CN117545437A - 手术切除装置和手术计算装置 - Google Patents

Abstract

公开了便于解剖学切除的手术方法和装置。在一些示例中，公开了一种手术切除装置，其包括静止壳体和经由挠性垫圈联接到壳体的切除工具，所述挠性垫圈允许静止壳体和切除工具之间的相对运动。电机也联接到静止壳体并且构造成使切除工具围绕第一轴线旋转。手术切除装置还包括两个线性致动器，所述两个线性致动器设置在柄部内并且经由相应的销连杆机构联接到静止壳体。致动器独立地可驱动以使切除工具在第二轴线内平移并且使切除工具围绕第三轴线旋转。手术计算装置可以跟踪手术切除装置，驱动电机和致动器以将切除工具与术前确定的切除平面对准，并且控制切除工具的位置和速度。

Description

手术切除装置和手术计算装置

相关申请的交叉引用

本申请要求于2021年7月19日提交的并且名称为“手术切除装置及其操作方法(SURGICAL RESECTION DEVICE AND METHODS OF OPERATION THEREOF)”的美国临时申请序列号63/223,233的优先权，其通过全文引用并入本文。

技术领域

本公开大体上涉及与计算机辅助手术系统相关的方法、系统和装置，所述计算机辅助手术系统包括各种硬件和软件部件，所述硬件和软件部件一起工作以增强手术工作流程。所公开的技术可以应用于例如肩、髋和膝关节成形术，以及其他外科手术，如关节镜手术、脊柱手术、颌面手术、肩袖手术、韧带修复和置换手术。

背景技术

用于关节成形手术(例如，全膝置换)的骨切除通常使用摆动锯和使用解剖学参考手动对准的(一个或多个)切割引导件来完成。最近，机器人或计算机辅助关节成形术提高了切除和植入物放置以及相关患者结果的准确性和可重复性。特别地，术后功能、疼痛、康复和满意度都可能受到植入物放置的影响。

然而，计算机辅助关节成形手术的显著缺点是执行手术所需的机器人系统的尺寸和成本。另外，这些机器人系统中的许多机器人系统从执行手术的外科医生移除控制。为了克服这些限制，提出了一种手持式手术装置，其构造成以多个自由度自动对准切割器具、切割块或植入物。

发明内容

公开了手术计算装置、手术切除装置、手术系统、非暂时性计算机可读介质和手术方法，其便于在手术程序期间改善患者解剖结构的切除。根据一些实施例，手术切除装置包括静止壳体和切除工具，所述切除工具包括环形齿轮并且经由挠性垫圈联接到所述静止壳体，所述挠性垫圈允许所述静止壳体和所述切除工具之间的相对运动。电机联接到所述静止壳体并且包括小齿轮，所述小齿轮构造成与所述环形齿轮对接以使所述切除工具围绕第一轴线旋转。柄部，所述柄部联接到所述静止壳体，以及至少两个线性致动器，所述至少两个线性致动器设置在所述柄部内并且经由相应的销连杆机构联接到所述静止壳体。所述至少两个线性致动器独立地可驱动以使所述切除工具在第二轴线内平移并且使所述切除工具围绕第三轴线旋转。

根据一些实施例，所述第二轴线不同于所述第一轴线，并且所述第三轴线不同于所述第一轴线和所述第二轴线中的每一个。

根据一些实施例，所述至少两个线性致动器包括在所述第一轴线的方向上彼此间隔的第一线性致动器和第二线性致动器。

根据一些实施例，所述至少两个线性致动器中的每一个包括另一电机和螺母或导螺杆组件。

根据一些实施例，所述至少两个线性致动器中的一个或多个线性致动器包括气动致动器、液压致动器或压电致动器。

根据一些实施例，所述手术切除装置还包括光学跟踪装置，所述光学跟踪装置联接到所述静止壳体并且包括多个基准。

根据一些实施例，所述切除工具包括磨刀、矢状手术锯或摆动手术锯。

根据一些实施例，所述电机还构造成沿着所述第一轴线的方向延伸和缩回所述切除工具。

根据一些实施例，所述切除工具从所述静止壳体可移除。

根据一些实施例，所述至少两个线性致动器和所述电机共同构造成以三个自由度控制所述切除工具。

根据一些实施例，公开了一种手术计算装置，其包括非暂时性计算机可读介质和一个或多个处理器，所述非暂时性计算机可读介质包括存储在其上的用于在手术程序期间促进切除的编程指令，所述一个或多个处理器联接到所述非暂时性计算机可读介质并且配置成执行所存储的编程指令以基于术前手术计划确定用于切除患者解剖结构的切除平面。然后在手术程序期间跟踪手术切除装置的位置和取向。所述手术切除装置包括切除工具、构造成使所述切除工具围绕第一轴线旋转的电机以及至少两个线性致动器，所述至少两个线性致动器独立地可驱动以使所述切除工具在第二轴线内平移并且使所述切除工具围绕第三轴线旋转。驱动所述电机或所述至少两个线性致动器中的一个或多个线性致动器中的一者或多者以基于所跟踪的位置和取向将所述切除工具的一部分与所述切除平面对准。基于在切除所述患者解剖结构期间的所跟踪的位置和取向来控制所述切除工具的所述部分在所述第一轴线的方向上的位置或所述切除工具的所述部分的速度。

根据一些实施例，所述切除工具包括手术锯，其中所述手术锯的部分包括锯片。

根据一些实施例，所述一个或多个处理器还配置成执行所存储的编程指令以在基于所跟踪的位置和取向确定实现所述锯片与所述切除平面的对准时启动所述锯片的摆动。

根据一些实施例，所述一个或多个处理器还配置成执行所存储的编程指令以启用或禁用所述锯片的摆动以控制所述锯片在所述第一轴线的所述方向上的位置。

根据一些实施例，所述一个或多个处理器还配置成执行所存储的编程指令以延伸或限制所述锯片的摆动以控制所述锯片在所述第一轴线的所述方向上的所述位置。

根据一些实施例，所述一个或多个处理器还配置成执行所存储的编程指令以将所述锯片缩回到设置在所述手术切除装置的静止壳体内的套筒中或从所述套筒延伸所述锯片以控制所述锯片在所述第一轴线的所述方向上的所述位置。

根据一些实施例，所述切除工具和所述电机设置在所述静止壳体的相对端附近，并且经由所述切除工具的环形齿轮和所述电机的小齿轮在所述静止壳体内对接。在这些实施例中，所述处理器还配置成执行所存储的编程指令以驱动所述电机旋转所述小齿轮，从而使所述小齿轮接合所述环形齿轮以使所述切除工具围绕所述第一轴线旋转。

根据一些实施例，所述一个或多个处理器还配置成执行所存储的编程指令以基于联接到所述手术切除装置的第一光学跟踪装置和联接到所述患者解剖结构的第二光学跟踪装置来相对于所述患者解剖结构跟踪所述位置和取向。在这些实施例中，所述第一光学跟踪装置和所述第二光学跟踪装置中的每一个包括多个基准。

根据一些实施例，所述切除工具包括磨刀。在这些实施例中，所述处理器还配置成执行所存储的编程指令以在基于所跟踪的位置和取向确定实现所述磨刀与所述切除平面的对准时启动所述磨刀的旋转。

根据一些实施例，所述一个或多个处理器还配置成执行所存储的编程指令以在所述第一轴线的所述方向上延伸或缩回所述磨刀，从而控制所述磨刀的暴露。

附图说明

并入本说明书中且形成本说明书的一部分的附图说明本公开的实施例，且连同文字描述一起用于解释本发明的原理、特性和特征。在附图中：

图1示出了根据实施例的包括说明性计算机辅助手术系统(CASS)的手术室。

图2示出了根据实施例的手术切除装置。

图3示出了根据实施例的联接到光学跟踪系统的图2的手术切除装置。

图4示出了根据实施例的具有柄部并且作为导航系统的一部分的图3的手术切除装置，所述导航系统包括联接到待切除的患者解剖结构的光学跟踪系统。

图5示出了根据实施例的用于在手术程序期间促进切除的说明性方法的流程图。

图6示出了其中实施说明性实施例的各方面的说明性手术计算装置的框图。

具体实施方式

本公开不限于所描述的特定系统、装置和方法，因为其可以变化。描述中使用的术语仅用于描述特定版本或实施例的目的，而不旨在限制范围。

如本文件中所使用，除非上下文另外明确规定，否则单数形式“一个”、“一种”和“该/所述”包括复数指代。除非另有定义，否则本文所使用的所有科技术语具有与本领域普通技术人员通常所理解的相同含义。本公开中的任何内容均不应被解释为承认本公开中描述的实施例由于在前发明而无权把本公开的日期提前。如本文件中所使用，术语“包括”意指“包括但不限于”。

定义

出于本公开的目的，术语“植入物”用于指为置换或增强生物结构而制造的假体装置或结构。例如，在全髋关节置换手术中，使用假体髋臼杯(植入物)来置换或增强患者的磨损或损坏的髋臼。虽然术语“植入物”通常被认为表示人造结构(与移植形成对比)，但是出于本说明书的目的，植入物可包括为置换或增强生物结构移植的生物组织或材料。

出于本公开的目的，术语“实时”用于指当事件发生或由手术系统接收输入时，在运行中执行的计算或操作。然而，术语“实时”的使用并不意图排除在输入和响应之间引起一些延迟的操作，只要延迟是由机器的性能特性引起的非预期后果。

尽管本公开中的许多内容涉及按特定职衔或角色的外科医生或其他医务人员，但本公开中的任何内容都不旨在局限于特定的职衔或职能。外科医生或医务人员可包括任何医生、护士、医务人员或技师。这些术语或职衔中的任何一个都可以与本文公开的系统的用户互换使用，除非另有明确规定。例如，在一些实施例中，对外科医生的提及也可以适用于技师或护士。

本文所公开的系统、方法和装置特别好地适于利用手术导航系统(例如手术导航系统)的手术程序。CORI是宾夕法尼亚州匹兹堡的BLUE BELT TECHNOLOGIES公司的注册商标，该公司是田纳西州孟菲斯的SMITH&NEPHEW公司的子公司。

CASS生态系统概述

图1提供了根据一些实施例的示例性计算机辅助手术系统(CASS)100的图示。如以下部分中进一步详细描述的，CASS使用计算机、机器人和成像技术帮助外科医生执行骨科手术程序，例如全膝关节成形术(TKA)或全髋关节成形术(THA)。例如，手术导航系统可以帮助外科医生以高准确度定位患者解剖结构、引导手术器械和植入医疗装置。诸如CASS100的手术导航系统通常采用各种形式的计算技术来执行各种标准和微创手术程序和技术。此外，这些系统允许外科医生相对于患者的身体更准确地规划、跟踪和导航器械和植入物的放置，以及进行术前和术中身体成像。

执行器平台105在手术期间相对于患者定位手术工具。执行器平台105的确切部件将取决于所采用的实施方案而不同。例如，对于膝手术，执行器平台105可以包括在其使用期间保持手术工具或器械的末端执行器105B。末端执行器105B可以是由外科医生使用的手持式装置或器械(例如，手持件或切割引导件或夹具)，或者替代地，末端执行器105B可以包括由机器人臂105A保持或定位的装置或器械。尽管在图1中示出了一个机器人臂105A，但在一些实施例中，可以有多个装置。作为示例，在手术台T的每一侧上可以有一个机器人臂105A，或者在手术台T的一侧上可以有两个装置。机器人臂105A可以直接安装到手术台T，在手术台T的旁边位于地板平台(未示出)上，安装在落地杆上，或安装在手术室的墙壁或天花板上。地板平台可以是固定的或可移动的。在一个特定实施例中，机器人臂105A安装在位于患者的腿或脚之间的落地杆上。在一些实施例中，末端执行器105B可以包括缝合线保持器或吻合器以辅助闭合伤口。此外，在两个机器人臂105A的情况下，手术计算机150可以驱动机器人臂105A一起工作以在闭合时缝合伤口。替代地，手术计算机150可以驱动一个或多个机器人臂105A以在闭合时缝合伤口。

执行器平台105可以包括用于在手术期间定位患者的肢体的肢体定位器105C。肢体定位器105C的一个示例是SMITH AND NEPHEW SPIDER2系统。肢体定位器105C可以由外科医生手动操作，或者替代地，基于从手术计算机150(以下描述)接收到的指令来改变肢体位置。尽管在图1中示出了一个肢体定位器105C，但在一些实施例中可以有多个装置。作为示例，在手术台T的每一侧上可以有一个肢体定位器105C，或者在手术台T的一侧上可以有两个装置。肢体定位器105C可以直接安装到手术台T，在手术台T的旁边位于地板平台(未示出)上，安装在杆上，或安装在手术室的墙壁或天花板上。在一些实施例中，肢体定位器105C可以以非常规方式使用，例如牵开器或特定的骨保持器。作为示例，肢体定位器105C可以包括脚踝靴、软组织夹、骨夹或软组织牵开器匙，例如钩形、弯曲或成角的刀片。在一些实施例中，肢体定位器105C可以包括缝合线保持器以辅助闭合伤口。

执行器平台105可以包括工具，如螺丝刀，指示轴线或平面的光或激光，水准仪，销驱动器，销拔出器，平面检查器，指示器，指状件，或其某种组合。

切除设备110(图1中未示出)使用例如机械、超声或激光技术执行骨或组织切除。切除设备110的示例包括钻孔装置、去毛刺装置、摆动锯切装置、振动冲击装置、扩孔器、超声骨切割装置、射频消融装置、往复运动装置(例如锉刀或拉刀)以及激光消融系统。在一些实施例中，切除设备110在手术期间由外科医生保持和操作。在其他实施例中，执行器平台105可以用于在使用期间保持切除设备110。

执行器平台105还可以包括切割引导件或夹具105D，其用于引导在手术期间用于切除组织的锯或钻。这样的切割引导件105D可以一体地形成为执行器平台105或机器人臂105A的一部分，或者切割引导件可以是可以配合地和/或可移除地附接到执行器平台105或机器人臂105A的独立结构。执行器平台105或机器人臂105A可由CASS100控制，以根据术前或术中开发的手术计划将切割引导件或夹具105D定位在患者的解剖结构附近，使得切割引导件或夹具将根据手术计划产生精确的骨切割。

跟踪系统115使用一个或多个传感器来采集定位患者的解剖结构和手术器械的实时位置数据。例如，对于TKA程序，跟踪系统可以在程序期间提供末端执行器105B的位置和取向。除了位置数据之外，来自跟踪系统115的数据还可以用于推断解剖结构/器械的速度/加速度，其可以用于工具控制。在一些实施例中，跟踪系统115可以使用附接到末端执行器105B的跟踪器阵列来确定末端执行器105B的位置和取向。可以基于跟踪系统115的位置和取向以及跟踪系统115与末端执行器105B之间的三维空间中的已知关系推断末端执行器105B的位置。在本发明的各种实施例中可以使用各种类型的跟踪系统，包括但不限于红外(IR)跟踪系统、电磁(EM)跟踪系统、基于视频或图像的跟踪系统以及超声配准和跟踪系统。使用由跟踪系统115提供的数据，手术计算机150可以检测对象并防止碰撞。例如，手术计算机150可以防止机器人臂105A和/或末端执行器105B与软组织碰撞。

任何合适的跟踪系统都可以用于跟踪手术室中的手术对象和患者解剖结构。例如，IR和可见光相机的组合可以在阵列中使用。各种照明源，例如IR LED光源，可以照射场景，从而允许进行三维成像。在一些实施例中，这可包括立体成像、三视角(tri-scopic)成像、四视角(quad-scopic)成像等。除了在一些实施例中相机阵列附连到推车之外，在整个手术室中可以放置附加的相机。例如，手持工具或由操作员/外科医生佩戴的头戴式耳机可包括成像能力，所述成像能力将图像传送回中央处理器，以将这些图像与由相机阵列捕获的图像相关联。这可以给出用于使用多个视角建模的环境的更稳健的图像。此外，一些成像装置可具有合适的分辨率或对场景具有合适的视角以拾取存储在快速响应(QR)码或条形码中的信息。这可以有助于识别未用系统手动配准的特定对象。在一些实施例中，相机可以被安装在机器人臂105A上。

在一些实施例中，外科医生可以在术前或术中用系统手动配准特定对象。例如，通过与用户界面交互，外科医生可识别工具或骨结构的起始位置。通过跟踪与该工具或骨结构相关联的基准标记，或者通过使用其他常规图像跟踪模式，处理器可以在该工具或骨移动穿过环境时在三维模型中跟踪该工具或骨。

在一些实施例中，某些标记，例如识别手术室中的个体、重要工具或骨的基准标记，可以包括可由与跟踪系统相关联的相机或相机阵列拾取的无源或有源标识符。例如，IRLED可以闪烁图案，将唯一标识符传送到该图案的来源，从而提供动态识别标记。类似地，一维或二维光学代码(条形码、QR码等)可以附连到手术室的对象以提供基于图像分析可以发生的被动识别。如果这些代码非对称地放置在对象上，则它们也可以用于通过将标识的位置与图像中的对象的范围进行比较来确定对象的取向。例如，可以将QR码放置在工具托盘的角部中，从而允许跟踪该托盘的取向和标识。文中各处解释其他跟踪模式。例如，在一些实施例中，外科医生和其他工作人员可以佩戴增强现实头戴式耳机以提供附加的相机角度和跟踪能力。

除了光学跟踪之外，可以通过记录对象的物理特性并将其与可以被跟踪的对象相关联来跟踪对象的某些特征，例如固定到工具或骨的基准标记。例如，外科医生可以执行手动配准过程，由此可以相对于彼此操纵被跟踪的工具和被跟踪的骨。通过将工具的尖端撞击骨的表面，可以针对该骨绘制三维表面，该三维表面与相对于该基准标记的参考框架的位置和取向相关联。通过光学跟踪与该骨相关联的基准标记的位置和取向(姿势)，可以通过外推法在环境中跟踪该表面的模型。

将CASS100配准到患者的相关解剖结构的配准过程还可以涉及使用解剖学标志，例如骨或软骨上的标志。例如，CASS100可以包括相关骨或关节的3D模型，并且外科医生可以使用连接到CASS的探针在术中采集有关患者实际骨上的骨标志的位置的数据。骨标志可包括例如内侧蜾和外侧蜾、股骨近端和胫骨远端以及髋关节的中心。CASS100可以将外科医生用探针采集的骨标志的位置数据与3D模型中的相同标志的位置数据进行比较和配准。替代地，CASS100可以通过使用由外科医生使用CASS探针或其他手段采集的骨标志和骨表面的位置数据来构建没有术前图像数据的骨或关节的3D模型。配准过程还可以包括确定关节的各个轴线。例如，对于TKA，外科医生可以使用CASS100来确定股骨和胫骨的解剖和机械轴。外科医生和CASS100可以通过沿着螺旋方向(即，环行)移动患者的腿来识别髋关节的中心，使得CASS可以确定髋关节的中心位于何处。

组织导航系统120(图1中未示出)为外科医生提供了围绕手术区域患者的骨、软骨、肌肉、神经和/或血管组织的术中实时可视化。可以用于组织导航的系统的示例包括荧光成像系统和超声波系统。

显示器125提供图形用户界面(GUI)，该用户界面显示由组织导航系统120采集的图像以及与手术相关的其他信息。例如，在一个实施例中，显示器125覆盖从各种模式(例如，CT、MRI、X射线、荧光、超声波等)采集、术前或术中采集的图像信息，以向外科医生提供患者解剖结构的各种视图以及实时条件。显示器125可包括例如一个或多个计算机监视器。作为显示器125的替代或补充，手术工作人员的一个或多个成员可以佩戴增强现实(AR)头戴式装置(HMD)。例如，在图1中，外科医生111佩戴着AR HMD 155，其可以例如在患者上覆盖术前图像数据或提供手术规划建议。在以下部分中详述AR HMD 155在手术程序中的各种示例性使用。

手术计算机150向CASS100的各种部件提供控制指令，从那些部件采集数据，并且为手术期间所需的各种数据提供一般处理。在一些实施例中，手术计算机150是通用计算机。在其他实施例中，手术计算机150可以是使用多个中央处理单元(CPU)或图形处理单元(GPU)来执行处理的并行计算平台。在一些实施例中，手术计算机150通过一个或多个计算机网络(例如，互联网)连接到远程服务器。例如，远程服务器可用于存储数据或执行计算密集的处理任务。

本领域中通常已知的各种技术可用于将手术计算机150连接到CASS 100的其他部件。此外，计算机可以使用各技术的混合连接到手术计算机150。例如，末端执行器105B可以通过有线(即，串行)连接来连接到手术计算机150。跟踪系统115、组织导航系统120和显示器125可以类似地使用有线连接来连接到手术计算机150。替代地，跟踪系统115、组织导航系统120和显示器125可以使用无线技术连接到手术计算机150，所述无线技术例如但不限于Wi-Fi、蓝牙、近场通信(NFC)或ZigBee。

机器人臂

在一些实施例中，CASS100包括机器人臂105A，该机器人臂充当用于稳定和保持在手术程序期间使用的各种器械的接口。例如，在髋手术的背景下，这些器械可以包括但不限于牵开器、矢状或往复锯、扩孔器手柄、杯冲击器、髓针柄和茎插入器。机器人臂105A可具有多个自由度(如蜘蛛装置)，并且具有锁定就位的能力(例如，通过按下按钮、语音激活、外科医生从机器人臂移除手，或其他方法)。

在一些实施例中，机器人臂105A的移动可以通过使用内置到机器人臂系统中的控制面板来实现。例如，显示屏可以包括一个或多个输入源，例如物理按钮或具有一个或多个图标的用户界面，该输入源引导机器人臂105A的移动。外科医生或其他医务人员可以与一个或多个输入源接合以在执行手术程序时定位机器人臂105A。

附接或集成到机器人臂105A中的工具或末端执行器105B可以包括但不限于去毛刺装置、手术刀、切割装置、牵开器、关节张紧装置等。在使用末端执行器105B的实施例中，末端执行器可以定位在机器人臂105A的端部处，使得在机器人臂系统内执行任何电机控制操作。在使用工具的实施例中，工具可以固定在机器人臂105A的远端处，但电机控制操作可以驻留在工具本身内。

机器人臂105A可以在内部机动以稳定机器人臂，由此防止其掉落和击中患者、手术台、手术工作人员等，并且允许外科医生在不必完全支撑其重量的情况下移动机器人臂。当外科医生移动机器人臂105A时，机器人臂可以提供一些阻力以防止机器人臂移动过快或一次激活太多自由度。机器人臂105A的位置和锁定状态可以例如由控制器或手术计算机150跟踪。

在一些实施例中，机器人臂105A可以手动移动(例如，由外科医生)或利用内部电机移动到其针对正在执行的任务的理想位置和取向。在一些实施例中，可以启用机器人臂105A以“自由”模式操作，该“自由”模式允许外科医生在不受限制的情况下将臂定位在期望位置中。当处于自由模式时，机器人臂105A的位置和取向仍可如上所述被跟踪。在一个实施例中，在由手术计算机150跟踪的手术计划的指定部分期间，在用户(例如，外科医生)输入时，可以选择性地释放某些自由度。机器人臂105A通过液压或电机内部供电或通过类似手段提供对外部手动运动的阻力的设计可描述为电动机器人臂，同时无功率反馈手动操纵但可手动或自动锁定就位的臂可描述为无源机器人臂。

机器人臂105A或末端执行器105B可包括用于控制锯或钻的功率的触发器或其他装置。外科医生接合触发器或其他装置可使机器人臂105A或末端执行器105B从机动对准模式转变到锯或钻接合和通电的模式。另外，CASS100可包括脚踏板(未示出)，该脚踏板使系统在激活时执行某些功能。例如，外科医生可以激活脚踏板以指示CASS100将机器人臂105A或末端执行器105B置于自动模式，所述自动模式将机器人臂或末端执行器相对于患者的解剖结构置于适当的位置，以便执行必要的切除。CASS100还可以将机器人臂105A或末端执行器105B置于协作模式，所述协作模式允许外科医生手动操纵机器人臂或末端执行器并将其定位在特定位置中。协作模式可以配置成允许外科医生在限制其他方向上的移动的同时向内侧或外侧移动机器人臂105A或末端执行器105B。如所论述的，机器人臂105A或末端执行器105B可包括切割装置(锯、钻和磨刀)或将引导切割装置的切割引导件或夹具105D。在其他实施例中，机器人臂105A或机器人控制的末端执行器105B的移动可以完全由CASS100控制，而不需要外科医生或其他医务人员的任何辅助或输入，或者只需要有最少的辅助或输入。在另外其他实施例中，机器人臂105A或机器人控制的末端执行器105B的移动可以由外科医生或其他医务人员使用与机器人臂或机器人控制的末端执行器装置分开的控制机构(例如使用操纵杆或交互式监视器或显示控制装置)远程控制。

以下示例描述了在髋手术的背景下使用机器人装置；然而，应当理解，机器人臂在涉及膝、肩等的手术程序中可能还有其他应用。在2019年8月28日提交的、名称为“机器人辅助韧带移植物放置和张紧(Robotic Assisted Ligament Graft Placement andTensioning)”的WIPO公开号WO 2020/047051中描述了在形成前十字韧带(ACL)移植隧道的背景下使用机器人臂的一个示例，其全部内容通过引用并入本文。

机器人臂105A可以用于保持牵开器。例如，在一个实施例中，机器人臂105A可以由外科医生移动到期望位置中。此时，机器人臂105A可以锁定到适当位置。在一些实施例中，向机器人臂105A提供关于患者位置的数据，使得如果患者移动，则机器人臂可以相应地调整牵开器位置。在一些实施例中，可以使用多个机器人臂，由此允许多个牵开器被保持或同时执行多于一个活动(例如，牵开器保持和扩孔)。

机器人臂105A还可用于帮助稳定外科医生的手，同时进行股骨颈切割。在此应用中，机器人臂105A的控制可以施加某些限制以防止发生软组织损伤。例如，在一个实施例中，手术计算机150在其操作时跟踪机器人臂105A的位置。如果所跟踪的位置接近预测组织损伤的区域，则可以向机器人臂105A发送命令，使其停止。替代地，在机器人臂105A由手术计算机150自动控制的情况下，手术计算机可以确保不给机器人臂提供使其进入可能发生软组织损伤的区域的任何指令。手术计算机150可以对外科医生施加某些限制，以防止外科医生在髋臼的内侧壁中过远地扩孔或以不正确的角度或取向扩孔。

在一些实施例中，机器人臂105A可用于在杯冲击期间以期望的角度或取向保持杯冲击器。当已达到最终位置时，机器人臂105A可以防止任何进一步的扩孔以防止损伤骨盆。

外科医生可以使用机器人臂105A将髓针柄定位在期望位置处，并且允许外科医生在期望取向处将髓针冲击到股管中。在一些实施例中，一旦手术计算机150接收到髓针完全就位的反馈，机器人臂105A就可以限制手柄以防止进一步推进髓针。

机器人臂105A还可用于重塑表面(resurfacing)应用。例如，机器人臂105A可以在使用传统器械的同时稳定外科医生，并且提供某些限制或约束以允许适当地放置植入部件(例如，导丝放置、倒角切割器、套筒切割器、计划切割器等)。在仅使用磨刀的情况下，机器人臂105A可以使外科医生的手持件稳定并且可以对手持件施加限制以防止外科医生违反手术计划而移除非预期的骨。

机器人臂105A可以是被动臂。作为示例，机器人臂105A可以是可从Brainlab AG获得的CIRQ机器人臂。CIRQ是德国慕尼黑Olof-Palme-Str.981829，Brainlab AG的注册商标。在一个特定实施例中，机器人臂105A是智能握持臂，如在授予Krinninger等人的美国专利申请第15/525,585号，授予Nowatschin等人的美国专利申请第15/561,042号，授予Nowatschin等人的美国专利第15/561,048号以及授予Nowatschin等人的美国专利第10,342,636号中所公开，上述每个专利的全部内容通过引用并入本文。

现在参照图2，示出了根据本技术的实施例的手术切除装置200。在该示例中手术切除装置200是手持式的，具有最少两个自由度，并且通过CASS100中的导航装置进行控制以保持切割轴线或平面被约束到感兴趣的平面，所述感兴趣的平面在术前确定并且在本文中被称为切除平面。基于可选地经由挠性垫圈206联接到静止壳体204的手术切除装置的切除工具202的切割元件，手术切除装置200被确定为与切除平面对准。在图2中所示的示例中，切除工具202是具有锯片208切割元件的摆动手术锯，但是在其他示例中，切除工具可以是例如另一种类型的手术锯(例如，矢状手术锯)或磨刀，并且也可以使用其他类型的切割工具。

为了相对于切除平面约束切除工具202，将至少两个线性致动器210A-B联接到静止壳体204。线性致动器210A-B能够以两个自由度(即，平移自由度和旋转自由度)改变切除工具202的位置。因此，线性致动器210A-B约束四个自由度，同时主动控制两个自由度。在该示例中线性致动器210A-B经由相应的销连杆机构212A-B联接到静止壳体204，并且在第一轴线(即，图2中所示的Z轴线)的方向上彼此间隔。线性致动器210A-B独立地可驱动以使切除工具202在第二轴线(即，图2中所示的Y轴线)内平移并且使切除工具围绕第三轴线(即，图2中所示的X轴线)旋转。

在一些示例中，线性致动器210A-B中的一个或多个线性致动器可以包括驱动螺母的电机，所述螺母将电机的旋转运动转换成线性运动。在另外的示例中，螺母由套筒支撑。在一些示例中，螺母构造成在线性致动器的至少一些状态下至少部分地包封电机。

因此，在该示例中，线性致动器210A-B被独立地驱动以允许在Y轴线的方向上的平移以及经由围绕X轴线的旋转的翻滚调节。因此销连杆机构212A-B分别允许在Y方向上的平移自由和围绕X轴线的旋转自由。在一些示例中，销连杆机构212A-B是静止的。在示例中，销连杆机构212A-B中的一个或多个销连杆机构构造成提供旋转，同时另一销连杆机构212A-B构造成提供旋转和平移(例如，槽和销)。例如，线性致动器210A-B中的一个或多个线性致动器可以是联接到螺母和/或导螺杆组件的直流步进电机、气动致动器、液压致动器、压电致动器、齿条和小齿轮致动器或基于曲柄/臂或凸轮/从动机构的致动器，但是在其他示例中可以使用其他类型的致动器。

在一些示例中，包括如图2中所示，切除工具202经由第三旋转致动器在第三自由度上被进一步控制，在该示例中所述第三旋转致动器是联接到静止壳体204的电机214(例如，直流步进电机)，但是也可以使用另一种类型的旋转致动器。因此在该示例中第三自由度是旋转并且围绕第一轴线(即，图2中所示的Z轴线)。在例如通过磨刀执行切割的示例中，磨刀固有地围绕第一轴线(即，图2中的Z轴线)旋转以实现患者解剖结构的切除，并且因此不为切除工具202本身提供围绕第一轴线的第三旋转自由度。

因此，在切除工具202包括锯片208的示例中可以提供第三自由度的控制，但是在其他示例中对于其他类型的切除工具可以控制第三自由度。在图2中所示的具有锯片208的切除工具202的示例中，电机214促进锯片围绕锯片的长轴线旋转，所述长轴线在本文中被称为第一轴线并且是图2中所示的Z轴线。因此，在参照图2描述和示出的示例中，线性致动器210A-B和电机214共同构造成在三个自由度上控制切除工具202。

为了促进切除工具202围绕第一轴线(即，图2中的Z轴线)旋转，在一些示例中切除工具包括环形齿轮(未示出)，并且切除工具经由挠性垫圈206联接到静止壳体204，所述挠性垫圈允许静止壳体和切除工具之间的相对运动。在该示例中，电机214包括小齿轮(未示出)，所述小齿轮构造成通过静止壳体204或在静止壳体内与切除工具202的环形齿轮对接以使切除工具围绕第一轴线(即，图2中的Z轴线)旋转。换句话说，电机214的致动以及因此小齿轮的致动驱动切除工具202和相关联的锯片208在静止壳体204内的旋转。因此，在该示例中，锯切除工具202(即，摆动手术锯)相对于静止壳体204以偏航(即，围绕图2中所示的第一轴线或Z轴线)自由旋转。

在另外的其他示例(例如，其中切除工具包括磨刀)中，第三自由度是平移的并且在第一轴线(即，图2中所示的Z轴线)的方向上。在这些示例中，电机214或另一线性致动器构造成沿着第一轴线的方向延伸和缩回切除工具202。

可选地，在一些示例中切除工具202可以从静止壳体204可移除。在这些示例中，可以基于安装的切除工具202的类型或其他特性来激活或停用特定的(一个或多个)自由度。基于切除工具202的连接或接口(例如，关于电机214与切除工具的接合)，激活或停用可以是机械的。在另一示例中，激活或停用可以是电气的，并且由手术计算机150或CASS100内的另一装置基于安装的切除工具202的类型或其他特性的确定来管理。在其他示例中也可以使用用于激活或停用特定安装的切除工具的(一个或多个)自由度的其他方法。

参照图3，根据本技术的实施例，手术切除装置200示出为联接到光学跟踪系统300。在该示例中光学跟踪系统300包括标记或基准302A-D并且至少联接到手术切除装置200的静止壳体204。在该示例中，切除工具202的位置可以基于电机编码器或其他位置传感器来确定。在其他示例中，标记302A-D可以联接到移动部件(例如，与切除工具202相关联)，其中电机214和/或线性致动器210A-B的致动基于切除工具202的所跟踪的位置。

在其他示例中可以使用其他类型的跟踪装置来通过CASS100和相关联的手术计算机150跟踪切除工具202在空间(例如，手术环境)中的位置和取向以便于关于其位置、取向、激活和/或速度来控制切除装置200，如下面参照图5更详细地描述和示出。

参照图4，手术切除装置200示出为具有柄部400并且作为导航系统的一部分，所述导航系统包括光学跟踪系统402，所述光学跟踪系统根据本技术的实施例联接或固定到待切除的患者解剖结构404。在该示例中柄部400联接到静止壳体204并且为线性致动器210A-B和销连杆机构212A-B提供壳体，同时提供便于手术切除装置200的手持操作的形状因数。在一些实施例中，连杆机构212A-B中的至少一个连杆机构开槽以允许工具的较少约束的移动。替代地，在一个示例中，线性致动器210A-B中的一个线性致动器可以不是带销的，而是仅在一个轴线上移动。在一些示例中，壳体包括触发器。在一些示例中，壳体包括线性致动器210A-B之间的间隙。在另外的示例中，间隙构造成配合操作者的手指。

在该示例中光学跟踪系统402包括多个标记或基准406A-D，其允许手术计算机150或CASS100内的其他导航或跟踪装置确定患者解剖结构404的位置和取向。因此，光学跟踪装置300和402便于相对确定手术环境内的位置和取向以将手术切除装置200的切除工具202与和患者解剖结构404相关联的切除平面对准。

在图4的示例中，跟踪装置300联接到静止壳体204。在其他示例中，跟踪装置300联接到柄部400。在另外的示例中，跟踪装置联接在手术切除装置200上的多个位置上，诸如在静止壳体204和/或柄部400的两侧上。当外科医生改变位置和/或倒置手术切除装置200时，多个跟踪装置可以允许手术切除装置200继续操作(即，保持跟踪系统115对至少一个跟踪装置的可见性)。

在另外的示例中，手术切除装置200可以包括静止地固定到柄部的物理引导件(未示出)。物理引导件可以反映自然平面和/或在没有来自线性致动器210A-B和/或电机214的校正的情况下切割刃的位置。手术切除装置200可以包括示出与物理引导件相比由线性致动器210A-B和/或电机214提供的当前校正的一个或多个索引。在示例中，索引示出最大校正能力。

在图4的示例中，手术切除装置200经由电连接408与手术计算机150和/或具有CASS100的另一装置联接。特别地，电连接408联接到线性致动器210A-B和/或电机214以便于手术计算机150控制或驱动那些部件，如现在将参照图5更详细描述的。

参照图5，示出了根据本技术的实施例的用于在手术程序期间促进切除的说明性方法的流程图。上面详述的自由度允许手术切除装置200的切除工具202相对于待切除的解剖结构404(诸如股骨或胫骨)自动重新定位，以便于作为膝关节成形术的一部分的(一个或多个)植入物的放置。利用本文描述和示出的手术切除装置200，外科医生可以粗略地对准切除工具202，同时经由手术计算机150的机器人辅助可以微调锯片208的位置和取向以与预期的切除平面对准，同时根据手术计划执行骨切割。

在一些示例中，由CASS100跟踪的光学跟踪器装置300和402分别刚性地附连到手术切除装置200和患者解剖结构404，并且锯片208例如相对于光学跟踪器装置300的位置是已知的。因此，手术计算机150可以与线性致动器210A-B和/或电机214通信以基于(一个或多个)光学跟踪器装置300和402的跟踪将锯片208例如对准到从术前手术计划确定的预期切除平面。

特别地，基于跟踪，手术计算机150可以有利地驱动线性致动器210A-B和/或电机214以改变切除工具202和相关联锯片208的位置和/或取向，从而保持与切除平面的适当对准。例如，如果锯片208不能对准到切除平面上，则可以停止锯片，从而防止患者解剖结构404的非预期切割。因此，除了切除工具在激活的自由度上的位置和取向之外，手术计算机150还可以控制切除工具202的切割速度。

更具体地，在该示例的步骤500中，手术计算机150基于相关联手术程序的术前手术计划确定用于切除患者解剖结构404的切除平面。例如，切除平面可以是用于切除骨解剖结构以便于植入物的附接的期望或预期的切割平面。手术计划可以基于患者解剖结构404的术前成像来生成，并且可以限定切除平面以及手术程序的其他方面。

在步骤502中，在该示例中，手术计算机150分别基于光学跟踪装置300和402在手术程序期间跟踪手术切除装置202和患者解剖结构404的位置和取向。在其他示例中，可以使用图像跟踪、电磁跟踪、基于雷达的跟踪和/或(一个或多个)加速度计或(一个或多个)惯性测量单元或任何其他类型的手术跟踪技术来完成跟踪。

在步骤504中，手术计算机150驱动电机114或者线性致动器210A-B中的一个或多个线性致动器中的一者或多者以尝试基于在步骤502中跟踪的位置和取向将切除工具202的一部分(例如，锯片208)与在步骤500中确定的切除平面对准。因此，外科医生启动手持式手术切除装置200的相对粗略的重新定位，同时锯片208的更精细对准例如由手术计算机150控制，所述手术计算机基于手术切除装置和联接到其上的切除工具202的跟踪位置和取向来驱动电机114和/或(一个或多个)线性致动器210A-B。

在一些示例中，引导相对不那么精细的运动以在实现柄部400和切除装置200的更优姿势方面辅助外科医生。在这些示例中，基于在步骤500中确定的平面和步骤501中的跟踪，手术计算机150可以提供包括建议移动的指示的输出以辅助外科医生。例如，输出可以是附接到外科医生佩戴的眼镜的LED的激活或引入到头戴式显示器(HMD)系统的显示器中的实时视频数据。例如，视频数据可以包括切除装置200和患者解剖结构的表示，其中引导指示被引入到视频源中。在另一示例中，例如，可以在HMD中呈现刻度盘或其他图形显示，其示出切除工具200的现有旋转或位置和/或期望的旋转或位置。在其他示例中也可以使用其他类型的引导系统。

在步骤506中，手术计算机150确定切除工具202的切割元件(例如，锯片208)是否已实现与切除平面的对准。步骤506中的确定可以基于对准阈值、指示锯片208基于线性致动器210A-B中的一个或多个线性致动器定位在其行程的极限处而与切除平面对准的能力的公差或跟踪装置的可见性，但是也可以使用用于确定步骤506中的条件的满足的其他方法。如果手术计算机150在步骤506中确定已实现对准，则采取“是”分支到步骤508。

在步骤508中，手术计算机150在切除患者解剖结构404期间控制切除工具202的切割元件(例如，锯片208)的沿着一个轴线、例如第一轴线(即，图2-5中所示的Z轴线)的位置和/或速度。例如，在实现初始对准时，手术计算机150可以通过启动摆动或以其他方式启用锯片来控制锯片208的速度。在切割元件是磨刀的另一示例中，手术计算机150可以在实现磨刀的轴线与切除平面的对准时启动磨刀的旋转(例如，基于与电机214的通信)。

在其他示例中，通过延伸或限制锯片208的摆动行程，可以在第一轴线(即，图2-5中所示的Z轴线)的方向上控制切割元件的位置。在另一示例中，手术计算机150可以通过将锯片208缩回到设置在手术切除装置200的静止壳体204内的套筒(未示出)中或使锯片从该套筒延伸来控制切割元件在第一轴线(即，图2-5中所示的Z轴线)的方向上的位置。在另外的其他示例中，提供第四自由度，其控制由切割元件引入的切口的宽度(即，锯片208摆动的角度)。因此，在这些示例中，切割元件的位置可以由切除工具202在由图2-5中所示的X轴线和Z轴线形成的平面中控制。

手术计算机150还可以通过缩回或延伸磨刀以控制磨刀的暴露来控制切割元件在第一轴线(即，图2-5中所示的Z轴线)的方向上的位置。例如，切割元件的延伸或缩回可以由电机214或设置在静止壳体204附近的另一致动器控制。

用于控制切割元件(例如锯片208)的位置的其他方法也可以用于其他示例中。在控制切割元件的位置和/或速度之后，手术计算机150返回到步骤502并且继续以上详细描述和示出的跟踪。因此，在一些示例中手术计算机150在步骤502中连续跟踪位置和取向，在步骤504中驱动(一个或多个)线性致动器210A-B和电机214以尝试保持锯片的对准，并且在步骤508中控制锯片的位置和/或速度，除非不再实现对准并且不满足步骤506中的条件。如果手术计算机150在步骤506中确定当前未实现与切除平面的对准，则采取“否”分支到步骤510。

在步骤510中，如果手术切除装置200的切割元件(例如，锯片208)在步骤506中的条件失败时被启用，则手术计算机150禁用该切割元件。在一些示例中，如果手术计算机150诸如由于特定机构(例如，线性致动器210A-B中的一个或多个线性致动器)的行程的限制不能充分地控制锯片208的位置和/或旋转，则锯片可以停止在虚拟切割平面处或刚好在破坏虚拟切割平面之前停止以防止患者解剖结构404的非预期切除。可选地，在步骤510中可以由手术切除装置200输出未对准的听觉或视觉指示，并且/或者还可以采取其他动作。在该示例中在步骤510中禁用切除工具202的锯片208之后，手术计算机150返回到步骤502并且继续跟踪手术切除装置200以及在步骤504中驱动(一个或多个)线性致动器210-B和/或电机214，直到再次实现对准并且满足步骤506中的条件。

在一些示例中，手术切除装置200的切割运动构造成基于与装置200相关联的用户启动的移动的阈值速度而减慢或停用。例如，如果外科医生要比确定的校正阈值更快地移动手术切除装置200，则装置200可以停用以防止损坏患者解剖结构。

在一些示例中，手术切除装置200联接到用于控制手术切除装置200的一个或多个输入装置。在示例中，输入装置中的至少一个输入装置位于手术切除装置200上(例如，触发器或按钮)。在另一示例中，输入装置中的至少一个输入装置在手术切除装置200的外部(例如，脚踏板或图形用户界面)。输入装置可以用于以下的某种组合：激活装置200上的切除的切割刃、停用装置200上的切除的切割刃、启用线性致动器和电机的某种组合、禁用线性致动器和电机的某种组合。

本文提供的示例集中于包括切除的装置的使用情况；然而，这仅仅是为了说明性目的，并且装置200可以适用于需要在手术环境中对准的许多使用情况。作为示例，装置200可以用于使用如本文所述的类似方法来对准切割引导件或植入物。接口可以将切割引导件和/或植入物可移除地附接到装置200。

图6示出了可以在其中实施说明性实施例的各方面的说明性数据处理系统600的框图。数据处理系统600是计算机的示例，例如服务器或客户端，实现本发明的说明性实施例的过程的计算机可用代码或指令位于其中。在一些实施例中，数据处理系统600可以是服务器计算装置。例如，数据处理系统600可以在可操作地连接到如上所述的CASS100的服务器或另一类似计算装置中实施。数据处理系统600可以配置成例如传输和接收与患者相关的信息和/或与CASS100相关的手术计划。因此，数据处理系统600可以是手术计算机150，与手术计算机成一体，或者在一些示例中可通信地联接到手术计算机150。

在所描绘的示例中，数据处理系统600可以采用集线器架构，所述集线器架构包括北桥和内存控制器集线器(NB/MCH)601以及南桥和输入/输出(I/O)控制器集线器(SB/ICH)602。处理单元603(例如，一个或多个中央处理单元或处理器核心)、主存储器604和图形处理器605可以连接到NB/MCH 601。图形处理器605可以通过例如加速图形端口(AGP)连接到NB/MCH 601。

在所描绘的示例中，网络适配器606连接到SB/ICH 602。音频适配器607、键盘和鼠标适配器608、调制解调器609、只读存储器(ROM)610、硬盘驱动器(HDD)611、光学驱动器(例如，CD或DVD)612、通用串行总线(USB)端口和其他通信端口613以及PCI/PCIe装置614可通过总线系统616连接到SB/ICH 602。PCI/PCIe装置614可以包括以太网适配器、附加卡和笔记本电脑的PC卡。ROM 610可以是例如闪存基本输入/输出系统(BIOS)。HDD 611和光学驱动器612可以使用集成驱动器电子器件(IDE)或串行高级技术附件(SATA)接口。超级I/O(SIO)装置615可以连接到SB/ICH 602。

操作系统可以在处理单元603上运行。操作系统可以协调并提供对数据处理系统600内的各个部件的控制。作为客户端，操作系统可以是市购可得的操作系统。诸如JavaTM编程系统的面向对象的编程系统可以结合操作系统运行，并从面向对象的程序或在数据处理系统600上执行的应用程序向操作系统提供调用。作为服务器，数据处理系统600可以是运行高级交互式Executive操作系统或Linux操作系统的eServerTM/>数据处理系统600可以是对称多处理器(SMP)系统，其可以在处理单元603中包括多个处理器。替代地，可以采用单处理器系统。

用于操作系统、面向对象的编程系统以及应用程序或程序的指令位于诸如HDD611的存储装置上，并且被加载到主存储器604中以用于由处理单元603执行。本文所述的实施例的过程(例如，参照图2-6)可以由处理单元603使用计算机可用程序代码执行，所述计算机可用程序代码可以位于诸如主存储器604、ROM 610的存储器(例如，其非暂时性计算机可读介质部分)中，或者位于一个或多个外围装置中。

总线系统616可以由一个或多个总线构成。可以使用任何类型的通信构造或架构来实施总线系统616，所述通信构造或架构可以提供在附接到该构造或架构的不同部件或装置之间的数据传输。诸如调制解调器609或网络适配器606的通信单元可以包括可用于传输和接收数据的一个或多个装置。

如上面详细描述和示出的，本技术为手术切除装置提供了相对小的形状因数，与完全自主的机器人辅助手术相比，所述手术切除装置相对便宜并且对手术程序的破坏性最小。与完全自主的机器人辅助手术相比，本技术有利地促进减少的手术程序时间，同时保持机器人辅助手术典型的术前规划和植入物放置准确性的益处。具体地，本技术促进更有效的骨切除，而不会降低关于切除平面或表面光洁度的精度。

虽然已公开了结合本教示的原理的各种说明性实施例，但是本教示不限于所公开的实施例。而是，本申请旨在涵盖本教示的任何变化、使用或适应性修改并使用其一般原理。此外，本申请旨在涵盖从本公开的这样的偏离，其属于这些教示所属领域的已知或惯常实践。

在以上详细描述中，参考形成其一部分的附图。在附图中，除非上下文另外规定，类似符号通常标识类似的部件。本公开中描述的说明性实施例并不意味着是限制性的。可以使用其他实施例，并且可以在不脱离本文所呈现的主题的精神或范围的情况下进行其他改变。容易理解的是，本公开的各种特征(如本文大体上描述并在附图中图示的)可以被布置、取代、组合、分离和设计成各种各样的不同构型，这些构型全部在本文中明确设想。

本公开不限于本申请中所描述的特定实施例方面，其旨在作为各种特征的说明。在不脱离本领域技术人员显然明白的精神和范围的情况下，可以进行许多修改和变化。根据前述描述，本公开的范围内的功能等效方法和设备(除本文中所列举的那些之外)对于本领域技术人员将显而易见。应当理解，本公开不限于特定的方法、试剂、化合物、组合物或生物系统，其当然可以变化。还应理解，本文中所使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，而不意图是限制性的。

关于本文中基本上任何复数和/或单数术语的使用，本领域技术人员可以根据上下文和/或应用酌情从复数转换成单数和/或从单数转换为复数。为了清楚起见，各种单数/复数排列可在本文中明确阐述。

本领域内的技术人员应理解，一般来说，本文中所使用的术语通常意图为“开放性”术语(例如，术语“包括”应解释为“包括但不限于”，术语“具有”应解释为“至少具有”，术语“包括”应解释为“包括但不限于”等等)。虽然各种组合物、方法和装置按照“包括”各种部件或步骤(解释为意为“包括但不限于”)描述，但组合物、方法和装置还可“基本上由各种部件和步骤组成”或“由各种部件和步骤组成”，并且此类术语应解释为定义基本上封闭的构件组。

另外，即使明确叙述了特定数目，所属领域的技术人员将认识到，此类叙述应解释为意指至少所叙述的数字(例如，无其他修饰词只叙述“两个叙述物”，意味着至少两个叙述物或两个或更多个叙述物)。此外，在使用类似于“A、B和C中的至少一个”的用语的那些情况下，一般来说，这种构造意在本领域技术人员将理解该用语的意义(例如，“具有A、B和C中的至少一个的系统”将包括但不限于只具有A、只具有B、只具有C、一起具有A和B、一起具有A和C、一起具有B和C和/或一起具有A、B和C的系统，等等)。在使用类似于“A、B或C中的至少一个等等”的用语的那些情况下，一般来说，这种构造意在本领域技术人员将理解该用语的意义(例如，“具有A、B或C中的至少一个的系统”将包括但不限于只具有A、只具有B、只具有C、一起具有A和B、一起具有A和C、一起具有B和C和/或一起具有A、B和C的系统，等等)。本领域技术人员还将理解，不管在说明书、样本实施例或者附图中，呈现两个或更多个替代术语的几乎任何转折词和/或短语都应理解为考虑了包括术语之一、术语中任一个或两个术语的可能性。例如，短语“A或B”将理解为包括“A”或“B”或“A和B”的可能性。

另外，在根据马库什组描述本公开的特征的情况下，本领域的技术人员将认识到，本公开还根据马库什组的任何个别成员或成员的子组描述。

本领域技术人员将理解，出于任何和所有目的，例如就提供书面描述而言，本文公开的所有范围还涵盖任何可能的子范围和所有可能的子范围及其子范围的组合。任何列出的范围可被容易地认为是充分描述并且实现分解为至少相等的二分之一、三分之一、四分之一、五分之一、十分之一等等的相同范围。作为非限制性示例，本文中论述的每个范围可以容易地分解为下三分之一、中三分之一和上三分之一等等。本领域技术人员还将理解，诸如“高达”、“至少”等的所有语言包括叙述的数字，并且指可以随后如上所述分解成子范围的范围。最后，所属领域的技术人员将理解，范围包括每个个别成员。因此，例如，具有1-3个组分的基团是指具有1、2或3个组分的基团。类似地，具有1-5个组分的基团是指具有1、2、3、4或5个组分的基团，诸如此类。

如本文所用，术语“约”是指数值量的变化，该变化例如可以通过在现实世界中的测量或处理程序，通过这些程序中的无意错误，通过组合物或试剂的制造、来源或纯度方面的差异等而发生。通常，如本文所使用的词语“约”意指比值或值的范围大或小所陈述值的1/10，例如，±10％。词语“约”还指所属领域的技术人员将认为是等效的变化，只要此类变化不涵盖现有技术实践的已知值。术语“约”之后的每个值或值范围还旨在涵盖所陈述的绝对值或值范围的实施例。无论是否由词语“约”修饰，本公开中陈述的定量值包括所叙述值的等同物，例如可能发生的但是所属领域的技术人员将认识到是等同物的此值的数值量的变化。

以上公开的各种特征和功能以及其替代方案可以组合成许多其他不同的系统或应用。本领域的技术人员随后可以进行各种目前不可预见或非预期的替代方案、修改、变化或改进，其中每一个也旨在由所公开的实施例涵盖。

Claims (20)

1.一种手术切除装置，其包括：

静止壳体；

切除工具，所述切除工具包括环形齿轮并且经由挠性垫圈联接到所述静止壳体，所述挠性垫圈允许所述静止壳体和所述切除工具之间的相对运动；

电机，所述电机联接到所述静止壳体并且包括小齿轮，所述小齿轮构造成与所述环形齿轮对接以使所述切除工具围绕第一轴线旋转；

柄部，所述柄部联接到所述静止壳体；以及

至少两个线性致动器，所述至少两个线性致动器设置在所述柄部内并且联接到所述静止壳体，其中所述至少两个线性致动器中的第一线性致动器经由销连杆机构联接，其中所述至少两个线性致动器中的第二线性致动器经由滑动连杆机构联接，并且其中所述至少两个线性致动器独立地可驱动以使所述切除工具在第二轴线内平移并且使所述切除工具围绕第三轴线旋转。

2.根据权利要求1所述的手术切除装置，其中所述第二轴线不同于所述第一轴线，并且所述第三轴线不同于所述第一轴线和所述第二轴线中的每一个。

3.根据权利要求1所述的手术切除装置，其中所述至少两个线性致动器包括在所述第一轴线的方向上彼此间隔的第一线性致动器和第二线性致动器。

4.根据权利要求1所述的手术切除装置，其中所述至少两个线性致动器中的每一个包括另一电机和螺母或导螺杆组件。

5.根据权利要求1所述的手术切除装置，其中所述至少两个线性致动器中的一个或多个线性致动器包括气动致动器、液压致动器或压电致动器。

6.根据权利要求1所述的手术切除装置，其还包括光学跟踪装置，所述光学跟踪装置联接到所述静止壳体并且包括多个基准。

7.根据权利要求1所述的手术切除装置，其中所述切除工具包括磨刀、矢状手术锯或摆动手术锯。

8.根据权利要求1所述的手术切除装置，其中所述电机还构造成沿着所述第一轴线的方向延伸和缩回所述切除工具。

9.根据权利要求1所述的手术切除装置，其中所述切除工具从所述静止壳体可移除。

10.根据权利要求1所述的手术切除装置，其中所述至少两个线性致动器和所述电机共同构造成以三个自由度控制所述切除工具。

11.一种手术计算装置，其包括非暂时性计算机可读介质和一个或多个处理器，所述非暂时性计算机可读介质包括存储在其上的用于在手术程序期间促进切除的编程指令，所述一个或多个处理器联接到所述非暂时性计算机可读介质并且配置成执行所存储的编程指令以：

基于术前手术计划确定用于切除患者解剖结构的切除平面；

在手术程序期间跟踪手术切除装置的位置和取向，其中所述手术切除装置包括切除工具、构造成使所述切除工具围绕第一轴线旋转的电机以及至少两个线性致动器，所述至少两个线性致动器独立地可驱动以使所述切除工具在第二轴线内平移并且使所述切除工具围绕第三轴线旋转；

驱动所述电机或所述至少两个线性致动器中的一个或多个线性致动器中的一者或多者以基于所跟踪的位置和取向将所述切除工具的一部分与所述切除平面对准；以及

基于在切除患者解剖结构期间的所跟踪的位置和取向来控制所述切除工具的所述部分在所述第一轴线的方向上的位置或所述切除工具的所述部分的速度。

12.根据权利要求11所述的手术计算装置，其中所述切除工具包括手术锯，其中所述手术锯的所述部分包括锯片。

13.根据权利要求12所述的手术计算装置，其中所述一个或多个处理器还配置成执行所存储的编程指令以在基于所跟踪的位置和取向确定实现所述锯片与所述切除平面的对准时启动所述锯片的摆动。

14.根据权利要求12所述的手术计算装置，其中所述一个或多个处理器还配置成执行所存储的编程指令以启用或禁用所述锯片的摆动以控制所述锯片在所述第一轴线的所述方向上的位置。

15.根据权利要求12所述的手术计算装置，其中所述一个或多个处理器还配置成执行所存储的编程指令以延伸或限制所述锯片的摆动以控制所述锯片在所述第一轴线的所述方向上的所述位置。

16.根据权利要求12所述的手术计算装置，其中所述一个或多个处理器还配置成执行所存储的编程指令以将所述锯片缩回到设置在所述手术切除装置的静止壳体内的套筒中或从所述套筒延伸所述锯片以控制所述锯片在所述第一轴线的所述方向上的所述位置。

17.根据权利要求16所述的手术计算装置，其中所述切除工具和所述电机设置在所述静止壳体的相对端附近，并且经由所述切除工具的环形齿轮和所述电机的小齿轮在所述静止壳体内对接，其中所述处理器还配置成执行所存储的编程指令以驱动所述电机旋转所述小齿轮，从而使所述小齿轮接合所述环形齿轮以使所述切除工具围绕所述第一轴线旋转。

18.根据权利要求11所述的手术计算装置，其中所述一个或多个处理器还配置成执行所存储的编程指令以基于联接到所述手术切除装置的第一光学跟踪装置和联接到所述患者解剖结构的第二光学跟踪装置来相对于所述患者解剖结构跟踪所述位置和取向，其中所述第一光学跟踪装置和所述第二光学跟踪装置中的每一个包括多个基准。

19.根据权利要求11所述的手术计算装置，其中所述切除工具包括磨刀，其中所述处理器还配置成执行所存储的编程指令以在基于所跟踪的位置和取向确定实现所述磨刀与所述切除平面的对准时启动所述磨刀的旋转。

20.根据权利要求19所述的手术计算装置，其中所述一个或多个处理器还配置成执行所存储的编程指令以在所述第一轴线的所述方向上延伸或缩回所述磨刀，从而控制所述磨刀的暴露。