CN114642488A - 用于监测棒复位过程的系统、装置和方法 - Google Patents

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CN114642488A
CN114642488A CN202111522012.7A CN202111522012A CN114642488A CN 114642488 A CN114642488 A CN 114642488A CN 202111522012 A CN202111522012 A CN 202111522012A CN 114642488 A CN114642488 A CN 114642488A
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I·朱克
Y·乌什皮津
E·策哈维
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Mazor Robotics Ltd
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Abstract

提供用于监测棒复位过程的方法和系统。该方法和系统包括：基于至少一个参数确定工具施加在棒或椎弓根螺钉上的力的阈值；以及接收与工具在将棒复位到椎弓根螺钉头部期间施加在椎弓根螺钉或棒上的力的大小相对应的数据。当幅度达到阈值时，检测到更新计划。

Description

用于监测棒复位过程的系统、装置和方法
技术领域
本现有技术通常涉及棒复位过程，更具体地，涉及监测和调整棒复位过程。
背景技术
在一些脊柱手术过程中，椎弓根螺钉可植入多个椎骨中并通过棒彼此连接。可将棒插入各螺钉头部或延伸部，复位至各螺钉直至棒固定到位。在此过程中，可以调整棒以与椎弓根螺钉对齐。
发明内容
本公开的实例方面包含：
根据本公开的至少一个实施例所述的一种用于监测棒复位过程的系统，包括：一个被配置为将棒复位到椎弓根螺钉头部的工具；至少一个被配置为测量施加到椎弓根螺钉上力或扭矩的传感器；至少一个处理器；至少一个存储器，用于存储由至少一个处理器执行的指令，执行该指令时，使至少一个处理器：基于至少一个参数，确定由工具施加到棒或椎弓根螺钉上的力或扭矩的阈值；并且从至少一个传感器接收在通过工具将棒复位到头部期间与由工具施加在椎弓根螺钉或棒上的力或扭矩的大小相对应的数据。
本文中的任何方面，其中工具是手持的并且由用户操作。
本文中的任何方面，其中所述至少一个传感器设置在工具或椎弓根螺钉头部中的至少一个上。
本文中的任何方面，其中至少一个传感器设置在工具上并且集成到工具中。
本文中的任何方面，其中所述至少一个参数是螺钉质量、棒的几何形状、棒的机械特性、患者运动范围、骨质量或术前计划中的至少一个。
本文中的任何方面，其中所述存储器存储用于由至少一个处理器执行的附加指令，执行该指令时，进一步使至少一个处理器：当监测到的幅度达到阈值时，更新用于棒复位的计划。
本文中的任何方面，还包括：至少一个机械臂，被配置为选择性地将椎弓根螺钉植入患者体内并保持工具；以及设置在机械臂上的至少一个机器人传感器，其中存储器存储用于由至少一个处理器执行的附加指令，执行该指令时，进一步使至少一个处理器：从至少一个机器人传感器接收在患者体内植入椎弓根螺钉期间与由机械臂施加到椎弓根螺钉上的力或扭矩相对应的传感器数据；并根据传感器数据确定椎弓根螺钉的螺钉质量。
本文中的任何方面，其中所述存储器存储用于由至少一个处理器执行的附加指令，执行该指令时，进一步使至少一个处理器：使机械臂将棒插入患者体内。
本文中的任何方面，其中所述存储器存储用于由至少一个处理器执行的附加指令，执行该指令时，进一步使至少一个处理器：使机械臂操作工具分阶段将棒复位到多个椎弓根螺钉，多个椎弓根螺钉包括椎弓根螺钉。
本文中的任何方面，其中分阶段复位棒包括使机械臂依次递增地拧紧多个椎弓根螺钉中的每个椎弓根螺钉头部中的固定螺钉，以避免点荷载任何单个椎弓根螺钉。
本文中的任何方面，其中工具是摇杆。
根据本公开的至少一个实施例所述的一种用于监测棒复位过程的装置，包括：至少一个处理器；至少一个存储器，用于存储由至少一个处理器执行的指令，执行该指令时，使至少一个处理器：基于至少一个参数，确定在将棒复位到一个或多个螺钉中各螺钉头部期间由棒复位工具施加的力或扭矩的阈值；并且从至少一个传感器接收在棒复位到头部期间与由工具施加在一个或多个螺钉或棒上的力或扭矩的大小相对应的数据。
本文中的任何方面，其中工具是手持的并且由用户操作。
本文中的任何方面，其中所述至少一个参数是螺钉质量、棒的几何形状、棒的机械特性、患者运动范围、骨质量或术前计划中的至少一个。
本文中的任何方面，其中所述存储器存储用于由至少一个处理器执行的附加指令，执行该指令时，进一步使至少一个处理器：当监测到的幅度达到阈值时，更新用于棒复位的计划。
本文中的任何方面，其中存储器存储用于由至少一个处理器执行的附加指令，执行该指令时，进一步使至少一个处理器：从至少一个机器人传感器接收在患者体内植入椎弓根螺钉期间与由机械臂施加到椎弓根螺钉上的力或扭矩相对应的传感器数据；并根据传感器数据确定椎弓根螺钉的螺钉质量。
本文中的任何方面，其中所述存储器存储用于由至少一个处理器执行的附加指令，执行该指令时，进一步使至少一个处理器：使机械臂将棒插入患者体内。
本文中的任何方面，其中所述存储器存储用于由至少一个处理器执行的附加指令，执行该指令时，进一步使至少一个处理器：使机械臂操作工具分阶段将棒复位到多个椎弓根螺钉，多个椎弓根螺钉包括椎弓根螺钉。
本文中的任何方面，其中分阶段复位棒包括使机械臂依次递增地拧紧多个椎弓根螺钉中的每个椎弓根螺钉头部中的固定螺钉，以避免点荷载任何单个椎弓根螺钉。
本文中的任何方面，其中工具是摇杆。
根据本公开的至少一个实施例所述的用于监测棒复位过程的方法，包括：接收用于复位棒的手术计划；基于至少一个参数确定工具施加在棒或椎弓根螺钉上的力的阈值；接收与工具在将棒复位到头部期间施加在椎弓根螺钉或棒上的力的大小相对应的数据；和监测到的幅度达到阈值时更新计划。
本文中的任何方面，进一步包括：使棒插入患者体内；以及使用该工具将棒分阶段复位到多个椎弓根螺钉上，多个椎弓根螺钉包括椎弓根螺钉。
本文中的任何方面，其中工具是手持的并且由用户操作。
本文中的任何方面，还包括：使机械臂将棒插入患者体内；并且使机械臂操作工具将棒分阶段复位到多个椎弓根螺钉上，多个椎弓根螺钉包括椎弓根螺钉。
本文中的任何方面，其中至少一个参数是每个螺钉的特性、棒的几何形状、棒的机械特性、患者运动范围、骨质量和/或术前计划中的至少一个，并且其中该方法进一步包括：从至少一个机器人传感器接收在患者体内植入椎弓根螺钉期间与由机械臂施加到椎弓根螺钉上的力或扭矩相对应的传感器数据；并根据传感器数据确定椎弓根螺钉的螺钉质量。
本文中的任何方面，其中更新计划包括更新一个或多个手术步骤、删除一个或多个手术步骤、添加一个或多个手术步骤、更新椎弓根螺钉的姿势、更新棒形状、更新棒轨迹，或更新棒插入点。
本文中的任何方面，其中更新计划包括修改一个或多个手术步骤以将工具从椎弓根螺钉移动到椎弓根螺钉以分配力或扭矩载荷。
任何方面与任何一个或多个其它方面结合。
本文中公开特征中的任何一个或多个。
本文中大体上公开特征中的任何一个或多个。
本文中大体上公开的特征中的任何一个或多个与本文中大体上公开的任何一个或多个其它特征组合。
方面/特征/实施例中的任一个与任何一个或多个其它方面/特征/实施例组合。
使用本文中公开的方面或特征中的任何一个或多个。
应了解，本文中所描述的任何特征可与如本文中所描述的任何其它特征组合来要求保护，而不管特征是否来自同一所描述的实施例。
在下文的附图和描述中阐述本公开的一个或多个方面的细节。本公开中所描述的技术的其它特征、目标和优点将从描述和图式且从权利要求书而显而易见。
短语“至少一个”、“一个或多个”以及“和/或”是在操作中具有连接性和分离性两者的开放式表述。举例来说，表述“A、B和C中的至少一个”、“A、B或C中的至少一个”、“A、B和C中的一个或多个”、“A、B或C中的一个或多个”以及“A、B和/或C”意指仅A、仅B、仅C、A和B一起、A和C一起、B和C一起，或A、B和C一起。当上述表述中的A、B和C中的每一个都指代如X、Y和Z的一个元素或如X1-Xn、Y1-Ym和Z1-Zo的一类元素时，短语意指选自X、Y和Z的单个元素、选自同一类的元素(例如X1和X2)的组合以及选自两个或更多类的元素(例如Y1和Zo)的组合。
术语“一(a/an)”实体指所述实体中的一个或多个。如此，术语“一(a/an)”、“一个或多个”和“至少一个”在本文中可以可互换地使用。还应当注意，术语“包括”、“包含”和“具有”可以可互换地使用。
前述内容是本公开的简化概述以提供对本公开的一些方面的理解。本发明内容既不是对本公开和其各个方面、实施例和配置的广泛性概述也不是详尽性概述。其既不旨在标识本公开的关键或重要要素，也不旨在描绘本公开的范围，而是以简化形式呈现本公开的所选概念，作为对下文呈现的更详细描述的介绍。应当理解，本公开的其它方面、实施例和配置可能单独或以组合方式利用上文所阐述或下文所详细描述的特征中的一个或多个。
在考虑下文提供的实施例描述之后，本发明的许多额外特征和优点对于本领域技术人员将变得显而易见。
附图说明
附图并入并形成本说明书的一部分以示出本公开的几个实例。这些附图连同描述一起解释本公开的原理。附图简单地示出如何进行和使用本公开的优选和替代性实例，且不应解释为仅将本公开限制于所示出和所描述的实例。另外的特征和优点将根据以下对本公开的各个方面、实施例和配置的更详细描述变得显而易见，如通过以下所参考的图式所示出。
图1是根据本公开的至少一个实施例的系统的框图；
图2是根据本公开的至少一个实施例的系统图；
图3是根据本公开的至少一个实施例的方法的流程图。
具体实施方式
应当理解，本文中所公开的各个方面可以与描述和附图中具体呈现的组合不同的组合进行组合。还应理解，取决于实例或实施例，本文中所描述的过程或方法中的任一个的某些动作或事件可以不同的顺序执行，和/或可添加、合并或完全省略(例如，根据本公开的不同实施例，执行所公开技术可能不需要所有描述的动作或事件)。另外，出于清晰的目的，虽然本公开的某些方面被描述为由单个模块或单元执行，但应理解，本公开的技术可由与例如计算装置和/或医疗装置相关联的单元或模块的组合执行。
在一个或多个实例中，所描述方法、过程和技术可以硬件、软件、固件或其任何组合实施。如果以软件实施，则可将功能以一个或多个指令或代码的形式存储在计算机可读媒体上且可由基于硬件的处理单元执行所述功能。计算机可读介质可以包含非暂时性计算机可读介质，其与有形介质相对应，如数据存储介质(例如，RAM、ROM、EEPROM、闪速存储器或可以用于存储呈指令或数据结构形式的期望程序代码并且可以由计算机访问的任何其它介质)。
指令可以由一个或多个处理器执行，例如一个或多个数字信号处理器(DSP)、通用微处理器(例如，英特尔酷睿i3、i5、i7或i9处理器；英特尔赛扬处理器；英特尔至强处理器；英特尔奔腾处理器；锐龙(AMD Ryzen)处理器；速龙(AMD Athlon)处理器；羿龙(AMDPhenom)处理器；苹果A10或10X融合处理器；苹果A11、A12、A12X、A12Z或A13仿生处理器；或任何其它通用微处理器)、图形处理单元(例如，英伟达精视(Nvidia GeForce)RTX 2000系列处理器、英伟达精视RTX 3000系列处理器、显卡驱动(AMD Radeon)RX 5000系列处理器、显卡驱动RX 6000系列处理器或任何其它图形处理单元)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程逻辑阵列(FPGA)或其它等效的集成或离散逻辑电路。因此，如本文所使用的术语“处理器”可以指代任何前述结构或者适合于所描述的技术的实施方案的任何其它物理结构。而且，所述技术可完全实施于一个或多个电路或逻辑元件中。
在详细地解释本公开的任何实施例之前，应当理解，本公开在其应用方面不限于以下描述中阐述或附图中示出的构造细节和组件布置。本公开能够具有其它实施例且能够以各种方式实践或进行。同样，应理解，本文中所使用的措词和术语是出于描述的目的且不应视为是限制性的。本文中使用“包含”、“包括”或“具有”以及其变化形式意在涵盖其后列出的项目和其等效物以及额外项目。此外，本公开可使用实例来示出其一个或多个方面。除非另有明确说明，否则使用或列出一个或多个实例(其可由“例如(for example)”、“借助于实例”、“例如(e.g.)”、“如”或类似语言指示)不旨在且并不限制本公开的范围。
在使用如螺钉和棒等器械的脊柱手术中，外科医生会将每个螺钉插入相应的椎骨中，并将螺钉与棒连接。当固定两个或多个椎骨时，连接螺钉的棒需与螺钉郁金香形头部或头部的几何形状对准。为实现这一点，外科医生可能需要重新改造棒形状和/或强行使棒就位。通过强行使棒就位，外科医生将向螺钉施加力并且可能使螺钉承受拔出力和/或可能折断一个或多个螺钉(或椎弓根或螺钉已经放置在其中的其他椎骨解剖结构)。外科医生还将向棒施加力，这也可能使棒断裂或将棒弯曲成不太有效的配置。当在长结构上操作或使用棒作为工具来实现对准时，这些问题尤其突出(例如，外科医生可能会强行使脊柱与棒的几何形状相匹配)。
本公开的实施例提供用于将棒联接到郁金香形头部的工具。该工具包括一个集成力传感器，用于测量施加到螺钉上的力和/或扭矩。可以通过计算机模型实时检查一个或多个力和/或一个或多个扭矩，该模型将考虑插入的螺钉的质量、棒的几何形状和机械特性以及患者对准计划。当机器人插入螺钉时，螺钉的位置和棒的几何形状被明确定义并且被机器人知晓。此外，螺钉的质量由机械臂确定，因为机械臂通过测量将螺钉插入脊柱时的力和/或扭矩来插入螺钉。
在一些实施例中，该工具可以是摇杆，可以帮助优化棒插入以在脊柱和螺钉的破坏力最小的情况下，获得将棒装配到脊柱(或反之亦然)的结果。该工具可以由用户(例如，外科医生)手持并操作，可以由经机器人系统辅助的用户手持并操作，或者可以由机器人系统支撑并操作。位于或集成到摇杆上的传感器可以确认力或扭矩不会超过可以松开螺钉或破坏螺钉、棒或硬组织解剖结构的最大力或扭矩。摇杆可以指示机器人系统或用户通过考虑螺钉质量且不会损坏固定的方式，从螺钉移动到螺钉以分配载荷并避免“点荷载”单个螺钉。在某些情况下，机器人系统可以插入棒并关闭螺钉。在其他情况下，外科医生或用户可以插入棒，系统可以关闭螺钉。在一些实施例中，摇杆可以是手持装置。
如下文更详细的描述，用于监测棒复位过程的方法、系统和装置可以有益地防止一个或多个椎弓根螺钉和/或棒的断裂或松动。通过监测在棒复位过程中施加的力或扭矩，系统可以检测何时施加的力或扭矩可能导致一个或多个椎弓根螺钉和/或棒断裂或松动，以便暂停系统或移除施加的力或扭矩。此外，可更新手术计划以防止螺钉和/或棒的断裂或松动。因此，可以在没有断裂或松动一个或多个椎弓根螺钉和/或棒的风险的情况下执行棒复位过程。
本发明实施例针对以下问题提供技术方案：(1)改进棒复位过程；(2)监测施加在棒复位过程部件上的力或扭矩；(3)防止棒复位过程中部件断裂或松动；和/或(4)在棒复位过程中提高患者的安全性。
首先转向图1，示出了根据本公开的至少一个实施例的系统100的框图。系统100可用于处理图像数据；执行阈值算法126；和/或进行本文中公开的一种或多种方法的其他方面。系统100包括计算装置102、一个或多个成像装置112、导航系统114、机器人116、机械臂118、一个或多个机器人传感器120、一个或多个工具122和/或一个或多个传感器124。根据本公开的其它实施例的系统可包括比系统100更多或更少的组件。例如，系统100可以不包括导航系统114、机器人116、机械臂118、机器人传感器120和/或传感器124。根据本公开的其他实施例的系统也可以进行与图1所示不同的布置。例如，此类系统可包括工具122、传感器124和计算装置102，所有上述部件均封装在一个公共外壳内。
计算装置102包括处理器104、存储器106、通信接口108和用户界面110。根据本公开的其它实施例的计算装置可包括比计算装置102更多或更少的组件。
计算装置102的处理器104可以是本文所描述的任何处理器或任何类似的处理器。处理器104可以被配置成执行存储在存储器106中的指令，所述指令可以使得处理器104使用或基于从成像装置112、机器人116、导航系统114、机器人传感器120、工具122和/或传感器124接收的数据来执行一个或多个计算步骤。
存储器106可以是或包括RAM、DRAM、SDRAM、其它固态存储器、本文所描述的任何存储器，或用于存储计算机可读数据和/或指令的任何其它有形的非暂时性存储器。存储器106可以存储用于完成例如本文所描述的方法300的任何步骤的信息或数据。存储器106可以存储例如一个或多个阈值算法126和/或一个或多个手术计划128。在一些实施例中，此类算法可被组织成一个或多个应用、模块、包、层或引擎。算法可以使处理器104操纵存储在存储器106中和/或从成像装置112、机器人116、导航系统114、机器人传感器120、工具122和/或传感器124接收的数据。
计算装置102还可包括通信接口108。通信接口108可用于从外部源(如成像装置112、导航系统114、机器人116、机器人传感器120、工具122和/或传感器124)接收图像数据或其他信息，和/或用于向外部系统或装置(例如，另一计算设备102、导航系统114、成像设备112、机器人116、机器人传感器120、工具122和/或传感器124)发送指令、图像或其他信息。通信接口108可包括一个或多个有线接口(例如，USB端口、以太网端口、火线端口)和/或一个或多个无线接口(例如，配置成经由一个或多个无线通信协议，如802.11a/b/g/n、蓝牙、NFC、ZigBee等来传输信息)。在一些实施例中，通信接口108可用于使装置102能够与一个或多个其它处理器104或计算装置102进行通信，无论是缩短完成计算机密集任务所需的时间还是出于任何其它原因。
计算装置102还可包括一个或多个用户界面110。用户界面110可以是或包括键盘、鼠标、轨迹球、显示器、电视、触摸屏、头带式耳机和/或用于从用户接收信息和/或用于向用户提供信息的任何其它装置。在一些实施例中，用户界面110可以通过语音激活从用户处接收信息和/或命令。在其他实施例中，用户界面110可以结合增强现实或虚拟现实。用户界面110可用于例如接收关于接收用于复位棒的手术计划128的用户选择或其他用户输入；接收关于基于至少一个参数确定工具122施加在棒或椎弓根螺钉上的力或扭矩的阈值的用户选择或其他用户输入；接收关于使至少一个传感器124监测在棒复位到头部期间由工具122施加在椎弓根螺钉或棒上的力或扭矩的大小的用户选择或其他用户输入；当监测到的幅度达到阈值时，接收关于更新计划128的用户选择或其他用户输入；接收关于使机械臂118将棒插入患者体内的用户选择或其他用户输入；接收关于使机械臂118操作工具122分阶段将棒复位到多个椎弓根螺钉上的用户选择或其他用户输入，多个椎弓根螺钉包括椎弓根螺钉；接收关于从至少一个机器人传感器120接收与在将椎弓根螺钉植入患者体内期间由机械臂118施加到椎弓根螺钉上的力或扭矩相对应的传感器数据的用户选择或其他用户输入；接收关于基于传感器数据确定椎弓根螺钉的螺钉质量的用户选择或其他用户输入；和/或显示图像和/或手术计划128。在一些实施例中，用户界面110可用于允许外科医生或其他用户修改计划128或其他显示的信息，但应当理解，前述输入中的每一个可由系统100(例如，由处理器104或系统100的另一组件)或由系统100从系统100外部的源接收。在一些实施例中，诸如上文描述的用户输入对于本文中描述的系统、装置和方法的操作来说可以是可选的或不需要的。
尽管用户界面110被示为计算装置102的部分，但是在一些实施例中，计算装置102可以使用与计算装置102的一个或多个其余组件分开容纳的用户界面110。在一些实施例中，用户界面110可位于计算装置102的一个或多个其它组件附近，而在其它实施例中，用户界面110可位于远离计算机装置102的一个或多个其它组件的位置。
成像装置112能够拍摄2D图像或3D图像以生成图像和/或图像数据。成像装置112可用于确认或监测工具122和/或手术器械(例如，一个或多个椎弓根螺钉和/或棒)的放置。本文所使用的“图像数据”指代由成像装置生成或捕获的数据，包括机器可读形式、图形/视觉形式和任何其它形式的数据。成像装置112可以是或包括例如照相机、CT扫描仪、荧光镜、超声探头、O型臂、C型臂、G型臂、利用基于X射线成像的任何其他装置、磁共振成像(MRI)扫描仪、光学相干断层成像扫描仪、内窥镜、显微镜、热成像相机(例如，红外相机)或任何其他适用于获取对应患者解剖学特征或物体的图像或图像数据的成像装置。
导航系统114可在操作期间为外科医生和/或手术机器人提供导航。导航系统114可以是任何已知的或未来开发的导航系统，包括例如美敦力公司StealthStationTM S8手术导航系统。导航系统114可包括用于跟踪手术室或进行手术的其他房间内的一个或多个参考标记或其他物体的照相机或一个或多个其他传感器。在各种实施例中，导航系统114可用于跟踪成像装置112的位置(或更具体地，直接或间接地与成像装置112成固定关系附接的导航参考标记的位置)和/或机器人116(或更具体地，直接或间接地与机器人116成固定关系附接的导航参考标记的位置)。导航系统114可包括用于显示来自外部源(例如，计算装置102、成像装置112或其它源)的一个或多个图像，或来自导航系统114摄像机或其它传感器的视频流的显示器。在一些实施例中，系统100可以在不使用导航系统114的情况下操作。
机器人116可以是任何手术机器人或手术机器人系统。机器人116可以是或包括例如马祖(Mazor)XTM潜行版机器人引导系统。机器人116可包括一个或多个机械臂118。在一些实施例中，机械臂118可包括多个机械臂，尽管机器人116可包括一个机械臂、两个机械臂或两个以上机械臂。机械臂118可用于选择性地保持和/或操作一个或多个成像装置112、工具122和/或任何器械(例如椎弓根螺钉、固定螺钉和/或棒)。在一些实施例中，机械臂118具有至少五个自由度。在其他实施例中，机械臂118具有至少六个自由度。在其他实施例中，机械臂118具有少于五个或多于六个自由度。机械臂118(和/或机器人116的底座)也可以具有三个方向维度。多个自由度和多个方向维度的组合允许机械臂118移动到任何姿势。换言之，机械臂118不限于固定区域，可以向任何方向移动。此外，在一些实施例中，机器人116可以在外科手术过程中移动以定位机械臂118(并且因此位于工具122)。
参考标记(例如导航标记)可以放置在机器人116、机械臂118、成像装置112、工具122和/或手术空间中的任何其它物品上。标记可由导航系统114跟踪，并且跟踪的结果可由机器人116和/或由系统100或其任何组件的操作者使用。如上所述，在一些实施例中，导航系统114可用于跟踪系统100的其它组件(例如，成像装置112)，并且系统100可在不使用机器人116的情况下操作(例如，外科医生手动操控成像装置112)。
在一些实施例中，机器人116包括可操作以产生机器人116或机械臂118的传感器数据的一个或多个机器人传感器120。在替代实施例中，机器人116不包括机器人传感器120。传感器数据可包括但不限于机械臂118和/或机器人116所受到的力或扭矩。在一些实例中，力或扭矩对应于由手术器械(例如，椎弓根螺钉)从机械臂118接收的力或扭矩。在此类实例中，传感器数据可用于确定手术器械机械特性的变化。
每个机器人传感器120可以是用于测量力或扭矩的任何类型的机器人传感器120。机器人传感器120可包括电气、机械、机电、磁、电磁等部件的一个或多个或任何组合。机器人传感器120可包括但不限于扭矩传感器、力传感器、线性编码器、旋转编码器、电容器和/或加速度计中的一种或多种。在一些实施例中，机器人传感器120可包括用于存储传感器数据的存储器。在其他实例中，机器人传感器120可以向一个或多个源(例如，计算装置102、导航系统114和/或机器人116)输出信号(例如，传感器数据)。
机器人传感器120可以在内部集成到机械臂118中或以其他方式位于在机械臂118内部。在一些实施例中，机器人传感器120位于在机械臂118的关节(如图2所示)内。机器人传感器120可包括多个传感器，每个传感器可位于在与任何其他传感器相同的位置或不同的位置。例如，机器人传感器120可位于在机械臂118的一个或多个关节中。应当理解，在一些实施例中，一个或多个传感器120可位于系统100或周围环境的任何组件处或之上(例如，在导航系统114、机器人116、机械臂118、和/或手术场所的任何其他组件)。
在一些实施例中，机器人传感器120可以向计算装置102发送数据，以显示在用户界面110上或以其他方式通知外科医生或操作员从机器人传感器120接收的传感器数据。在其他实施例中，机器人传感器120可以通过如声音或光显示的警报来警告外科医生或操作者手术器械(例如，椎弓根螺钉)机械特性的变化。
工具122可执行外科手术，例如棒复位。工具122可以是手持的或适于由机械臂118握持。在一些实施例中，工具122由用户(例如，外科医生)手动使用。例如，用户可以使用工具112使棒就位，同时还测量施加到棒就位至椎弓根螺钉的力。换句话说，工具112和螺钉之间的物理连接可不由机器人控制。在其他实施例中，机器人116可以帮助外科医生使用工具122。在进一步的实施例中，工具122可由机械臂118保持并由机器人116自动控制。使用工具122的指令可以是机器可读的或人类可读的。在指令是机器可读的实例中，指令可被传送到机器人116进行执行。在指令是人类可读的实例中，指令可被显示在用户界面110上或以可听的方式传达给外科医生。
在一些实施例中，工具122是用于将棒复位到一个或多个椎弓根螺钉的一个或多个头部上的摇杆。在其他实施例中，工具122可以是在棒复位过程中使用的任何工具。例如，工具122可以是用于将椎弓根螺钉驱动到椎骨中的螺丝刀、用于以延长的距离夹住椎弓根螺钉的椎弓根螺钉延长器、和/或用于将固定螺钉拧紧到椎弓根螺钉头部的螺母扳手。
一个或多个传感器124可用于跟踪和/或感测由工具122施加在手术器械(例如，棒和/或一个或多个椎弓根螺钉)上的力或扭矩。在一些实施例中，传感器124设置在工具122上。在其他实施例中，传感器124设置在椎弓根螺钉头部上。在进一步的实施例中，传感器124可位于系统100的任何组件上。传感器124可以是用于测量由工具122施加的力或扭矩的任何类型的传感器124。传感器124可包括电气、机械、机电、磁、电磁等部件的一个或多个或任意组合。传感器124可包括但不限于扭矩传感器、力传感器、线性编码器、旋转编码器、电容器和/或加速度计中的一种或多种。在一些实施例中，传感器124可包括用于存储传感器数据的存储器。在其他实例中，传感器124可以向一个或多个源(例如，计算装置102、导航系统114和/或机器人116)输出信号(例如，传感器数据)。传感器124可邻近工具122或与其集成。传感器124可包括多个传感器，每个传感器可位于在与任何其他传感器相同的位置或不同的位置。
在一些实施例中，当传感器124检测到由工具122施加的力或扭矩的幅度超过阈值时，传感器124可以将数据发送到计算装置102。在其他实施例中，传感器124可以连续地向计算装置102发送数据。此外，在一些实施例中，传感器124可以将数据发送到计算装置102以在用户界面110上显示或以其他方式通知外科医生或操作者幅度超过阈值。在其他实施例中，传感器124可以通过如声音或光显示的警报来警告外科医生或操作者幅度超过阈值。传感器124可有利地通过监测和警告外科医生或操作者幅度超过阈值来实现安全功能。
转向图2，示出了根据本公开的至少一个实施例的系统200的框图。系统200包括计算装置202(其可与上述计算装置102相同或相似)、导航系统214(其可与上述导航系统114相同或相似)以及机器人216(其可以与上述机器人116相同或相似)。根据本公开的其它实施例的系统可包括比系统200更多或更少的组件。例如，系统200可以不包括导航系统214。
如图所示，机器人216包括从基部204延伸的机械臂218(其可包括通过一个或多个关节218B连接的一个或多个构件218A)。在其他实施例中，机器人216可包括两个或多个机械臂。基座204可以是固定的或可移动的。机械臂218可操作地以自主地和/或基于来自外科医生或操作者的输入来执行一个或多个计划的运动和/或程序。在图示的实施例中，工具222(其可与上述工具122相同或相似)可以设置在机械臂218的一端，尽管工具222(或一个或多个任何其他工具或器械)可以设置在机械臂218的任何部分上。在其他实施例中，工具222可由用户或由机器人216辅助的用户手持和操作。工具222可用于在脊柱区域228的椎骨226上进行手术。此外，不同的工具222可以在外科手术的不同阶段附接到机械臂218。例如，钻头可以附接到机械臂218以钻用于椎弓根螺钉的孔，然后螺丝刀可以附接到机械臂218以将椎弓根螺钉拧入孔中。在同一实例中，螺丝刀可以附接到机械臂218以拧紧每个椎弓根螺钉头部中的固定螺钉。
机器人传感器220(其可以与上述机器人传感器120相同或相似，并且其中一个以上可包括在机械臂218中)可以被集成到机械臂218的关节218B中。尽管传感器220被示为集成到最靠近基座204的关节218B中，但是传感器220可以集成到任何关节218B、任何构件218A、或机械臂218和/或机器人216的任何部分中。此外，多于一个机器人传感器220可以集成到机械臂218和/或机器人216中。如上所述，机器人传感器220可以是扭矩传感器、力传感器或集成到关节218B中的编码器中的一种或多种。机器人传感器220被配置为感测施加在机械臂218上的施加力或施加扭矩中的至少一种。如下文将参照图3所述，此类传感器数据可用于确定一个或多个椎弓根螺钉中的各螺钉的螺钉质量。
传感器224(其可以与上述传感器224相同或相似)也可以集成到工具222中。如上所述，传感器224可以设置在工具222上，并且可以用于跟踪和/或感测由工具122施加在手术器械(例如，棒和/或一个或多个椎弓根螺钉)上的力或扭矩，反之亦然。传感器224也可以集成到工具122中。传感器124可以是用于测量由工具222施加在椎弓根螺钉或其他手术器械或装置上的力或扭矩的任何种类的传感器124，反之亦然。
现在转向图3，例如可以由至少一个处理器执行或以其他方式执行用于监测棒复位过程的方法300。至少一个处理器可以与上文所述计算装置102或202的一个或多个处理器104相同或类似。至少一个处理器可以是机器人(如机器人116或216)的部分或导航系统(如导航系统114或214)的部分。除了本文所描述的任何处理器之外的处理器还可用于执行方法300。至少一个处理器可以通过执行存储在存储器(如存储器106)中的指令来执行方法300。所述指令可以与下文所描述的方法300的一个或多个步骤相对应。方法300的一个或多个方面可以由手术机器人和/或外科医生执行或与手术机器人和/或外科医生一起执行。
方法300包括接收手术计划，如用于复位棒的手术计划128(步骤302)。图像可以通过计算装置(如计算装置102或202)的用户界面(例如，用户界面110)和/或通信接口(例如，通信接口108)来接收，并且可以存储在存储器(如计算装置的存储器106)中。手术计划可包括关于棒复位过程的信息。该信息可包括椎弓根螺钉放置、棒形状、棒插入点、将棒复位到多个椎弓根螺钉上的顺序和/或为每个棒复位步骤施加的力或扭矩的量。手术计划还可包括关于机械臂(如机械臂118或218)的一个或多个计划运动的信息。在一些实施例中，手术计划包括机械臂的计划轨迹或路径。
方法300还可包括接收与在将椎弓根螺钉植入患者体内期间施加到椎弓根螺钉上的力或扭矩相对应的传感器数据(步骤304)。施加的力或扭矩可以是由机械臂或由操作工具(如工具122或222)的用户施加的力或扭矩。传感器数据可以从至少一个传感器(如设置在工具(如工具122或222)上或与其集成的传感器124或224)或从至少一个机器人传感器(如机械臂(如机械臂118或218)上的机器人传感器120或220)获得。至少一个机器人传感器可位于机械臂上或与机械臂集成。机器人传感器可以向计算装置发送数据以显示在用户界面上。处理器(如处理器104)或系统(如系统100或200)的任何其他组件可以接收传感器数据并生成通知外科医生或操作者从机器人传感器接收传感器数据的通知。在其他实施例中，系统的处理器或其他组件可以通过如声音或光显示的警报来警告外科医生或操作者手术器械(例如，椎弓根螺钉)机械特性(如下步骤306所述)的变化。
方法300还包括确定椎弓根螺钉的螺钉质量(步骤306)。该确定可以基于步骤304中接收的传感器数据。传感器数据可以是当螺钉插入椎骨时由机械臂施加到椎弓根螺钉上的力和/或扭矩(因此对应于由椎弓根螺钉接收的力和/或扭矩)。确定螺钉质量可包括计算每个螺钉的一个或多个机械特性的变化，作为每个螺钉接收的力或扭矩的结果。例如，由于从机械臂接收到的力或扭矩，螺钉可能会经历应力变化。在同一实例中，如果应力的变化大于螺钉的最大应力，则螺钉之后可能不再能承受最初接收的相同量的力或扭矩。因此，可以降低阈值以避免施加等于或接近初始接收力或扭矩的力或扭矩。螺钉质量还可基于在螺钉插入期间感测到的与螺钉对应的声音和/或振动数据来确定。声音和/或振动数据可以提供关于螺钉的一个或多个机械特性变化的进一步信息。
方法300还包括基于至少一个参数确定由工具(如工具122或222)施加在棒或椎弓根螺钉上的力或扭矩的阈值(步骤308)。该确定可包括执行阈值算法(如阈值算法126)。阈值可以设置在将防止(例如，在某种统计确定性水平)工具在棒复位期间施加会折断棒、椎弓根螺钉和/或相应椎骨的力或扭矩的水平。确定该阈值可包括确定和分析相应椎骨的骨质量，以避免折断相应椎骨中的任何一个。此外，阈值可以设置在将防止(再次，例如，在某个统计确定性水平)工具施加将椎弓根螺钉从椎骨拉出的力或扭矩的水平。
可以由计算装置接收至少一个参数，更具体地，由计算装置的处理器接收，并且可以存储在存储器中。在一些实施例中，至少一个参数可以经由系统的任何其他组件或系统所连接的网络的节点间接接收。还可以从手术计划(如手术计划128)接收至少一个参数。至少一个参数还可以是但不限于螺钉质量、棒的几何形状、棒的机械特性、棒强度分析、更新的脊柱位置、骨质量、一个或多个螺钉已拧入骨骼的尺寸、患者年龄和/或患者运动范围。
在至少一个参数包括螺钉质量的情况下，如步骤306所述，螺钉质量可以根据由机器人传感器(如机器人传感器120或220)检测到的传感器数据(如力数据或扭矩数据)确定。可以如上述步骤304所述获得传感器数据。例如，如果在插入螺钉期间螺钉接收到的力或转矩大于预期力或转矩，则螺钉强度可能会降低。在至少一个参数包括骨质量的情况下，骨质量可以从一个或多个术前图像和/或患者输入获得。
如果至少一个参数包括棒的几何形状、机械特性和/或棒强度中的任何一项或多项，可从包括棒尺寸和几何形状的手术计划(例如，手术计划128)中接收上述数据。棒的几何形状、机械特性和/或棒强度也可以从外科医生处获得。例如，可以经由计算装置的用户接口(如用户接口110)和/或通信接口(如通信接口108)来接收此类信息。棒的机械特性可包括但不限于硬度、脆性、延展性、韧性和/或强度中的至少一种。
可以从手术计划或从外科医生接收的输入中接收患者的更新脊椎位置。例如，可以经由计算装置的用户接口和/或通信接口来接收输入。更新的脊柱位置还可以在从成像装置(如成像装置112)接收的外科手术之前或期间的患者图像中描绘或以其他方式从患者的图像确定。
患者运动范围可以是从外科医生或患者接收的输入。例如，可以经由计算装置的用户接口和/或通信接口来接收输入。患者运动范围可包括但不限于患者脊柱区域的运动范围。在一些实施例中，可以由计算装置(如计算装置102或202)基于示出处于最大弯曲位置(例如，屈曲或伸展位置)的患者的多个图像来确定运动范围。
方法300还包括将棒插入患者体内(步骤310)。棒可以由机械臂(如机械臂118或218)插入，在这种情况下，步骤310包括机械臂将棒插入患者体内。或者，棒可由用户插入(例如，基于经由用户界面提供的指令)，或可由机器人(如机器人116或216)辅助的用户插入。在一些实施例中，机械臂可以基于由手术计划限定的插入点和/或轨迹插入棒。在其他实施例中，机械臂可以基于从外科医生或用户接收的输入插入棒。例如，可以经由计算装置(如计算装置102或202)的用户接口(如用户接口110)和/或通信接口(如通信接口108)来接收该输入。
方法300还包括操作工具分阶段将棒复位到多个椎弓根螺钉上(步骤312)。该工具可以由机械臂(如机械臂118或218)操作，在这种情况下，步骤312包括使机械臂操作该工具分阶段将棒复位到多个螺钉上。或者，该工具可由用户操作(例如，基于经由用户界面提供的指令)，或可由机器人(如机器人116或216)辅助的用户操作。分阶段复位棒基于手术计划并且包括使机械臂或外科医生依次递增地拧紧多个椎弓根螺钉中的每个椎弓根螺钉头部中的固定螺钉，以避免点荷载任何单个椎弓根螺钉。分阶段复位棒可包括生成分阶段复位棒的指令。在一些实施例中，指令可以是机器可读的并且传送到机械臂。在其他实施例中，指令可以在用户界面上显示或通过听觉传达给外科医生。
方法300还包括接收传感器数据，该传感器数据对应于将棒复位到头部期间由工具施加在椎弓根螺钉或棒上的力或扭矩的幅度(步骤314)。传感器数据可以从至少一个传感器获得，该传感器可以是或包括例如传感器124或224。如前所述，传感器可用于跟踪和/或感测由工具施加在手术器械(例如，棒和/或一个或多个椎弓根螺钉)上的力或扭矩。传感器可以设置在工具、螺钉头部或系统的任何部件上。在一些实施例中，传感器被集成到工具中。传感器可以是用于测量由工具施加在椎弓根螺钉或棒上的力或扭矩的任何类型的传感器。传感器可包括电气、机械、机电、磁、电磁等部件的一个或多个或任意组合。传感器可包括但不限于扭矩传感器、力传感器、线性编码器、旋转编码器、电容器和/或加速度计中的一种或多种。在一些实施例中，传感器可包括用于存储传感器数据的存储器。在其他实例中，传感器可以向一个或多个源(例如，计算装置(如计算装置102或202)、导航系统(如导航系统114或214)和/或机器人)输出信号。传感器可包括多个传感器(可彼此相同或不完全相同)，每个传感器可位于在与任何其他传感器相同的位置或不同的位置。
在一些实施例中，如下文进一步所述，当传感器检测到由工具施加的力或扭矩的幅度超过阈值时，传感器可以将感测到的数据发送到计算装置。在其他实施例中，传感器可以连续地将感测到的数据发送到计算装置。此外，在一些实施例中，传感器可以向计算装置发送数据以显示在用户界面上或以其他方式通知外科医生或操作者所监测的幅度和/或幅度超过阈值。在其他实施例中，基于传感器数据，系统的处理器或其他组件可以通过如声音或光显示的警报来警告外科医生或操作者幅度超过阈值。传感器可有利地通过监测和警告外科医生或操作者幅度超过阈值来实现安全功能。
在一些实施例中，传感器可用于监测机械臂的姿势。在相同的实施例中，传感器可用于通过机械臂监测每个椎弓根螺钉的位置和棒的位置(例如，一个或多个机械臂可以保持或以其他方式接触椎弓根螺钉或棒)。例如，机械臂可以在棒插入期间保持棒或者可以在椎弓根螺钉插入期间保持椎弓根螺钉。可以实时监测每个椎弓根螺钉的位置和棒的位置。在其他实施例中，由导航系统监测每个椎弓根螺钉的位置和/或棒的位置。在进一步的实施例中，棒和/或每个椎弓根螺钉可由机器人传感器(如机器人传感器120或220)监测。
方法300还包括当监测到的幅度达到阈值时更新手术计划(步骤316)。更新可包括更新手术计划的一个或多个手术步骤。例如，可以调整要复位的椎弓根螺钉的顺序。在另一个实例中，可以调整阈值。在另一实例中，一个或多个手术步骤可被引入到计划中和/或从计划中移除。例如，可以修改计划以包括更多的手术步骤，从椎弓根螺钉移动到椎弓根螺钉以分配力或扭矩载荷，避免“点荷载”到单个椎弓根螺钉上。
更新可包括更新一个或多个椎弓根螺钉的位置和/或方向。例如，可以调整椎弓根螺钉之一的位置以减小椎弓根螺钉上的力或扭矩。在另一个实例中，可以调整椎弓根螺钉之一的位置以考虑新的棒形状(可以计算或以其他方式生成新的棒形状以减少将棒复位到椎弓根螺钉所需要的力或扭矩，反之亦然)。在又一实例中，如前所述，可以基于在步骤306中确定的螺钉质量来调整椎弓根螺钉之一的位置。
更新还可包括更新棒形状、棒轨迹和/或棒插入点。可更新棒形状、轨迹和/或插入点以减少由棒和/或椎弓根螺钉接收的力或扭矩。也可更新棒形状、轨迹和/或插入点，以考虑一个或多个椎弓根螺钉的新位置和/或新方向。
在一些实施例中，该过程可在更新期间暂停。例如，当幅度达到阈值时，机械臂可以自动暂停或可以释放施加到椎弓根螺钉和/或棒的力或扭矩。在另一个实例中，通知可以通过听觉或视觉传达给外科医生以警告外科医生该幅度已达到阈值。在其他实例中，达到阈值时，机器人可能不允许外科医生完成手术步骤。
本文所述方法和系统提供了一种用于基于确定工具施加在椎弓根螺钉或棒上的力或扭矩的阈值并在棒复位过程中监测工具施加在椎弓根螺钉或棒上的力或扭矩的幅度来监测棒复位过程的系统、方法和装置。监测有益地降低了一个或多个椎弓根螺钉、棒和/或患者椎骨和/或其他骨解剖结构断裂或松动的可能性。通过监测在棒复位过程中施加的力或扭矩，系统检测何时施加的力或扭矩可能导致一个或多个椎弓根螺钉、棒和/或患者的骨解剖结构断裂或松动，防止工具施加这样的力或扭矩。此外，可以在该过程中更新手术计划以防止一个或多个螺钉和/或棒的此类断裂或松动。因此，可以执行并更新棒复位过程以防止一个或多个椎弓根螺钉和/或棒的断裂或松动。
如基于上述公开内容可以理解，本公开涵盖其步骤少于图3中所标识的所有步骤的方法(和方法300的对应描述)，以及涵盖图3中标识的步骤之外的其他和/或附加步骤的方法(和方法300的对应描述)。例如，方法300可以仅包括步骤302至316中的一步或两步。本公开的方法明确地包括具有上述作为方法300一部分的一个或多个步骤的方法。
已经出于说明和描述的目的呈现了前述讨论。前述内容并非旨在将本公开限于本文中所公开的一种或多种形式。在前述的具体实施方式中，出于简化本公开的目的，将本公开的例如各种特征在一个或多个方面、实施例和/或配置中聚集在一起。本公开的方面、实施例和/或配置的特征可在除上文所论述的那些之外的替代性方面、实施例和/或配置中组合。不应将本公开内容的方法解释为反映以下意图：权利要求需要比每个权利要求中明确叙述的更多的特征。相反，如以下权利要求书所反映，本发明方面在于少于单个前述公开的方面、实施例和/或配置的全部特征。因此，将以下权利要求特此并入这个具体实施方式中，其中每个权利要求作为本公开的单独的优选实施例而独立存在。
此外，尽管描述已经包含对一个或多个方面、实施例和/或配置以及某些变化和修改的描述，但在理解本公开后，其它变化、组合和修改也在本公开的范围内，例如，如可在本领域的技术人员的技能和知识内。期望获得在准许的范围内包含替代方面、实施例和/或配置的权利，包含所要求的替代的、可更换的和/或等效的结构、功能、范围或步骤，而无论这些替代的、可更换的和/或等效的结构、功能、范围或步骤是否在本文中公开，并且不期望公开用于任何可获专利的主题。

Claims (27)

1.一种用于监测棒复位过程的系统，包括：
一个被配置为将棒复位到椎弓根螺钉头部的工具；
至少一个被配置为测量施加到椎弓根螺钉上力或扭矩的传感器；
至少一个处理器；以及
至少一个存储器，所述存储器存储由所述至少一个处理器执行的指令，执行所述指令时，使得所述至少一个处理器：
基于至少一个参数，确定由所述工具施加到所述棒或椎弓根螺钉上的力或扭矩的阈值；并且
从所述至少一个传感器接收在通过所述工具将所述棒复位到头部期间与由所述工具施加在所述椎弓根螺钉或棒上的力或扭矩的大小相对应的数据。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述工具是手持的并且由用户操作。
3.根据权利要求1所述的系统，其中所述至少一个传感器设置在所述工具或所述椎弓根螺钉头部中的至少一个上。
4.根据权利要求3所述的系统，其中所述至少一个传感器设置在所述工具上并且集成到所述工具中。
5.根据权利要求1所述的系统，其中所述至少一个参数是螺钉质量、棒的几何形状、棒的机械特性、患者运动范围、骨质量或术前计划中的至少一个。
6.根据权利要求1所述的系统，其中所述存储器存储用于由所述至少一个处理器执行的附加指令，执行所述指令时，进一步使得所述至少一个处理器：
当监测到的幅度达到阈值时，更新用于所述棒复位的计划。
7.根据权利要求1所述的系统，其进一步包括：
至少一个机械臂，被配置为选择性地将所述椎弓根螺钉植入患者体内并保持所述工具；以及
设置在所述机械臂上的至少一个机器人传感器，
其中所述存储器存储用于由所述至少一个处理器执行的附加指令，执行该指令时，进一步使所述至少一个处理器：
从所述至少一个机器人传感器接收在患者体内植入所述椎弓根螺钉期间与由所述机械臂施加到所述椎弓根螺钉上的力或扭矩相对应的传感器数据；并
根据传感器数据确定所述椎弓根螺钉的螺钉质量。
8.根据权利要求7所述的系统，其中所述存储器存储用于由所述至少一个处理器执行的附加指令，执行所述指令时，进一步使得所述至少一个处理器：
使所述机械臂将所述棒插入患者体内。
9.根据权利要求7所述的系统，其中所述存储器存储用于由所述至少一个处理器执行的附加指令，执行所述指令时，进一步使得所述至少一个处理器：
使所述机械臂操作所述工具将所述棒分阶段复位到多个椎弓根螺钉上，所述多个椎弓根螺钉包括椎弓根螺钉。
10.根据权利要求9所述的系统，其中分阶段复位棒包括使所述机械臂依次递增地拧紧所述多个椎弓根螺钉中的每个椎弓根螺钉头部中的固定螺钉，以避免点荷载任何单个椎弓根螺钉。
11.根据权利要求1所述的系统，其中，所述工具是摇杆。
12.一种用于监测棒复位过程的装置，包括：
至少一个处理器；以及
至少一个存储器，所述存储器存储由所述至少一个处理器执行的指令，执行所述指令时，使得所述至少一个处理器：
基于至少一个参数，确定在将所述棒复位到一个或多个螺钉中各螺钉头部期间由所述棒复位所述工具施加的力或扭矩的阈值；并且
从所述至少一个传感器接收在所述棒复位到所述头部期间与由所述工具施加在一个或多个螺钉或棒上的力或扭矩的大小相对应的数据。
13.根据权利要求12所述的装置，其中，所述工具是手持的并且由用户操作。
14.根据权利要求13所述的装置，其中所述至少一个参数是螺钉质量、棒的几何形状、棒的机械特性、患者运动范围、骨质量或术前计划中的至少一个。
15.根据权利要求13所述的装置，其中所述存储器存储用于由所述至少一个处理器执行的附加指令，执行所述指令时，进一步使所述至少一个处理器：
当监测到的幅度达到所述阈值时，更新用于所述棒复位的计划。
16.根据权利要求13所述的装置，其中所述存储器存储用于由所述至少一个处理器执行的附加指令，执行所述指令时，进一步使所述至少一个处理器：
从所述至少一个传感器接收在患者体内植入所述椎弓根螺钉期间与施加到所述椎弓根螺钉上的力或扭矩相对应的传感器数据；并
根据所述传感器数据确定所述椎弓根螺钉的螺钉质量。
17.根据权利要求16所述的装置，其中所述存储器存储用于由所述至少一个处理器执行的附加指令，执行所述指令时，进一步使所述至少一个处理器：
使所述机械臂将所述棒插入患者体内。
18.根据权利要求16所述的装置，其中所述存储器存储用于由所述至少一个处理器执行的附加指令，执行所述指令时，进一步使所述至少一个处理器：
使所述机械臂操作所述工具将所述棒分阶段复位到多个椎弓根螺钉上，所述多个椎弓根螺钉包括椎弓根螺钉。
19.根据权利要求18所述的装置，其中分阶段复位棒包括使所述机械臂依次递增地拧紧所述多个椎弓根螺钉中的每个椎弓根螺钉头部中的固定螺钉，以避免点荷载任何单个椎弓根螺钉。
20.根据权利要求13所述的装置，其中，所述工具是摇杆。
21.一种用于监测棒复位过程的方法，包括：
接收用于复位棒的手术计划；
基于至少一个参数确定工具施加在棒或椎弓根螺钉上的力的阈值；
接收与工具在将棒复位到头部期间施加在椎弓根螺钉或棒上的力的大小相对应的数据；和
监测到的幅度达到阈值时更新计划。
22.根据权利要求21所述的方法，进一步包括：
使所述棒插入患者体内；以及
使用所述工具使所述棒分阶段复位到多个椎弓根螺钉上，所述多个椎弓根螺钉包括椎弓根螺钉。
23.根据权利要求22所述的方法，其中，所述工具是手持的并且由用户操作。
24.根据权利要求21所述的方法，进一步包括：
使所述机械臂将所述棒插入患者体内；以及
使所述机械臂操作所述工具将所述棒分阶段复位到多个椎弓根螺钉上，所述多个椎弓根螺钉包括椎弓根螺钉。
25.根据权利要求21所述的方法，其中所述至少一个参数是每个螺钉的特性、棒的几何形状、棒的机械特性、患者运动范围、骨质量和/或术前计划中的至少一个，并且其中所述方法进一步包括：
从所述至少一个机器人传感器接收在患者体内植入所述椎弓根螺钉期间与由所述机械臂施加到所述椎弓根螺钉上的力或扭矩相对应的传感器数据；并
根据所述传感器数据确定所述椎弓根螺钉的螺钉质量。
26.根据权利要求21所述的方法，其中更新计划包括更新一个或多个手术步骤、删除一个或多个手术步骤、添加一个或多个手术步骤、更新椎弓根螺钉的姿势、更新棒形状、更新棒轨迹，或更新棒插入点。
27.根据权利要求21所述的方法，其中更新计划包括修改一个或多个手术步骤以将所述工具从椎弓根螺钉移动到椎弓根螺钉以分配力或扭矩载荷。
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