到刚性骨解剖结构。选择所需器械。患者附接器械应当放置成距手术部位的中心不超过185mm以维持准确性。

四尖钉插入到髂嵴或长骨中。

杆附接件紧固到现有脊柱杆，直径为4.5mm到6.35mm。

用于各种患者附接器械的推荐解剖学位置参见下表。

患者附接器械-推荐解剖学位置

动态参考基座插入

在患者附接器械上方的动态参考基座(DRB)上定位压缩夹具且收紧旋钮。如果需要，可使用夹具驱动器进一步收紧旋钮。

在相机的方向上在DRB上定位反射性标记。关于患者参考器械的初始放置应当谨慎，以免干扰手术程序。

在导航后，移除患者附接器械。图56图示了将动态参考基座紧固到患者附接器械。图57图示了对动态参考基座使用夹具驱动器。

监测标记

将监测标记插入到刚性骨解剖结构中以跟踪到DRB的相对距离，以在程序期间识别DRB的不希望的移位。

监测标记插入到髂嵴或长骨中，或可以使用骨夹具附接到棘突。检验夹具刚性地紧固。监测标记应当放置成距动态参考基座不超过185mm。推荐解剖学位置参考下表。

监测标记-推荐解剖学位置

将一次性反射性标记附接到监测标记的标记柱。将被设计成配合于反射性标记球体上的冲击帽附接到监测标记上。在手术部位附近将监测标记插入到刚性骨解剖结构中，且用槌棒平缓地冲击。移除冲击帽。在使用移除工具之前移除反射性标记。图58图示了动态参考基座(DRB)和监测标记的放置。

为了与标记一起使用骨夹具，将一次性标记附接到骨夹具的顶端上。使用夹具驱动器以紧固骨夹具。检验夹具刚性地紧固。

移除

手动地或使用移除工具从骨解剖结构移除四尖钉和监测标记。通过用夹具驱动器放松夹具、附接移除工具且向上提升骨夹具而移除骨夹具。图59图示了四尖钉。图60图示了四尖钉移除工具。图61图示了用移除工具移除四尖钉。

手术期间CT成像工作流

图像标签

手术期间Ct对齐器具设置

图62图示了将对齐器具附接到枢转臂。在对齐器具上以星型对星型放置枢转臂且旋转90°以紧固。从底部推动锁柱且将臂旋转90°直到锁柱中的销安放而紧固器具为止。

图63图示了连接到患者附接器械的对齐器具。在患者附接器械柱上定位器具且收紧压缩夹具旋钮。如果需要，可使用夹具驱动器进一步收紧旋钮。下文示出完整组合件。

为了释放枢转臂，推动器具上的锁柱，将枢转臂旋转90°且上拉。

手术期间CT对齐器具具有六个自由度，且可以通过调整三个接头中的一个而移动以使得其稳定且悬停于手术部位上方。仅嵌入于器具中的金属基准点需要处于3D扫描中(不是反射性标记)。重要的是手术期间CT对齐器具在图像获取和执行解剖学地标检查之间不移动。

加载图像

图像标签示出加载CT扫描图像所需要的步骤。图像可从USB驱动器或硬盘驱动器加载。如果图像经由以太网传递，那么当传递完成时图像自动出现在硬盘驱动器上。

为了在USB驱动器上查看图像，将USB驱动器插入到连接器面板上的USB端口中。为了加载图像，选择硬盘驱动器或USB驱动器图标且选择所需患者图像。点击右箭头以加载患者图像且前进到下一标签。

手动对齐

当加载图像时执行自动对齐。图64图示了对齐的基准点。如果此步骤失败，那么将示出手动对齐屏幕以允许如下所述的手动对齐。

在对齐屏幕的左面板上的图像是具有手术期间CT的描绘的全扫描。

对齐器具和七个基准点应当在图像下方可见。未对齐的基准点需要由操作者调整。在屏幕上，选择未对齐的基准点；所述图像将出现在右边。移动屏幕上的蓝色圆直到其包围白色基准点标记。在右面板的底部的三个小框示出基准点的x、y和z方向且全部必须进行调整直到蓝色圆位于中心。确保通过查看手术期间对齐器具的3D模型而恰当地识别所有七个基准点。可以通过选择右边面板上的删除图标来删除基准点。点击右箭头以确认在继续到下一步骤之前已经恰当地识别基准点。

地标检查

在对齐已完成之后，应当执行地标检查以确保成功地计算对齐。使用检验探头，接触对齐器具上的解剖学地标或基准点，且检验对应位置在系统监视器上示出。使用2-3 个地标重复此过程。

移除对齐器具

谨慎地移除手术期间CT对齐器具。确保患者附接器械不移动。

手术期间CT成像工作流

计划标签

图65图示了计划标签，其允许用户在患者图像上计划所有螺钉轨迹。基于预先计划标签中做出的选择，在屏幕的右侧预先加载螺钉。

为了将螺钉添加到计划页面上，在图像上在所需切片处拖放适当螺钉标签。

作用中螺钉计划以绿色示出。作用中螺钉计划的详情在屏幕的右下方示出，包含螺钉系列、直径和长度。一旦计划对于所有螺钉都完成，就点击右箭头以前进到下一标签。

调整螺钉轨迹

调整螺钉大小

手术期间CT成像工作流计划操作

图80图示了包含手术植入计划计算机610的手术系统600的框图，所述计算机可以与机器人500分离且操作性地连接到所述机器人或至少部分地并入其中。替代地，本文针对手术植入计划计算机610公开的操作的至少一部分可以由机器人500的组件执行，例如由计算机子系统520执行。

参看图80，手术植入计划计算机610包含显示器612、至少一个处理器电路614(为简洁起见也被称作处理器)、含有计算机可读程序代码618的至少一个存储器电路616 (为简洁起见也被称作存储器)，以及至少一个网络接口620(为简洁起见也被称作网络接口)。网络接口620可被配置成连接到CT图像扫描仪630、荧光检查图像扫描仪640、医学图像的图像数据库650、手术机器人500的组件、标记跟踪相机570和/或其它电子设备。

当手术植入计划计算机610至少部分地集成在手术机器人500内时，显示器612可以对应于显示器524和/或平板计算机590，网络接口620可以对应于平台网络接口512，且处理器614可以对应于计算机522。

处理器614可以包含一个或多个数据处理电路，例如通用和/或专用处理器，例如，微处理器和/或数字信号处理器。处理器614被配置成执行存储器616中的计算机可读程序代码618以执行操作，所述操作可以包含本文中描述为由手术植入计划计算机执行的操作中的一些或全部。图81到87图示了根据本公开的一些实施例的可由处理器614 执行的各种操作。

参看图80和81，处理器614在显示装置上显示700骨的CT图像，所述CT图像是通过网络接口620从CT图像扫描仪630接收。处理器614接收702从已定义手术螺钉的集合当中对手术螺钉的用户选择，例如通过选择经由显示器612上的触敏屏幕覆层示出的用户可选标志的用户触摸。处理器614显示704表示选定手术螺钉的图形螺钉作为骨的CT图像上的覆层。

处理器614响应于接收到用户输入而控制706所显示图形螺钉相对于CT图像中的骨的角定向和位置，所述用户输入可以通过在显示器614上和/或经由例如触摸垫、操纵杆、刻度盘等另一用户接口的用户触摸选择和/或触摸拖动手指而提供。处理器614响应于接收到已定义用户输入，例如用户选择所显示标志用于提供键盘输入，而将选定手术螺钉的指示以及所显示图形螺钉的角定向和位置存储708在手术计划数据结构中，例如存储器616内。如下文将进一步详细描述，处理器614可以基于手术计划数据结构控制 710机器人500以相对于患者移动机器人臂。

存储708于手术计划数据结构中的角定向和位置可以被配置成指示相对于CT图像中的骨的角定向和位置的所显示图形螺钉的角定向和位置。显示704表示选定手术螺钉的图形螺钉作为骨的CT图像上的覆层的操作可包含确定沿着图形螺钉的轴线的轨迹，且显示从邻近于图形螺钉的顶端且沿着轨迹延伸的轨迹线以促进用户相对于骨上的所需插入位置而视觉上定向且定位图形螺钉。

响应于接收到用户输入而控制706所显示图形螺钉相对于CT图像中的骨的角定向和位置的操作可包含响应于确定用户已在图形螺钉的螺钉主体上方按压显示装置612的触敏屏而在沿着触敏屏移动用户的继续按压位置的同时平移所显示图形螺钉的位置。所述操作可进一步包含响应于确定用户已在图形螺钉的螺钉头部和/或顶端上方按压触敏屏而在沿着触敏屏移动用户的继续按压位置的同时成角度地枢转所显示的图形螺钉。

替代地或另外，响应于接收到用户输入而控制706所显示图形螺钉相对于CT图像中的骨的角定向和位置的操作可包含响应于确定用户已在图形螺钉的螺钉顶端或螺钉头部上方按压显示装置的触敏屏而在沿着触敏屏移动用户的继续按压位置测得的距离的同时从用于手术螺钉的已定义长度的集合当中选择所显示图形螺钉的长度。随后将手术螺钉的选定长度存储708于手术计划数据结构中。

响应于接收到用户输入而控制706所显示图形螺钉相对于CT图像中的骨的定向和位置的操作可包含响应于跟踪用户的手相对于输入装置的运动而修改CT图像上的所显示图形螺钉的大小和/或旋转角度，所述跟踪例如通过跟踪用户的手指在显示器612上的触敏屏幕覆层上、触摸垫上等的运动。

手术期间CT成像工作流

导航标签

图66图示了导航标签，其允许用户相对于患者解剖结构可视化导航器械轨迹和计划轨迹。

机器人臂精确对准末端执行器与计划轨迹。在屏幕的右边选择所需螺钉标签。当螺钉标签突出显示时螺钉计划在作用中，且可通过手环或按压脚踏板而移动机器人臂。机器人臂首先向上移动以便清除手术场地中的障碍物，并且接着向下沿着轨迹移动。一旦在轨迹上，机器人臂便可沿着轨迹向上/向下移动，但不移动离开轨迹，除非取消选择螺钉计划。

实时器械/植入物轨迹连同计划螺钉一起显示于患者图像上，从而允许用户确认期望轨迹。如果实时轨迹不可接受，那么用户可返回到计划标签以选择另一轨迹。如果实时轨迹可接受，那么用户根据器械的当前轨迹将螺钉插入到所需深度。

GPS器械在前进通过末端执行器时被显示。在导航器械的同时，周期性地观察监视器和手术部位以确保触感和导航反馈之间的一致性。非导航金属Globus器械对于与螺钉放置不相关的手术应用在其静止时可以通过导引管而使用。

在程序期间监视监测标记。如果监测标记指示DRB的显著移动，那么执行解剖学地标检查。如果地标检查是令人满意的，那么重新对齐监测标记。如果地标检查失败，那么重新对齐患者。

存在多个导航标签图标。参考图66，测力计661指示施加于末端执行器上的力。在测力计的底部的器械的图像示出末端执行器中的作用中器械，或者在无器械插入的情况下示出末端执行器图像。监测标记误差计662指示患者参考相对于监测标记已移动的距离。尺度的全范围是2mm。末端执行器图标663指示动态参考基座可见性。如果DRB 由相机可见，那么背景是绿色。如果DRB对相机不可见，那么背景是红色。

手术期间CT成像工作流导航操作

如上文所解释，手术植入计划计算机610可控制710手术机器人500的操作。参考图82的操作实施例，手术植入计划计算机610的处理器614可通过将手术计划数据结构提供800到机器人500以控制机器人臂相对于机器人底座的移动而控制710机器人 500。

参考图83的替代方案或额外操作，手术植入计划计算机610的处理器614可通过响应于手术计划数据结构的内容直接或间接经由计算机522和/或控制器546控制900 马达550-554中的所选者以在相对于患者定位连接到机器人臂的末端执行器544的同时调节机器人臂的移动，来控制710机器人500。处理器614也可响应于在相对于患者定位末端执行器544的同时机器人臂的移动而控制902显示器612上的所显示图形螺钉的角定向和位置。

在又一实施例中，处理器614可直接或间接控制900马达550-554中的一个或多个以在沿着由手术计划数据结构的内容界定的轨迹的方向上移动末端执行器544，且可响应于末端执行器544沿着轨迹的移动而控制902所显示图形螺钉的位置。

在又一实施例中，在沿着轨迹移动末端执行器544的同时，处理器614可直接或间接控制马达550-554中的一个或多个以抵抗末端执行器544在垂直于轨迹的方向上的移动，直到执行取消末端执行器轨迹约束模式的另一操作为止。在又一实施例中，在起始末端执行器轨迹约束模式之前，处理器614可直接或间接控制马达550-554中的一个或多个以在向上远离患者的方向上移动末端执行器544，并且接着朝向沿着轨迹朝向患者的位置移动，且在到达沿着轨迹的所述位置之前防止末端执行器轨迹约束模式的起始。处理器可响应于机器人臂远离患者并且接着朝向沿着轨迹的所述位置的移动而控制所显示图形螺钉的角定向和位置。

手术前CT成像工作流

图像标签

加载图像

图像标签示出加载CT扫描图像所需要的步骤。图像可从USB驱动器或硬盘驱动器加载。如果图像通过以太网传递，那么当传递完成时图像自动出现在硬盘驱动器上。

手术前CT成像工作流

计划标签

图67图示了计划标签，其允许用户在患者图像上计划所有螺钉轨迹。基于预先计划标签中做出的选择，在屏幕的右侧预先加载螺钉。

为了将螺钉添加到计划页面上，在图像上在所需切片处拖放适当螺钉标签。作用中螺钉计划以绿色示出。作用中螺钉计划的详情在屏幕的右下方示出，包含螺钉系列、直径和长度。一旦计划对于所有螺钉都完成，就点击右箭头以前进到下一标签。

调整螺钉轨迹

调整螺钉大小

螺钉顶端	按下且纵向移动以将螺钉的长度自动调整为可用螺钉大小
		螺钉直径	按下位于屏幕的右侧上的螺钉直径按钮以选择关于选定植入设定可用的其它选项
螺钉长度	按下位于屏幕的右侧的螺钉长度按钮以选择关于选定植入设定可用的其它选项

手术前CT成像工作流计划操作

现在在图84中示出的实施例的上下文中描述可由手术植入计划计算机610且更确切地说由处理器614执行的手术前CT成像工作流计划操作。

参看图84，操作可包含将通过网络接口620从图像数据库650接收的骨的CT图像加载1000到存储器616中。操作包含在显示装置612上显示1002CT图像，以及接收 1004从已定义手术螺钉的集合当中对手术螺钉的用户选择。操作显示1006表示选定手术螺钉的图形螺钉作为骨的CT图像上的覆层。操作响应于接收到用户输入而控制1008 所显示图形螺钉相对于CT图像中的骨的角定向和位置。操作响应于用户输入而将选定手术螺钉的指示以及所显示图形螺钉的角定向和位置存储1012于手术计划数据结构中。根据本文公开的各种实施例，手术计划数据结构被配置成用于由机器人500使用以控制机器人臂的移动。

显示1006表示选定手术螺钉的图形螺钉作为骨的CT图像上的覆层的操作可包含确定沿着图形螺钉的轴线的轨迹，且显示1010从邻近于图形螺钉的顶端且沿着轨迹延伸的轨迹线以促进用户相对于骨上的所需插入位置而视觉上定向且定位图形螺钉。

响应于接收到用户输入而控制1008所显示图形螺钉相对于CT图像中的骨的角定向和位置的操作可包含响应于确定用户已在图形螺钉的螺钉主体上方按压显示装置612的触敏屏而在沿着触敏屏移动用户的继续按压位置的同时平移所显示图形螺钉的位置。所述操作可替代地或另外包含响应于确定用户已在图形螺钉的螺钉头部和/或顶端上方按压触敏屏而在沿着触敏屏移动用户的继续按压位置的同时成角度地枢转所显示的图形螺钉。

响应于接收到用户输入而控制1008所显示图形螺钉相对于CT图像中的骨的角定向和位置的操作可包含响应于确定用户已在图形螺钉的螺钉顶端或螺钉头部上方按压显示装置612的触敏屏而在沿着触敏屏移动用户的继续按压位置测得的距离的同时从用于手术螺钉的已定义长度的集合当中选择所显示图形螺钉的长度。

将手术螺钉的选定长度存储1012于手术计划数据结构中。

操作可包含响应于机器人臂的移动在相对于患者定位末端执行器544的同时控制1014所显示图形螺钉的角定向和位置。

手术前CT成像工作流

导航标签

导航标签允许用户根据螺钉计划相对于患者解剖结构而可视化导航器械和轨迹对准。

对齐设置

图68图示了第一屏幕，其突出显示在可取得荧光检查图像之前将完成三个步骤以对齐手术前CT图像。动画视觉上描绘所述步骤。

图69图示了附接到图像增强器的荧光检查对齐器具。通过顺时针转动夹具直到收紧而将荧光检查对齐器具附接到C形臂上的图像增强器。遮挡荧光镜和荧光检查对齐器具且将新反射性标记附接于帷帘外部。定位器具以使得反射性标记面向相机。将视频捕获电缆(黄色插孔)附接到C形臂查看台。将视频捕获USB电缆插入到机器人计算机系统连接器面板上的两个USB端口中的任一个。

确保在C形臂处于适当位置之后动态参考基座对相机可见。

通过将器械靠近监测标记上的反射性球体放置但不接触而对齐监测标记。框在被激活时变为绿色。点击右箭头以前进到下一标签。

手术前CT成像工作流导航操作

现在在图85中示出的实施例的上下文中描述可由手术植入计划计算机610且更确切地说由处理器614执行的手术前CT成像工作流导航操作。

参看图85，操作可包含执行1100对齐设置模式，其包含确定指示标记跟踪相机570可观察以跟踪荧光检查对齐器具(例如，连接到荧光检查成像器640)上的反射性标记的第一条件的发生，并且进一步确定指示标记跟踪相机570可观察以跟踪附接到机器人臂和/或连接到机器人臂的末端执行器544的动态参考基座标记的第二条件的发生。操作在显示装置612上显示1102第一和第二条件两者何时发生的指示，且当至少确定第一和第二条件两者发生时确定满足允许标记对齐设置模式。

对齐

获取手术期间荧光检查图像，对于计划的每一层级一个AP和一个侧向。同一图像可以用于多个层级。

在获取图像之前必须满足以下三个条件：(1)DRB对相机可见；(2)荧光检查对齐器具对相机可见；以及(3)取得有效的荧光检查图像。

图70图示了在导航标签内的侧向图像。参考图70。当准备好图像捕获时，屏幕的左边的三个图像中的每一个变为绿色。当满足所有三个条件时，获取手术期间荧光检查图像，并且接着选择捕获按钮以将图像传递到系统。一旦成功地捕获两个图像，屏幕的右侧的脊椎层级便显示核取标记。点击右箭头以前进到下一标签。

图71图示了选择所需层级。为了这样做，用户将计划螺钉拖放到荧光检查图像上。使用圆控制点以在脊椎体内粗略地定位螺钉。确保螺钉柄正确地定位，螺钉的头部和尾部在期望方向上，且左/右正确地定向。当完成时点击对齐按钮以允许对齐。

图72图示了成功对齐，其中核取标记示出为紧靠作用中层级。当对齐完成时点击右箭头。

手术前CT成像工作流导航操作

进一步参看图85，手术植入计划计算机610的操作可进一步包含在确定1104第一和第二条件两者继续发生的同时的操作1104，以允许执行操作以获得患者沿着第一平面的第一手术期间荧光检查图像且获得患者沿着正交于第一平面的第二平面的第二手术期间荧光检查图像。当已经获得第一和第二手术期间荧光检查图像时，操作确定满足允许标记对齐模式。

进一步参看图85，手术植入计划计算机610的操作可进一步包含在显示装置612上显示1106第一和第二手术期间荧光检查图像。操作显示1108图形螺钉作为第一和第二手术期间荧光检查图像两者上的覆层。操作响应于接收到用户输入而控制1110所显示图形螺钉相对于第一和第二手术期间荧光检查图像中的骨的角定向和位置。

操作可以替代地或另外包含确定1112所显示图形螺钉相对于第一和第二手术期间荧光检查图像中的骨的角定向和位置何时满足对应于手术计划数据结构中的所显示图形螺钉的角定向和位置的对齐规则，并且接着响应性地在显示装置612上显示何时满足对齐规则的指示。

进一步参看图85，手术植入计划计算机610的操作可进一步包含基于确定满足对齐规则，响应于手术计划数据结构的内容而控制1114马达550-554中的一个或多个以在相对于患者定位末端执行器544的同时调节机器人臂的移动。操作可进一步响应于在相对于患者定位末端执行器544的同时机器人臂的移动而控制1114所显示的图形螺钉的角定向和位置。

地标检查

在对齐已完成之后，应当执行地标检查或检验以确保成功地计算对齐。使用检验探头，接触解剖学地标且检验对应位置在系统监视器上示出。使用2-3个地标重复此过程。

移除对齐器具

如果需要则谨慎地移除荧光检查对齐器具。

导航

机器人臂精确对准末端执行器于计划轨迹上。在屏幕的右边选择所需螺钉标签。

当螺钉标签突出显示时螺钉计划在作用中，且可通过手环或按压脚踏板而移动机器人臂。机器人臂首先向上移动以便清除手术场地中的障碍物，并且接着向下沿着轨迹移动。一旦在轨迹上，机器人臂便可沿着轨迹向上/向下移动，但不移动离开轨迹，除非取消选择螺钉。

图73图示了实时器械/植入物轨迹如何连同计划螺钉一起在患者图像上显示，从而允许用户确认期望轨迹。如果实时轨迹不可接受，那么用户可返回到计划标签以选择另一轨迹。如果实时轨迹可接受，那么用户根据器械的当前轨迹将螺钉插入到所需深度。

GPS器械在前进通过末端执行器时被显示。在导航器械的同时，周期性地观察监视器和手术部位以确保触感和导航反馈之间的一致性。

非导航金属Globus器械对于与螺钉放置不相关的手术应用在其静止时可以通过导引管而使用。

存在多个导航标签图标。参考图73，测力计731指示施加于末端执行器上的力。在测力计的底部的器械的图像示出末端执行器中的作用中器械，或者在无器械插入的情况下示出末端执行器图像。监测标记误差计732指示患者参考相对于监测标记已移动的距离。尺度的全范围是2mm。末端执行器图标733指示动态参考基座可见性。如果DRB 由相机可见，那么背景是绿色。如果DRB对相机不可见，那么背景是红色。

荧光检查成像工作流

图像标签

对齐设置

参考图68，第一屏幕突出显示在可取得荧光检查图像将完成三个步骤以对齐患者。动画视觉上描绘所述步骤。

参考图69，通过顺时针转动夹具直到收紧而将荧光检查对齐器具附接到C形臂上的图像增强器。遮挡荧光镜和荧光检查对齐器具且将新反射性标记附接于帷帘外部。定位器具以使得反射性标记面向相机。将视频捕获电缆(黄色插孔)附接到C形臂查看台。将视频捕获USB电缆插入到机器人计算机系统连接器面板上的两个USB端口中的任一个。

确保在C形臂处于适当位置之后动态参考基座对相机可见。

图像获取

获取手术期间荧光检查图像，一个AP和一个侧向。

图74图示了在导航标签内的侧向图像。参考图74，当准备好图像捕获时，屏幕的左边的三个图像中的每一个变为绿色。当满足所有三个条件时，获取手术期间荧光检查图像，并且接着选择捕获按钮以将图像传递到系统。一旦成功地捕获两个图像，屏幕的右侧的层级便显示核取标记。一旦已经加载且选定适当图像，便点击右箭头以继续。

地标检查

在对齐已完成之后，应当执行地标检查或检验以确保成功地计算对齐。使用导航检验探头，接触解剖学地标且检验对应位置在系统监视器上示出。使用2-3个地标重复此过程。

移除对齐器具

如果需要则谨慎地移除荧光检查对齐器具。

荧光检查成像工作流操作

现在在图86中示出的实施例的上下文中描述可由手术植入计划计算机610且更确切地说由处理器614执行的荧光检查成像工作流操作。

参看图86，操作可包含执行1200用于对齐设置模式的操作，其包含确定指示标记跟踪相机570可观察以跟踪荧光检查成像器640的荧光检查对齐器具上的反射性标记的第一条件的发生，并且确定指示标记跟踪相机570可观察以跟踪附接到机器人臂和/或连接到机器人臂的末端执行器544的动态参考基座标记的第二条件的发生。在确定第一和第二条件两者继续发生的同时，处理器614允许1204执行操作以获得患者沿着第一平面的第一手术期间荧光检查图像且获得患者沿着正交于第一平面的第二平面的第二手术期间荧光检查图像。操作可以在显示装置612上显示1202所述条件两者何时发生的指示。如果在获得第一和第二手术期间荧光检查图像之前不再满足一个或这两个条件，那么系统可以中断未完成的第一和第二手术期间荧光检查成像的进一步获得且向用户产生通知。

操作可进一步包含在显示装置612上显示1206第一和第二手术期间荧光检查图像。操作可接收1208从已定义手术螺钉的集合当中对手术螺钉的用户选择，且显示1210表示选定手术螺钉的图形螺钉作为第一和第二手术期间荧光检查图像两者上的覆层。操作可响应于接收到用户输入而控制1212所显示图形螺钉相对于第一和第二手术期间荧光检查图像中示出的骨的角定向和位置，且响应于接收到已定义用户输入而将所显示图形螺钉的角定向和位置的指示存储1214于手术计划数据结构中。

荧光检查成像工作流

计划标签

图75图示了计划标签，其允许用户在患者图像上计划所有螺钉轨迹。参考75，基于预先计划标签中做出的选择，在屏幕的右侧预先加载螺钉。

调整螺钉轨迹

调整螺钉大小

螺钉直径	按下位于屏幕的右侧上的螺钉直径按钮以选择关于选定植入设定可用的其它选项
		螺钉长度	按下位于屏幕的右侧的螺钉长度按钮以选择关于选定植入设定可用的其它选项

荧光检查成像工作流计划操作

现在在图87中示出的实施例的上下文中描述可由手术植入计划计算机610且更确切地说由处理器614执行的用于计划的荧光检查成像工作流操作。

参看图87，显示表示选定手术螺钉的图形螺钉作为第一和第二手术期间荧光检查图像两者上的覆层的操作可包含确定1300沿着图形螺钉的轴线的轨迹，且显示从邻近于图形螺钉的顶端且沿着轨迹延伸的轨迹线以促进用户相对于骨上的所需插入位置而视觉上定向且定位图形螺钉。

响应于接收到用户输入而控制所显示图形螺钉相对于第一和第二手术期间荧光检查图像中示出的骨的角定向和位置的操作可包含响应于确定用户已在图形螺钉的螺钉主体上方按压显示装置612的触敏屏而在沿着触敏屏移动用户的继续按压位置的同时平移1302所显示图形螺钉的位置。所述操作可进一步包含响应于确定用户已在图形螺钉的螺钉头部和/或顶端上方按压触敏屏而在沿着触敏屏移动用户的继续按压位置的同时成角度地枢转1304所显示的图形螺钉。

响应于接收到用户输入而控制所显示图形螺钉相对于第一和第二手术期间荧光检查图像中示出的骨的角定向和位置的操作可包含响应于确定用户已在图形螺钉的螺钉顶端或螺钉头部上方按压显示装置612的触敏屏而在沿着触敏屏移动用户的继续按压位置测得的距离的同时从用于手术螺钉的已定义长度的集合当中选择1306所显示图形螺钉的长度。将选定长度存储1308于手术计划数据结构中。

荧光检查成像工作流

导航标签

机器人臂精确对准末端执行器与计划轨迹。参考图76，在屏幕的右边选择所需螺钉标签。

当螺钉标签突出显示时螺钉计划在作用中，且可通过手环或按压脚踏板而移动机器人臂。机器人臂首先向上移动以便清除手术场地中的障碍物，并且接着向下沿着轨迹移动。一旦在轨迹上，机器人臂便可沿着轨迹向上/向下移动，但不移动离开轨迹，除非取消选择螺钉计划。

存在多个导航标签图标。参考图76，测力计761指示施加于末端执行器上的力。在测力计的底部的器械的图像示出末端执行器中的作用中器械，或者在无器械插入的情况下示出末端执行器图像。监测标记误差计762指示患者参考相对于监测标记已移动的距离。尺度的全范围是2mm。末端执行器图标763指示动态参考基座可见性。如果DRB 由相机可见，那么背景是绿色。如果DRB对相机不可见，那么背景是红色。

仅导航程序

图77图示了机器人计算机系统可以如何用于导航而无机器人臂和末端执行器。手术前计划是任选的。参考图77，当在相机的视角内移动时所有检验的GPS器械在所加载患者图像上可见。相对于患者显示器械。

参考用于成像模态(手术前CT、手术期间CT或荧光检查)的对应应用和成像工作流。

使用图像标签来加载所需患者图像。

在器械对齐已完成之后，应当执行地标检查或检验以确保成功地计算对齐。使用导航检验探头，接触解剖学地标且检验对应位置在系统监视器上示出。使用2-3个地标重复此过程。

如果需要则使用计划标签来计划螺钉放置。在屏幕的右边选择所需螺钉标签以选择螺钉计划。

使用导航标签以在程序期间显示螺钉和导航的器械。

仅轨迹程序

图78图示了机器人计算机系统可以如何用于使用机器人臂的轨迹导引而无导航器械。参考图78，导引管充当可在手术场地内移动或者自动或手动地对准于轨迹的刚性缩回器。

参考用于成像模态(手术前CT、手术期间CT或荧光检查)的对应应用和成像工作流。使用图像标签来加载所需患者图像。

应当执行地标检查或检验以确保成功地计算对齐。使用导航检验探头，接触解剖学地标且检验对应位置在系统监视器上示出。使用2-3个地标重复此过程。

使用计划标签来计划螺钉放置。在屏幕的右边选择所需螺钉标签。当螺钉标签突出显示时螺钉计划在作用中，且可通过手环或通过按压脚踏板和移动臂而移动机器人臂。机器人臂首先向上移动以清除手术场地中的障碍物，并且接着向下沿着指定轨迹移动。一旦在轨迹上，机器人臂便可沿着轨迹向上/向下移动，但不移动离开轨迹，除非取消选择螺钉。

如果使用k线，那么使用空心锥子来准备起始孔，且通过导引管以期望轨迹将k线放置到骨中。末端执行器应当移动远离轨迹，因此可通过k线导引来放置螺钉(不选择螺钉计划)。

使用配合通过导引管直径的非导航金属手术器械执行手术程序。

荧光检查成像工作流计划操作

如上文所解释，通过手术植入计划计算机610的用于计划的荧光检查成像工作流操作可包含显示表示选定手术螺钉的图形螺钉作为第一和第二手术期间荧光检查图像两者上的覆层。操作可确定1300沿着图形螺钉的轴线的轨迹且显示从邻近于图形螺钉的顶端且沿着轨迹延伸的轨迹线，以促进用户相对于骨上的所需插入位置视觉上定向且定位图形螺钉。

操作可进一步包含响应于手术计划数据结构的内容例如经由计算机522和/或控制器546直接或间接地控制马达550-554中的一个或多个以在相对于患者定位末端执行器544的同时调节机器人臂的移动。操作可响应于在相对于患者定位末端执行器544的同时机器人臂的移动而控制(例如，图86中的1212)所显示图形螺钉的角定向和位置。

操作可进一步包含例如经由计算机522和/或控制器546直接或间接地控制马达550-554以在沿着由手术计划数据结构的内容界定的轨迹的方向上移动末端执行器544。操作可进一步包含响应于末端执行器544沿着轨迹的移动而控制(例如，图86中的1212) 所显示图形螺钉的位置。

操作可进一步包含在沿着轨迹移动末端执行器544的同时直接或间接地控制马达550-554以抵抗末端执行器544在垂直于轨迹的方向上的移动，直到执行取消末端执行器轨迹约束模式的另一操作为止。

操作可进一步包含在起始末端执行器轨迹约束模式之前直接或间接地控制马达550-554以在向上远离患者的方向上并且接着朝向沿着轨迹的位置移动末端执行器544，且在到达沿着轨迹的所述位置之前防止末端执行器轨迹约束模式的起始。操作可响应于机器人臂远离患者并且接着朝向沿着轨迹的所述位置的移动而控制所显示图形螺钉的角定向和位置。

软件错误消息

系统通过弹出式消息向操作者警示错误。以下列表描述所有可能的错误以及校正错误的动作。

进一步定义和实施例：

在本公开的各种实施例的以上描述中，本公开的方面可以在本文中在若干可获专利的类或上下文的任一者中说明和描述，包含任何新型且有用的过程、机器、制造或物质组成或者其任何新型且有用的改进。相应地，本公开的各方面可以完全硬件、完全软件 (包含固件、常驻软件、微码等)或组合软件和硬件实施方案实施，其全部可在本文中通常称作“电路”、“模块”、“组件”或“系统”。此外，本公开的各方面可采取计算机程序产品的形式，所述计算机程序产品包括具有其上体现的计算机可读程序代码的一个或多个计算机可读媒体。

可使用一个或多个计算机可读媒体的任何组合。计算机可读媒体可以是计算机可读信号媒体或计算机可读存储媒体。计算机可读存储媒体可以举例来说(但不限于)是电子、磁性、光学、电磁、红外线或半导体系统、设备或装置或者前述的任何合适的组合。计算机可读存储媒体的更具体实例(非详尽列表)将包含以下：便携式计算机磁盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM 或快闪存储器)、具有中继器的适当光纤、便携式压缩光盘只读存储器(CD-ROM)、光学存储装置、磁性存储装置，或前述的任何合适的组合。在本文档的上下文中，计算机可读存储媒体可以是可以含有或存储用于由指令执行系统、装置或设备使用或者结合指令执行系统、装置或设备使用的程序的任何有形媒体。

计算机可读信号媒体可以包含其中实施有计算机可读程序代码的所传播数据信号，例如，在基带中或者作为载波的一部分。此传播信号可以采用多种形式中的任一种，包含(但不限于)电磁性、光学或其任何合适的组合。计算机可读信号媒体可以是并非计算机可读存储媒体并且可以传送、传播或传输用于由指令执行系统、装置或设备使用或者结合指令执行系统、装置或设备使用的程序的任何计算机可读媒体。可使用任何适当的媒体发射体现在计算机可读信号媒体上的程序代码，包含但不限于无线、有线、光纤光缆、RF等，或前述的任何合适的组合。

用于实行本发明的各方面的操作的计算机程序代码可以一或多个编程语言的任何组合编写，包含：面向对象的编程语言，例如Java、Scala、Smalltalk、Eiffel、JADE、Emerald、C++、C#、VB.NET、Python等；常规程序编程语言,例如“C”编程语言、Visual Basic、Fortran 2003、Perl、COBOL 2002、PHP、ABAP；动态编程语言，例如Python、 Ruby和Groovy,或其它编程语言。程序代码可完全在用户的计算机上、部分地在用户的计算机上、作为单独软件包、部分地在用户的计算机上以及部分地在远程计算机上或完全在远程计算机或服务器上执行。在后一情境中,远程计算机可经由包含局域网(LAN) 或广域网(WAN)的任何类型的网络连接到用户的计算机，或者可作出到外部计算机(例如经由使用因特网服务提供商的因特网)的连接或在云计算环境中作出连接，或连接可提供为服务，例如软件即服务(SaaS)。

本文参考根据本公开的实施例的方法、设备(系统)和计算机程序产品的流程图说明和/或框图描述了本公开的各方面。应理解，可以通过计算机程序指令实施流程图说明和/或方块图中的每个方块以及流程图说明和/或方框图中的方框的组合。这些计算机程序指令可以提供到通用计算机、专用计算机或其它可编程数据处理设备的处理器以产生机器，以使得经由计算机或其它可编程指令实行设备的处理器执行的指令创建用于实施流程图和/或框图的一个或多个方框中指定的功能/动作的机构。

这些计算机程序指令也可以存储于计算机可读媒体中，其当执行时可引导计算机、其它可编程数据处理设备或其它装置以特定方式起作用，以使得指令当存储于计算机可读媒体中时产生包含指令的制品，所述指令当执行时致使计算机实施流程图和/或框图的一个或多个方框中指定的功能/动作。计算机程序指令还可加载到计算机、其它可编程指令执行设备或其它装置上，以致使在计算机、其它可编程设备或其它装置上执行一系列操作步骤，以产生计算机实施的过程，使得在计算机或其它可编程设备上执行的指令提供用于实施框图框中指定的功能/动作的过程。

应理解本文所使用的术语仅出于描述具体实施例的目的，并且不打算作为本发明的限制。除非另外定义，否则本文中所用的所有术语(包括技术和科技术语)具有与所属领域的技术人员通常所理解的相同的意义。应进一步理解，术语(例如常用词典中所定义的那些术语)应被解释为具有与其在本说明书的上下文以及相关技术中的含义一致的含义，并且不应在理想化或过分形式化的意义上进行解释，除非在本文中这样明确定义。

附图中的流程图和框图图示了根据本公开的各种方面的系统、方法和计算机程序产品的可能实施方案的架构、功能性和操作。在此方面，流程图或框图中的每一方框可以表示模块、片段或代码部分，其包括用于实施指定逻辑功能的一个或多个可执行指令。还应该注意，在一些替代的实施方案中，各个方框中提及的功能可以不按图中所提及的顺序出现。举例来说，根据所涉及的功能性，连续示出的两个方框实际上可以大体上同时执行，或这些方框有时可以相反次序执行。还将注意到，框图和/或流程图说明中的每一方框，以及框图和/或流程图说明中的方框的组合可以通过执行规定的功能或动作的基于专用硬件的系统，或专用硬件和计算机指令的组合实施。

本文中所使用的术语仅出于描述特定方面的目的，且并不意图限制本公开。如本文所使用，单数形式“一”和“所述”希望还包含复数形式，除非上下文另外清楚地指示。将进一步理解，术语“包含”和/或“包括”当用于本说明书中时指定所陈述的特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件的存在，但不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或其群组的存在或添加。如本文中所使用，术语“和/或”包括相关联的所列项目中的一个或多个的任何和所有组合。相同附图标记在附图的整个描述中表示相同元件。

所附权利要求书中的任何方法或步骤加功能元件的对应结构、材料、动作及等效物打算包含用于结合如具体要求的其它所要求的元件来执行功能的任何所公开结构、材料或动作。已出于说明和描述的目的呈现本公开的描述，但本公开的描述不希望是详尽的或限于所公开形式的本公开。在不脱离本公开的范围和精神的情况下，对所属领域的技术人员而言许多修改和变化将是显而易见的。选择并描述本公开的各方面以便最好地阐释本公开的原理及其实际应用，并且使得所属领域的其它一般技术人员能够理解本公开以用于各种修改，这些修改适合于所预期的特定用途。

Claims

1.一种手术植入计划计算机，包括：

至少一个网络接口，所述至少一个网络接口能够连接到荧光检查成像器、标记跟踪相机和机器人，所述机器人具有联接到机器人臂的机器人底座，所述机器人臂能够通过马达相对于所述机器人底座移动；

显示装置；

至少一个处理器；以及

至少一个存储器，其存储程序代码，所述程序代码由所述至少一个处理器执行以执行包括以下各项的操作：

执行对齐设置模式，包括确定指示所述标记跟踪相机可观察以跟踪所述荧光检查成像器的荧光检查对齐器具上的反射性标记的第一条件的发生，以及确定指示标记跟踪相机可观察以跟踪附接到机器人臂和/或连接到机器人臂的末端执行器的动态参考基座标记的第二条件的发生，在确定第一和第二条件两者继续发生的同时，允许执行操作以获得患者沿着第一平面的第一手术期间荧光检查图像且获得所述患者沿着正交于所述第一平面的第二平面的第二手术期间荧光检查图像；

在所述显示装置上显示所述第一手术期间荧光检查图像和所述第二手术期间荧光检查图像；

接收从已定义手术螺钉的集合当中对手术螺钉的用户选择；

显示表示所选择的手术螺钉的图形螺钉作为所述第一手术期间荧光检查图像和所述第二手术期间荧光检查图像上的覆层；

响应于接收到用户输入而控制所显示的图形螺钉相对于显示在所述第一手术期间荧光检查图像和所述第二手术期间荧光检查图像中的骨的角定向和位置；以及

响应于接收到已定义用户输入而将所显示的图形螺钉的角定向和位置的指示存储于手术计划数据结构中。

2.根据权利要求1所述的手术植入计划计算机，其中显示表示所选择的手术螺钉的所述图形螺钉作为所述第一手术期间荧光检查图像和所述第二手术期间荧光检查图像上的覆层的所述操作包括：

确定沿着所述图形螺钉的轴线的轨迹；以及

显示从邻近于所述图形螺钉的顶端且沿着所述轨迹延伸的轨迹线，以促进用户相对于所述骨上的所需插入位置视觉上定向且定位所述图形螺钉。

3.根据权利要求2所述的手术植入计划计算机，其中响应于接收到用户输入而控制所显示的图形螺钉相对于显示在所述第一手术期间荧光检查图像和所述第二手术期间荧光检查图像中的所述骨的角定向和位置的所述操作包括：

响应于确定所述用户已在所述图形螺钉的螺钉主体上方按压所述显示装置的触敏屏而在沿着所述触敏屏移动所述用户的继续按压位置的同时平移所显示的图形螺钉的位置；以及

响应于确定所述用户已在所述图形螺钉的螺钉头部和/或顶端上方按压所述触敏屏而在沿着所述触敏屏移动所述用户的继续按压位置的同时成角度地枢转所显示的图形螺钉。

4.根据权利要求2所述的手术植入计划计算机，其中响应于接收到用户输入而控制所显示的图形螺钉相对于显示在所述第一手术期间荧光检查图像和所述第二手术期间荧光检查图像中的所述骨的角定向和位置的所述操作包括：

响应于确定所述用户已在所述图形螺钉的螺钉顶端或螺钉头部上方按压所述显示装置的触敏屏而在沿着所述触敏屏移动所述用户的继续按压位置测得的距离的同时从用于手术螺钉的已定义长度的集合当中选择所显示的图形螺钉的长度，

其中所选择的长度存储于所述手术计划数据结构中。

5.根据权利要求1所述的手术植入计划计算机，其中所述操作进一步包括：

响应于所述手术计划数据结构的内容而控制所述马达以在相对于患者定位所述末端执行器的同时调节所述机器人臂的移动；以及

响应于在相对于所述患者定位所述末端执行器的同时所述机器人臂的所述移动而控制所显示的图形螺钉的角定向和位置。

6.根据权利要求5所述的手术植入计划计算机，其中所述操作进一步包括：

控制所述马达以在沿着由所述手术计划数据结构的所述内容界定的轨迹的方向上移动所述末端执行器；以及

响应于所述末端执行器沿着所述轨迹的所述移动而控制所显示的图形螺钉的位置。

7.根据权利要求6所述的手术植入计划计算机，其中所述操作进一步包括：

在沿着所述轨迹移动所述末端执行器的同时，进一步控制所述马达以抵抗所述末端执行器在垂直于所述轨迹的方向上的移动，直到执行取消末端执行器轨迹约束模式的另一操作为止。

8.根据权利要求7所述的手术植入计划计算机，其中所述操作进一步包括：

在起始所述末端执行器轨迹约束模式之前，控制所述马达以在向上远离所述患者的方向上并且接着朝向沿着所述轨迹的位置移动所述末端执行器；

在到达沿着所述轨迹的所述位置之前，防止所述末端执行器轨迹约束模式的起始；以及

响应于所述机器人臂远离所述患者并且接着朝向沿着所述轨迹的所述位置的移动，而控制所显示的图形螺钉的角定向和位置。