ES2915448T3

ES2915448T3 - Disposición de seguimiento y guiado para un sistema de robot quirúrgico y método relacionado

Info

Publication number: ES2915448T3
Application number: ES17783582T
Authority: ES
Inventors: Alon Mozes; Sarvagya Vaish; David Peter Cole; Ryan Anderson; Wuwei He; Juan Salcedo; William Chu-Hyon McMahan
Original assignee: Neocis Inc
Current assignee: Neocis Inc
Priority date: 2016-09-19
Filing date: 2017-09-14
Publication date: 2022-06-22
Anticipated expiration: 2037-09-14
Also published as: JP2021098049A; JP2023022234A; IL265371A; JP2019528910A; US11259894B2; EP3515353B1; CA3037237C; EP3515353A1; CN110072487A; JP7443277B2; CN110072487B; KR20190055166A; WO2018051276A1; KR102250269B1; CA3037237A1; US20180078332A1; IL265371B

Abstract

Una disposición de seguimiento y guiado (110) para un sistema de robot quirúrgico (100), comprendiendo el sistema: un dispositivo de interacción con objetos (130) que incluye un instrumento (140) aplicado a un extremo distal de un brazo de guiado (120), estando adaptado el instrumento (140) para interactuar con un objeto; un marcador de referencia (170) acoplado al objeto; un detector (150) conectado a un extremo distal de un brazo articulado (160) y que puede cooperar con él para colocarse junto al marcador de referencia (170), siendo el detector (150) una cámara o un detector electromagnético configurado para interactuar con el marcador de referencia (170); y estando montados un extremo proximal de cada uno de los brazos de guiado (120) y el brazo articulado (160) en una base común (180); un dispositivo controlador (190) que incluye un procesador de hardware y una memoria, estando configurado el dispositivo controlador (190) para: recibir datos del detector (150) relativos a la interacción del mismo con el marcador de referencia (170), determinar una relación espacial real entre el marcador de referencia (170) y el detector (150) en base a los datos, comparar la relación de separación real con una relación de separación planificada entre la cámara o el detector electromagnético (150) y el marcador de referencia (170), manipular la cámara o el detector electromagnético (150) o el brazo articulado (160) para mover la cámara o el detector electromagnético (150) a la relación de separación real igual a la relación de separación planificada entre la cámara o el detector electromagnético (150) y el marcador de referencia (170), determinar una relación espacial del instrumento (140) en relación con el marcador de referencia (170), y dirigir el instrumento (140), por medio del brazo de guiado (120), para interactuar con el objeto de acuerdo con las relaciones espaciales determinadas.

Description

DESCRIPCIÓN

Disposición de seguimiento y guiado para un sistema de robot quirúrgico y método relacionado

ANTECEDENTES

Campo de la Invención

La presente solicitud se refiere a robots quirúrgicos y sistemas de guiado asociados y, más particularmente, a una disposición de seguimiento y guiado para un sistema de robot quirúrgico utilizado, por ejemplo, en cirugía dental, en el que la disposición está configurada para seguir el movimiento del paciente durante el procedimiento quirúrgico con el fin de guiar un instrumento quirúrgico.

Descripción de la técnica relacionada

El documento US 2014/0188132 A1 describe un sistema de cirugía robótica que tiene una base móvil y una primera estructura de soporte móvil acoplada entre la base móvil y un primer elemento de un sistema de formación de imágenes fluoroscópicas. El primer elemento es un elemento fuente o un elemento detector, y un segundo elemento del sistema de formación de imágenes es un elemento fuente o un elemento detector. El segundo elemento está configurado para ser reposicionable con respecto al tejido del paciente dispuesto entre los elementos primero y segundo. El sistema incluye además un elemento de acoplamiento configurado para acoplar de forma fija el primer elemento al segundo elemento y un instrumento quirúrgico para realizar un procedimiento sobre el tejido del paciente. El sistema incluye además una segunda estructura de soporte móvil acoplada entre el miembro de acoplamiento y el instrumento quirúrgico. La segunda estructura de soporte móvil incluye uno o más actuadores que pueden ser controlados para caracterizar electromagnéticamente el movimiento del instrumento quirúrgico con respecto al miembro de acoplamiento.

El documento US 2014/0276943 A1 divulga un sistema para usar con una pluralidad de límites virtuales, que comprende un instrumento y un dispositivo de seguimiento de instrumentos para realizar el seguimiento del movimiento del instrumento, un primer dispositivo de seguimiento de límites, un segundo dispositivo de seguimiento de límites y un controlador configurado para recibir información asociada con los dispositivos de seguimiento que incluyen posiciones del instrumento en relación con los límites virtuales primero y segundo.

El documento US 2014/0350571 A1 divulga un dispositivo robótico para posicionar un instrumento quirúrgico en relación con el cuerpo de un paciente. El dispositivo robótico incluye un primer brazo robótico con el dispositivo para conectarse rígidamente a al menos un instrumento quirúrgico, un dispositivo para la realineación anatómica del primer brazo mediante la realineación de una imagen que es un área de la anatomía del paciente, y un dispositivo para compensar los movimientos del primer brazo en base a la detección de movimientos.

Muchos sistemas de robots quirúrgicos para procedimientos tales como procedimientos de cirugía dental utilizan sistemas de guiado que comprenden un brazo robótico para guiar un instrumento quirúrgico (por ejemplo, un taladro) y un brazo de seguimiento mecánico acoplado a un paciente para seguir el movimiento del paciente en relación con el instrumento quirúrgico. En estos sistemas, el brazo robótico y el brazo de seguimiento mecánico están físicamente acoplados y calibrados para que sus posiciones relativas sean conocidas. Para seguir el movimiento del paciente, el brazo de seguimiento mecánico puede estar unido físicamente o sujeto de otro modo al paciente por medio de una férula u otro dispositivo de unión conectado al paciente. En otros casos, el movimiento del paciente puede seguirse de forma remota utilizando, por ejemplo, dispositivos de seguimiento ópticos, electromagnéticos, acústicos, etc. En estos sistemas robóticos quirúrgicos, la férula u otro dispositivo de fijación conectado al paciente actúa como un marcador de referencia para referencia al movimiento del paciente.

Sin embargo, un brazo de seguimiento mecánico que está unido físicamente o sujeto de otro modo a un paciente puede crear de manera desventajosa un peso sobre el paciente y restringir físicamente el movimiento del paciente. Esto puede causar molestias al paciente durante el procedimiento. Asimismo, un dispositivo de seguimiento remoto para seguir el movimiento del paciente por medio de la interacción con un marcador de referencia tiene sus propias desventajas. Por ejemplo, un sistema de seguimiento óptico remoto que utiliza una cámara estereoscópica requiere una línea de visión a uno o más marcadores de referencias en un campo de visión amplio, lo que puede conducir al reposicionamiento constante de los instrumentos quirúrgicos, equipos y similares, o bien la línea de comunicación (es decir, la vista en el caso de un sistema de seguimiento óptico) puede verse obstaculizada durante el procedimiento. En otro ejemplo, un sistema de seguimiento electromagnético puede ser igualmente desventajoso ya que pueden producirse interferencias o interrupciones de la comunicación, lo que puede inhibir o impedir la eficiencia del sistema.

De esta manera, puede ser deseable proporcionar una disposición de seguimiento y guiado para un sistema de robot quirúrgico y un método asociado que aborde y supere estas limitaciones ejemplares señaladas de los sistemas de la técnica anterior. Tales capacidades pueden facilitar deseablemente una experiencia quirúrgica más cómoda para el paciente y una eficacia quirúrgica mejorada.

SUMARIO DE LA INVENCIÓN

La invención es como se define en las reivindicaciones independientes 1 y 5. Las reivindicaciones dependientes describen realizaciones ejemplares.

Las necesidades anteriores y otras se satisfacen mediante aspectos de la presente invención que, en un aspecto particular, proporciona una disposición de seguimiento y guiado para un sistema de robot quirúrgico, que comprende un dispositivo de interacción con objetos que incluye un instrumento aplicado a un extremo distal de un brazo de guiado. El instrumento está adaptado para interactuar con un objeto. La disposición de seguimiento y guiado también comprende un marcador de referencia acoplado al objeto. La disposición de seguimiento y guiado también comprende un detector conectado a un extremo distal de un brazo articulado y cooperante con el mismo para colocarse junto al marcador de referencia. El detector está configurado para interactuar con el marcador de referencia. La disposición de seguimiento y guiado también comprende un dispositivo controlador que incluye un procesador de hardware y una memoria. El dispositivo controlador está configurado para recibir datos del detector en relación con la interacción del mismo con el marcador de referencia, para determinar una relación espacial real entre el marcador de referencia y el detector basándose en los datos, para comparar la relación de separación real con una relación de separación planificada entre el detector y el marcador de referencia, para manipular el detector o el brazo articulado para mover el detector a la relación de separación real igual a la relación de separación prevista entre el detector y el marcador de referencia, para determinar una relación espacial del instrumento en relación con el marcador de referencia, y para dirigir el instrumento, a través del brazo de guiado, para interactuar con el objeto de acuerdo con las relaciones espaciales determinadas. El detector es una cámara o detector electromagnético. Un extremo proximal de cada brazo de guiado y el brazo articulado están montados en una base común.

Otro aspecto proporciona un método de seguimiento y guiado de un sistema de robot quirúrgico como en la reivindicación 5.

Estas y otras características, aspectos y ventajas de la presente invención serán evidentes a partir de la lectura de la descripción detallada que sigue junto con los dibujos que se acompañan, que se describen brevemente a continuación.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS DISTINTAS VISTAS DE LOS DIBUJO(S)

Habiendo descrito de esta manera la descripción en términos generales, a continuación se hará referencia a los dibujos que se acompañan, que no están necesariamente dibujados a escala, y en los que:

La figura 1 ilustra esquemáticamente una primera realización ejemplar de una disposición de seguimiento y guiado para un sistema de robot quirúrgico, de acuerdo con varios aspectos de la presente divulgación; la figura 2 ilustra esquemáticamente una segunda realización ejemplar de una disposición de seguimiento y guiado para un sistema de robot quirúrgico, de acuerdo con varios aspectos de la presente divulgación; y la figura 3 ilustra esquemáticamente un método de seguimiento y guiado usando una disposición de seguimiento y guiado para un sistema de robot quirúrgico, de acuerdo con varios aspectos de la presente divulgación.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN

La presente invención se describirá a continuación más completamente en la presente memoria descriptiva y en lo que sigue con referencia a los dibujos que se acompañan, en los que se muestran algunos, pero no todos los aspectos de la invención. De hecho, la invención puede realizarse de muchas formas diferentes y no se debe interpretar como limitada a los aspectos establecidos en la presente memoria descriptiva ; más bien, estos aspectos se proporcionan para que esta invención satisfaga los requisitos legales aplicables. Números similares se refieren a elementos similares en todas las partes.

Varios aspectos de la presente invención pueden basarse, al menos parcialmente, en un sistema robótico quirúrgico guiado y un método como el divulgado, por ejemplo, en la patente U.S. Núm. 8.808.000 de Salcedo et al. y cedida a Neocis, que también es el cesionario de la presente solicitud.

Las figuras 1 a 3 proporcionan realizaciones ejemplares de disposiciones de seguimiento y guiado para sistemas de robot quirúrgico y métodos asociados. De acuerdo con algunos aspectos de la invención, los sistemas y métodos de robot quirúrgico pueden utilizarse en aplicaciones dentales, específicamente para procedimientos de implantación dental. Sin embargo, las disposiciones de seguimiento y guiado para los sistemas y métodos de robots quirúrgicos no se limitan a las aplicaciones dentales y pueden utilizarse para cualquier aplicación en la que se necesite el movimiento de seguimiento de la anatomía del paciente y el movimiento de guiado de un instrumento quirúrgico sin las limitaciones asociadas con los sistemas y métodos de robot quirúrgico convencional. (por ejemplo, restricciones por la línea de visión, sujeciones físicas, interferencia, etc.)

Haciendo referencia a continuación a las figuras 1 a 2, se proporciona un sistema de robot quirúrgico, generalmente ilustrado como 100, con realizaciones ejemplares respectivas de una disposición de seguimiento y guiado 110 para seguir el movimiento del paciente durante la cirugía robótica. Como se ilustra en las figuras 1-2, la disposición de seguimiento y guiado 110 y/o el sistema de robot quirúrgico 100 pueden configurarse para cirugía dental robótica (por ejemplo, cirugía de implantes dentales), aunque alguien de conocimiento normal en la técnica apreciará que la disposición de seguimiento y guiado 110 y/o el sistema de robot quirúrgico 100 también puede aplicarse fácilmente, o adaptarse fácilmente de otro modo, a otros procedimientos quirúrgicos (por ejemplo, cirugía de cráneo, cirugía de oídos, nariz y garganta (ENT), cirugía ortopédica o cualquier otro procedimiento quirúrgico asociado con la anatomía de un paciente)

Con respecto a la figura 1, la disposición de seguimiento y guiado 110 comprende una disposición híbrida (es decir, combinada) mecánica y óptica de seguimiento y guiado, mientras que en la figura 2, la disposición de seguimiento y guiado 110 comprende una disposición híbrida mecánica y electromagnética de seguimiento y guiado. En cada uno de los ejemplos ilustrados de seguimiento y guiado 110, la combinación de tecnologías (por ejemplo, seguimiento y guiado mecánicos y seguimiento y guiado ópticos, o seguimiento y guiado electromagnéticos) supera las deficiencias señaladas presentes en ciertas disposiciones de seguimiento y guiado de la técnica anterior. Por ejemplo, una mayor libertad de movimiento para un paciente, requisitos de línea de visión minimizados, potencial de interferencia reducido, etc., son algunas mejoras ejemplares en el campo de la cirugía robótica automatizada que resultan de la disposición de seguimiento y guiado 110 de acuerdo con la presente invención. También se contemplan otras combinaciones de tecnología que no son de acuerdo con la invención para una disposición híbrida de seguimiento y guiado 110.

En general, y con referencia a las figuras 1-2, la disposición de seguimiento y guiado 110 comprende un dispositivo de interacción 130 con el objeto, que incluye un brazo de guiado 120, como, por ejemplo, un miembro de brazo articulado (por ejemplo, un brazo robótico) y un instrumento 140 (es decir, un instrumento quirúrgico). El instrumento 140 está configurado para aplicarse a un extremo distal del brazo de guiado 120 y está adaptado para interactuar o comunicarse de otro modo con un objeto mientras es guiado por el brazo de guiado 120. Como se usa en la presente memoria descriptiva, "un objeto" puede ser cualquier cosa que se pueda mover, tal como la anatomía maxilofacial de un paciente (por ejemplo, una mandíbula o boca), o simplemente un modelo de la misma. En algunos aspectos, el dispositivo 130 de interacción con el objeto se puede denominar en la presente memoria descriptiva como un dispositivo de interacción con el paciente que es capaz de interactuar con la anatomía maxilofacial de un paciente y es un "dispositivo de corte", un "dispositivo de taladrado", un "dispositivo de preparación del sitio". un "dispositivo de implantación", o similar, y esta referencia pretende indicar el instrumento particular 140 aplicado con el brazo de guiado 120. De esta manera, el dispositivo 130 de interacción con el objeto y el instrumento 140 pueden denominarse de manera intercambiable en la presente memoria descriptiva como que está configurado para un propósito o procedimiento particular correspondiente, en el entendimiento de que tal referencia pretende indicar que el instrumento 140 del dispositivo 130 de interacción con el objeto está configurado para ser dirigido o guiado, por medio del brazo de guiado 120, con respecto a una porción invasiva, o al menos una porción que interactúa con el objeto de un procedimiento de cirugía robótica (por ejemplo, para "preparar" el sitio dentro o interactuar de otro modo con la mandíbula o la boca del paciente), o de otro modo interactuar con el objeto al que se aplica el sistema 100.

En algunos aspectos, uno o más actuadores (no mostrados) pueden aplicarse al brazo de guiado 120 y pueden configurarse y disponerse para cooperar para guiar (es decir, trasladarse en una dirección particular (horizontal y/o vertical) y/o rotar alrededor de un eje) el extremo distal del brazo de guiado 120 en seis grados de libertad tras la manipulación por el usuario para llevar a cabo el procedimiento quirúrgico. El brazo de guiado 120 también se puede configurar para restringir o controlar de otro modo el movimiento del dispositivo 130 de interacción con el objeto y, por lo tanto, el instrumento 140. Además, en algunos casos, el brazo de guiado 120 puede tener una estructura paralela en miniatura a la que el instrumento 140 está asegurado y se le permite tener plena libertad de movimiento. Puesto que el instrumento 140 comprende o está unido a la porción distal del brazo de guiado 120, la porción de interacción con el objeto (es decir, la punta de corte/taladrado) es el instrumento 140 del dispositivo 130 de interacción con el objeto y, por lo tanto, el instrumento 140 debe encontrarse en una posición espacial conocida (es decir, conocida por el sistema 100 con respecto al brazo de guiado 120).

En algunos aspectos, el instrumento 140 es guiado o dirigido por medio del brazo de guiado 120, de acuerdo con las relaciones espaciales determinadas por la disposición de seguimiento y guiado 110. De acuerdo con la invención, la disposición de seguimiento y guiado 110 también comprende un detector 150 conectado a un extremo distal de un brazo articulado 160 y cooperante con el mismo, y un marcador de referencia 170 acoplado a la mandíbula o boca del paciente. El detector 150 comprende un detector óptico (cámara) o un detector electromagnético (por ejemplo, un emisor electromagnético) configurado para interactuar con el marcador de referencia 170. Se pueden configurar otros tipos de detectores, que no son de acuerdo con la invención, (por ejemplo, un detector acústico) para interactuar con un marcador de referencia 170 configurado apropiadamente. El marcador de referencia 170 puede ser una férula u otro miembro de aplicación configurado para aplicarse al objeto tal como la mandíbula o la boca de un paciente. Es decir, en un caso, el marcador de referencia 170 está configurado para aplicarse al objeto en una interacción "firme" o segura (por ejemplo, una férula está aplicada a los dientes del paciente y no se mueve con respecto a la boca del paciente). En este caso, puesto que la férula no se mueve con respecto al objeto, puede determinarse una posición espacial inicial de la férula en un sistema de coordenadas relativo o espacio tridimensional (es decir, un sistema X, Y, Z). Por lo tanto, la férula se puede configurar para proporcionar un marcador de referencia (es decir, un origen conocido o un elemento coordinado formado por la interacción segura con la férula o asociado o unido a ella de otro modo), que se puede usar, por ejemplo, para guiar el instrumento. 140 del dispositivo de interacción con objetos 130, por medio del brazo de guiado 120, durante la cirugía robótica.

En algunos aspectos, la porción/instrumento de interacción 140 del dispositivo 130 de interacción con el objeto puede registrarse o calibrarse con respecto al marcador de referencia 170. Por ejemplo, un elemento de calibración (no mostrado) puede aplicarse con el dispositivo 130 de interacción con el objeto. por medio de un aplicación cinemática (es decir, montado rígidamente en el mismo de una manera conocida y repetible). Un experto en la técnica apreciará que la porción/instrumento 140 de interacción del dispositivo 130 de interacción con el objeto puede calibrarse con varios métodos de calibración de la punta (por ejemplo, punto invariante, etc.). Una vez registrado, el elemento de calibración se puede reemplazar con un elemento de corte/taladrado (instrumento 140) en el dispositivo 130 de interacción con el objeto, de manera conocida y repetible, de modo que los parámetros de calibración (es decir, una posición de un punto más distal y eje asociado con la porción/instrumento de interacción 140) se mantienen como registrados.

En un aspecto, el marcador de referencia 170 está configurado para ser "aplicable universalmente " a una variedad de objetos (es decir, capaz de formar una aplicación segura con la anatomía de cualquier paciente), o al menos aplicable por medio de una gama particular de objetos (es decir, un tamaño se ajusta a un determinada tamaño o edad del paciente). Para determinar un origen de referencia asociado con el marcador de referencia 170, de acuerdo con un aspecto de la invención, el marcador de referencia 170 (por ejemplo, una férula u otro miembro de aplicación) puede aplicarse con el objeto, tal como los dientes del paciente, y el objeto (por ejemplo la estructura de la mandíbula de un paciente) se visualiza a continuación usando, por ejemplo, tomografía computarizada (TC) o cualquier otra técnica de formación de imágenes adecuada, como, por ejemplo, formación de imágenes por resonancia magnética (IRM). En tales casos, el marcador de referencia 170 puede estar compuesto, por ejemplo, por un material radiopaco que se puede definir claramente en la imagen obtenida, por ejemplo, por CT o MRI, de modo que el marcador de referencia 170 sea fácilmente identificable o detectable de otro modo, en imágenes del objeto (por ejemplo, la estructura de la mandíbula de un paciente). El marcador de referencia 170 puede ser establecido de esta manera, por ejemplo, como un origen de referencia de un sistema de coordenadas relativas o un espacio tridimensional.

Un experto en la técnica apreciará que el marcador de referencia 170 puede configurarse de muchas maneras diferentes para lograr la función deseada como se describe en la presente memoria descriptiva. En un aspecto, el marcador de referencia 170 puede configurarse en base a un tipo de detector 150 implementado en la disposición de seguimiento y guiado 110. Cuando el detector 150 es un detector óptico, por ejemplo, el marcador de referencia 170 puede comprender marcadores reflectantes (es decir, una geometría u otra característica o rasgo que define de manera única el marcador de referencia 170 en un espacio tridimensional de manera que el marcador de referencia se identifique fácilmente en imágenes del objeto (por ejemplo, la estructura de la mandíbula del paciente), o sea detectable y rastreable de otro modo) para que el detector óptico 150 rastree o interactúe de otro modo (ver, por ejemplo, la figura 1). En otro ejemplo en el que el detector 150 es un detector electromagnético, el marcador de referencia 170 puede comprender un sensor o emisor apropiado para que el detector electromagnético 150 rastree o interactúe de otro modo (ver, por ejemplo, la figura 2).

En otro aspecto, el marcador de referencia 170 puede configurarse para acoplarse al objeto de manera apropiada en función de una condición del objeto. Por ejemplo, el marcador de referencia 170 puede estar unido rígidamente a la boca del paciente si el paciente tiene algunos dientes fuertes capaces de sostener el marcador de referencia usando, por ejemplo, un adhesivo o con una abrazadera adecuada. En otro ejemplo, para pacientes edéntulos (es decir, aquellos sin dientes), se pueden perforar clavijas óseas a través del marcador de referencia 170 y en la estructura de la mandíbula del paciente para sujetar el marcador de referencia 170 de forma segura en su lugar. El marcador de referencia 170 también se puede unir a la estructura de la mandíbula de cualquier paciente utilizando, por ejemplo, tornillos óseos apropiados. En un aspecto adicional, el posicionamiento del marcador de referencia con respecto al objeto puede no ser crítico o importante, siempre que el marcador de referencia 170 permanezca rígidamente en su lugar.

De acuerdo con la invención, el detector 150 está configurado o es capaz de colocarse junto al marcador de referencia 170 por medio del brazo articulado 160, para seguir el movimiento del paciente mediante la interacción de proximidad con el marcador de referencia 170. En particular, la disposición de seguimiento y guiado 110 ilustrada en las figuras 1 -2 no está configurada de manera que el detector 150 y el marcador de referencia 170 estén físicamente conectados. Por el contrario, el brazo articulado 160 está configurado ventajosamente para colocar el detector 150 adyacente o cerca del marcador de referencia 170. Por ejemplo, el brazo articulado 160 está configurado para colocar el detector 150 dentro de varios centímetros del marcador de referencia 170. De esta manera, un paciente no está físicamente sujeto al sistema de robot quirúrgico, y el detector 150 se puede colocar en un rango adecuado para interactuar con el marcador de referencia 170, sin algunas de las limitaciones encontradas en la técnica anterior como, por ejemplo, la impedancia de comunicación (es decir, interrupción de la línea de visión en el caso de un detector óptico), interferencia o distancia del detector desde el marcador de referencia.

El brazo articulado 160 puede comprender una pluralidad de secciones dispuestas en serie 162A-C, estando conectadas las secciones adyacentes 162A-C por una junta 164A-B. Las juntas 164A-B pueden ser mecanismos cinemáticos que permiten que cada una de las secciones dispuestas en serie 162A-C se pueda posicionar de forma independiente (es decir, trasladable, movible, rotacional) dentro del sistema de coordenadas relativo o espacio tridimensional. En cada una de las figuras 1-2, se ilustran tres secciones dispuestas en serie 162A-C con una primera sección 162A que tiene un extremo proximal montado en una base 180, una segunda sección 162B conectada en un extremo proximal a un extremo distal de la primera sección 162A por una primera junta 164A, y una tercera sección 162C conectada en un extremo proximal a un extremo distal de la segunda sección 162B por una segunda junta 164B. El detector 150 está conectado a un extremo distal de la tercera sección 162C utilizando, por ejemplo, un enlace mecánico. Por ejemplo, se puede disponer una junta adicional similar a las articulaciones 164A-B en el extremo distal de la tercera sección 162C y/o en el extremo proximal de la primera sección 162A en el que se monta el brazo articulado 160 o se acopla de otro modo a la base. 180. De otra manera, el detector 150 puede estar conectado rígidamente al extremo distal de la tercera sección 162C. De esta manera, la manipulación de una o más de las secciones dispuestas en serie 162A-C del brazo articulado 160 puede permitir que el detector 150 pivote, se mueva y/o se coloque de otro modo en una posición deseada con respecto al marcador de referencia 170. Como observará un experto en la técnica, un número de secciones y/o juntas dispuestas en serie mayor o menor que el número ilustrado en las figuras 1 -2 puede ser utilizado en el brazo articulado 160.

De acuerdo con la invención, el brazo articulado 160 está montado en la base 180 de tal manera que el brazo articulado 160 y el brazo de guiado 120 están conectados, acoplados o comunicados operativamente por medio de la base 180. De acuerdo con la invención, el brazo articulado 160 y los brazos de guiado 120 están unidos mecánicamente unos a los otros en los extremos proximales, en la base 180, o, no de acuerdo con la invención, en otro lugar a lo largo de cada uno de los brazos. En otros aspectos, el brazo articulado 160 puede montarse en la base 180 de manera que el brazo articulado 160 y el brazo de guiado 120 estén dispuestos en una relación de separación uno del otro. Independientemente, la base 180 puede ser, ventajosamente móvil para facilitar su uso en una variedad de diferentes espacios, posiciones del paciente (por ejemplo, en decúbito supino, erguido, reclinado), necesidades quirúrgicas, etc. De otra manera, el brazo articulado 160 y/o el brazo de guiado 120 se puede montar en una base no móvil (por ejemplo, una plataforma estacionaria, tal como una pared, techo, suelo, etc.). Cualquiera que sea la manera en que se montan el brazo articulado 160 y/o el brazo de guiado 120, la disposición de montaje resultante puede permitir que el brazo articulado 160 coloque el detector 150 junto al marcador de referencia 170, y puede permitir que el brazo de guiado 120 del dispositivo 130 de interacción con el objeto dirija el instrumento 140 para que interactúe con el objeto.

Como las figuras 1-2 revelan una disposición de seguimiento y guiado 110 en la que el detector 150 y el marcador de referencia 170 están dispuestos uno al lado del otro en lugar de aplicarse uno al otro, se puede determinar una relación espacial entre el marcador de referencia 170 y el detector 150 en función de los datos (por ejemplo, datos de seguimiento) resultantes de la interacción entre el marcador de referencia 170 y el detector 150. Para determinar la relación espacial entre estos dos componentes, así como para realizar otra funcionalidad asociada con el seguimiento y el guiado en un sistema quirúrgico robótico 100, el seguimiento y la disposición de guiado 110 comprende además un dispositivo controlador 190 que incluye un procesador de hardware y una memoria acoplados operativamente con uno o más componentes de la disposición de seguimiento y guiado 110. Como se ilustra en las figuras 1 -2, por ejemplo, el dispositivo controlador 190 está en comunicación inalámbrica por medio de un elemento de comunicación (no mostrado) con al menos el detector 150, el brazo articulado 160, el brazo de guiado 120, el dispositivo 130 de interacción con el objeto y el instrumento 140. En algunos aspectos, el elemento de comunicación puede ser un transceptor inalámbrico, una conexión por cable o cualquier otro mecanismo adecuado, ya sea de naturaleza eléctrica, mecánica, electromecánica, acústica u óptica.

El dispositivo controlador 190 puede comprender un dispositivo informático de propósito especial dispuesto por separado o integrado con la base 180. El dispositivo controlador 190 puede configurarse para determinar un punto de referencia u origen asociado con el marcador de referencia 170 en un sistema de coordenadas relativo definido o de tres dimensiones, para articular el detector 150 en relación con el marcador de referencia 170 de modo que el detector 150 esté dispuesto en una posición deseada adyacente al marcador de referencia 170, para determinar una posición espacial del detector 150 en el sistema de coordenadas relativo definido o tridimensional una vez que el detector 150 se articula en la posición deseada, para iniciar la interacción entre el detector 150 y el marcador de referencia 170, para recibir datos del detector 150 relativos a la interacción del mismo con el marcador de referencia 170, y para determinar una relación espacial entre el marcador de referencia 170 y el detector 150 en base a los datos.

En algunos aspectos, la determinación de un punto de referencia u origen asociado con el marcador de referencia 170 puede lograrse formando imágenes del marcador de referencia 170 acoplado al paciente mientras el paciente está en una posición inicial en un sistema de coordenadas relativas definido o espacio tridimensional. El dispositivo controlador 190 puede configurarse para iniciar la formación de imágenes interactuando con cualquier modalidad de formación de imágenes que se utilice (por ejemplo, formación de imágenes por TC o RM). La(s) imagen(es) o los datos pueden almacenarse en un dispositivo de almacenamiento de datos (no mostrado) asociado con el dispositivo controlador 190 y utilizarse para establecer una posición inicial del marcador de referencia 170 dentro del sistema de coordenadas relativo o espacio tridimensional como si fuera un origen.

En algunos aspectos, la junta del detector 150 con respecto al marcador de referencia 170 de manera que el detector 150 esté dispuesto en una posición deseada adyacente al marcador de referencia 170, se puede lograr manipulando una o más de las secciones dispuestas en serie 162A-C en relación al marcador de referencia 170. Por ejemplo, un dispositivo periférico (por ejemplo, una bola de seguimiento o una palanca de mando junto con, por ejemplo, gafas 3D, no mostradas) asociado con el dispositivo controlador 190 puede usarse para ayudar o permitir la manipulación virtual de una o más de las secciones dispuestas en serie 162A-C del brazo articulado 160. En otro caso, un operador del sistema quirúrgico robótico 100 puede manipular manualmente una o más de las secciones dispuestas en serie 162A-C del brazo articulado 160 para mover el detector 150 a la posición deseada.

En algunos aspectos, una posición espacial del detector 150 en el sistema de coordenadas relativo definido o espacio tridimensional, una vez que el detector 150 se articula en la posición deseada, puede ser determinada por el dispositivo controlador 190 que recibe comunicaciones de relaciones angulares de uno o más dispositivos indicadores de posición (por ejemplo, un codificador). Más particularmente, el uno o más dispositivos indicadores de posición (no mostrados) pueden aplicarse a una o más de las juntas 164A-B para indicar una relación angular entre las secciones dispuestas en serie 162A-C aplicadas a ellas en el sistema de coordenadas relativo definido. o espacio tridimensional. El dispositivo indicador de posición y el dispositivo controlador 190 pueden estar en comunicación uno con el otro de manera que uno o más dispositivos indicadores de posición comuniquen al dispositivo controlador 190 las relaciones angulares de las articulaciones dentro del sistema de coordenadas relativo definido o espacio tridimensional. Cuando el detector 150 está dispuesto en un extremo distal de la tercera sección 162C, el dispositivo controlador 190 puede configurarse para determinar la posición espacial del detector 150 en función de las relaciones angulares de cada junta 164A-B comunicadas al mismo, así como en función de otra información, como, por ejemplo, una longitud de cada sección 162A-C. Tales datos relacionados con la posición espacial del detector 150 pueden almacenarse en un dispositivo de almacenamiento de datos asociado con el dispositivo controlador 190.

En algunos aspectos, una vez que el brazo articulado 160 está en una posición deseada en el sistema de coordenadas relativo o espacio tridimensional definido, el dispositivo controlador 190 puede configurarse para iniciar la interacción entre el detector 150 y el marcador de referencia 170. El dispositivo controlador 190 puede estar en comunicación con el detector 150 y puede configurarse para iniciar y/o activar la operación del detector 150. Por ejemplo, cuando el detector 150 es una cámara u otro dispositivo de captura de imágenes, el dispositivo controlador 190 puede configurarse para activar el detector 150 para adquirir imágenes del marcador de referencia 170 acoplado al paciente a una velocidad de cuadro especificada

De acuerdo con la invención, el dispositivo periférico asociado con el dispositivo controlador 190 está configurado para ayudar continuamente o permitir de otra manera la manipulación virtual de una o más secciones dispuestas en serie 162A-C del brazo articulado 160 para que se mantenga un espacio óptimo (por ejemplo, varios centímetros) entre el detector 150 y el marcador de referencia 170. La comunicación de retroalimentación entre el detector 150 y el controlador 190 con respecto al espacio entre el detector 150 y el marcador de referencia 170 está configurada para asistir automáticamente o permitir de otra manera la manipulación virtual de una o más secciones dispuestas en serie 162A-C del brazo articulado 160 para que se mantenga un espacio óptimo entre el detector 150 y el marcador de referencia 170.

De acuerdo con la invención, los datos adquiridos del detector 150 se transmiten al dispositivo controlador 190, de modo que el dispositivo controlador recibe los datos del detector 150 relativos a la interacción del mismo con el marcador de referencia 170. El detector 150 y el dispositivo controlador 190 puede estar en comunicación por cable o inalámbrica por medio del elemento de comunicación.

En algunos aspectos, para determinar una relación espacial entre el marcador de referencia 170 y el detector 150, el dispositivo controlador 190 puede estar configurado para utilizar el punto de referencia u origen asociado con el marcador de referencia 170 y la posición espacial del detector 150 en la posición deseada para determinar una primera relación espacial entre ellos. Posteriormente, el dispositivo controlador 190 puede ser configurado para utilizar las imágenes adquiridas del detector 150 para rastrear el movimiento del marcador de referencia 170 en el sistema de coordenadas relativo definido o espacio tridimensional. De acuerdo con la invención, el dispositivo controlador 190 está configurado para comparar los datos relacionados con el punto de referencia original o el origen asociado con el marcador de referencia 170 con los datos subsiguientes adquiridos por el detector 150 para determinar si una posición espacial del marcador de referencia 170 ha cambiado. Usando esta comparación a la luz de la posición espacial conocida del detector 150, el dispositivo controlador 190 puede determinar una relación espacial cambiada entre el marcador de referencia 170 y el detector 150. De esta manera, el detector 150 puede seguir continuamente el movimiento del paciente.

En algunos aspectos, el sistema de robot quirúrgico 100 o el dispositivo controlador 190 pueden comprender también un dispositivo de planificación o incluir una funcionalidad de planificación para permitir que un usuario desarrolle un plan quirúrgico virtual, como se describe en la presente memoria descriptiva, junto con el hardware y/o el software. del sistema 100. En algunos aspectos, el plan quirúrgico virtual puede crearse en relación, por ejemplo, con el sistema de coordenadas relativo definido o el espacio tridimensional (relativo o absoluto), como apreciará un experto en la materia, y configurado para asociar parámetros de planificación con el marcador de referencia 170 (u otra referencia con respecto al paciente). El dispositivo controlador 190 puede configurarse para registrar el dispositivo 130 de interacción con el objeto y/o el instrumento 140 con el marcador de referencia 170. En algunos aspectos, los parámetros de planificación pueden definir una relación espacial entre el marcador de referencia 170 y el dispositivo de interacción con el objeto 130 en diferentes partes o continuamente durante el procedimiento quirúrgico. Sin embargo, si el paciente se mueve, el dispositivo de interacción con objetos 130 puede necesitar compensar el movimiento del paciente devolviendo el instrumento 140 a una relación espacial definida entre el dispositivo de interacción con objetos 130 y/o el instrumento 140 y el marcador de referencia 170 como se define en un punto específico en el plan quirúrgico virtual. En algunos aspectos, un operador del sistema de robot quirúrgico 100 puede realizar una cirugía sin la ayuda de un plan quirúrgico virtual.

El dispositivo controlador 190 puede estar configurado y dispuesto para comparar apropiadamente la relación espacial determinada entre el marcador de referencia 170 y el detector 150 con el dispositivo de interacción de objetos 130 para determinar una relación espacial del instrumento 140 en relación con el marcador de referencia 170. En este caso, la relación espacial determinada entre el marcador de referencia 170 y el detector 150 puede comprender un cambio en la posición del paciente que puede ser relativo o proporcional a un cambio en, o afectar de otro modo, la relación espacial entre el marcador de referencia 170 y el dispositivo 130 de interacción con el objeto/instrumento 140. El dispositivo controlador 190 puede configurarse entonces para compensar el cambio en la relación espacial entre el marcador de referencia 170 y el dispositivo de interacción 130 /instrumento 140 debido al movimiento del paciente como se refleja en el cambio en el marcador de referencia 170 detectado por el detector 150. Por ejemplo, el dispositivo controlador puede estar configurado para dirigir (es decir, ajustar) o guiar físicamente una posición espacial del dispositivo de interacción 130 con el objeto/instrumento 140 para volver a la relación espacial planificada entre el dispositivo 130 de interacción con el objeto /instrumento 140 y el marcador de referencia 170 como se define en el plan quirúrgico virtual. En otros casos, por ejemplo, si la desviación entre el instrumento 140 y el marcador de referencia 170 supera un umbral, lo que indica un movimiento excesivo del paciente u otro problema, el dispositivo controlador 190 puede ordenar que se emita una alarma, o incluso que el plan quirúrgico virtual sea abortado y el instrumento 140 retraído a una posición segura. De otra manera, el brazo de guiado 120 puede configurarse para dirigir el dispositivo de interacción con el objeto 130/instrumento 140 en la relación espacial planificada entre el dispositivo que interactúa con el objeto 130/instrumento 140 y el marcador de referencia 170 en base a las comunicaciones del dispositivo controlador 190. En consecuencia, el dispositivo controlador 190 está configurado para cambiar la relación espacial del dispositivo de interacción con el objeto 130 /instrumento 140 en relación con el marcador de referencia 170, en relación con un cambio detectado en la relación espacial entre el marcador de referencia 170 y el detector 150, por ejemplo, debido al movimiento del paciente.

Haciendo referencia a continuación a la figura 3, se describe un método que no está de acuerdo con la invención, generalmente designado como 200, de seguimiento y guiado de un sistema de robot quirúrgico. La disposición de seguimiento y guiado puede comprender una disposición híbrida similar a la descrita con referencia a las figuras 1-2 (por ejemplo, elemento 110). En consecuencia, el siguiente método ejemplar 200 se describirá en la presente memoria descriptiva usando las convenciones de números de referencia asociadas con las figuras 1-2. En particular, la disposición de seguimiento y guiado puede comprender un híbrido de, por ejemplo, mecanismos eléctricos, mecánicos, electromecánicos, acústicos y ópticos para seguimiento y guiado.

En un primer paso 202, un detector 150 conectado a un extremo distal de un brazo articulado 160 y cooperativo con el mismo se coloca junto a un marcador de referencia 170 acoplado a un objeto, estando configurado el detector 150 para interactuar con el marcador de referencia 170. Como se ilustra en la figura 1, la disposición de seguimiento y guiado 110 comprende una disposición híbrida mecánica y óptica de seguimiento y guiado 110, en el que el detector 150 aplicado al brazo articulado 160 comprende un detector óptico (por ejemplo, una cámara) y el marcador de referencia 170 comprende uno o más marcadores reflectores Por el contrario, como se ilustra en la figura 2, la disposición de seguimiento y guiado 110 comprende una disposición híbrida mecánica y electromagnética de seguimiento y guiado 110, mientras que el detector 150 comprende un detector electromagnético (por ejemplo, un emisor) y el marcador de referencia 170 comprende uno o más sensores o emisores. De manera notable, la disposición de seguimiento y guiado 110 también puede comprender un híbrido de, por ejemplo, dispositivos eléctricos, mecánicos, electromecánicos, acústicos y ópticos para seguimiento y guiado.

En un segundo paso 204, se inicia una interacción entre el marcador de referencia 170 y el detector 150 con un dispositivo controlador 190 en comunicación con el detector 150. En algunos aspectos, el dispositivo controlador 190 incluye un procesador de hardware y una memoria.

En un tercer paso 206, el dispositivo controlador 190 recibe datos del detector 150 relativos a la interacción del mismo con el marcador de referencia 170.

En un cuarto paso 208, el dispositivo controlador 190 determina una relación espacial entre el marcador de referencia 170 y el detector 150 basándose en los datos recibidos.

En un quinto paso 210, el dispositivo controlador 190 determina una relación espacial de un instrumento 140 de un dispositivo de interacción con objetos 130, estando conectado el instrumento 140 a un extremo distal de un brazo de guiado 120, en relación con el marcador de referencia 170.

En un sexto paso 212, el instrumento 140 es dirigido, por medio del brazo de guiado 120, para interactuar con el objeto de acuerdo con las relaciones espaciales determinadas.

Muchas modificaciones y otras realizaciones de las invenciones expuestas en la presente memoria descriptiva serán evidentes a un experto en la técnica a la que pertenecen estas realizaciones descritas que tenga el beneficio de las enseñanzas presentadas en las descripciones anteriores y los dibujos asociados. Por lo tanto, debe entenderse que las realizaciones de la invención no se limitan a las realizaciones específicas descritas y que el alcance de la invención está definido por las reivindicaciones adjuntas.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Una disposición de seguimiento y guiado (110) para un sistema de robot quirúrgico (100), comprendiendo el sistema:

un dispositivo de interacción con objetos (130) que incluye un instrumento (140) aplicado a un extremo distal de un brazo de guiado (120), estando adaptado el instrumento (140) para interactuar con un objeto;

un marcador de referencia (170) acoplado al objeto;

un detector (150) conectado a un extremo distal de un brazo articulado (160) y que puede cooperar con él para colocarse junto al marcador de referencia (170), siendo el detector (150) una cámara o un detector electromagnético configurado para interactuar con el marcador de referencia (170); y

estando montados un extremo proximal de cada uno de los brazos de guiado (120) y el brazo articulado (160) en una base común (180);

un dispositivo controlador (190) que incluye un procesador de hardware y una memoria, estando configurado el dispositivo controlador (190) para:

recibir datos del detector (150) relativos a la interacción del mismo con el marcador de referencia (170),

determinar una relación espacial real entre el marcador de referencia (170) y el detector (150) en base a los datos,

comparar la relación de separación real con una relación de separación planificada entre la cámara o el detector electromagnético (150) y el marcador de referencia (170),

manipular la cámara o el detector electromagnético (150) o el brazo articulado (160) para mover la cámara o el detector electromagnético (150) a la relación de separación real igual a la relación de separación planificada entre la cámara o el detector electromagnético (150) y el marcador de referencia (170),

determinar una relación espacial del instrumento (140) en relación con el marcador de referencia (170), y

dirigir el instrumento (140), por medio del brazo de guiado (120), para interactuar con el objeto de acuerdo con las relaciones espaciales determinadas.

2. La disposición de acuerdo con la reivindicación 1, en la que el brazo articulado (160) comprende una pluralidad de secciones dispuestas en serie (126A-C), con secciones adyacentes conectadas por una junta (164A-B), y en la que se acopla un dispositivo indicador de posición. con una o más de las uniones (164A-B) para indicar una relación angular entre las secciones dispuestas en serie (126 A-C) aplicadas a las mismas, y opcionalmente en el que el dispositivo controlador (190) está configurado para determinar una posición espacial del detector ( 150) aplicado al extremo distal del brazo articulado (160) por medio de las relaciones angulares comunicadas por los dispositivos indicadores de posición.

3. La disposición de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2, en la que el dispositivo controlador (190) está configurado para cambiar la relación espacial del dispositivo de interacción con el objeto (130) en relación con el marcador de referencia (170), en relación con un cambio detectado en la relación espacial entre el marcador de referencia (170) y el detector (150).

4. La disposición de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en la que el marcador de referencia (170) está unido directamente al objeto o está aplicado a una férula montada en el objeto.

5. Un método para rastrear y guiar un sistema de robot quirúrgico (100), comprendiendo el método:

posicionar un detector (150) que es una cámara o un detector electromagnético conectado a un extremo distal de un brazo articulado (160) y que puede cooperar con el mismo, adyacente a un marcador de referencia (170) acoplado a un objeto, estando configurado el detector (150) para interactuar con el marcador de referencia (170);

iniciar la interacción entre el marcador de referencia (170) y el detector (150) con un dispositivo controlador (190) en comunicación con el detector (150), incluyendo el dispositivo controlador (190) un procesador de hardware y una memoria;

recibir, por el dispositivo controlador (190), datos del detector (150) relativos a la interacción del mismo con el marcador de referencia (170);

determinar, mediante el dispositivo controlador (190), una relación espacial real entre el marcador de referencia (170) y el detector (150) en base a los datos recibidos;

comparar la relación de separación real con una relación de separación planificada entre la cámara o el detector electromagnético (150) y el marcador de referencia (170);

manipular la cámara o el detector electromagnético (150) o el brazo articulado (160) para mover la cámara o el detector electromagnético (150) a la relación de separación real igual a la relación de separación planificada entre la cámara o el detector electromagnético (150) y el marcador de referencia (170); y determinar una relación espacial de un instrumento (140) de un dispositivo de interacción con objetos, estando conectado el instrumento a un extremo distal de un brazo de guiado (120), con respecto al marcador de referencia (170);

en el que un extremo proximal de cada brazo de guiado (120) y el brazo articulado (160) están montados en una base común (180).

6. El método de acuerdo con la reivindicación 5, en el que el brazo articulado (160) comprende una pluralidad de secciones dispuestas en serie (162A-C), con secciones adyacentes conectadas por una junta (164A-B), y en el que el método comprende aplicar un dispositivo indicador de posición a una o más de las juntas (164A-B) para indicar una relación angular entre las secciones dispuestas en serie (162A-C) aplicadas al mismo, y opcionalmente comprendiendo además determinar, mediante el dispositivo controlador (190), una posición espacial del detector (150) aplicado al extremo distal del brazo articulado (160) por medio de las relaciones angulares comunicadas por los dispositivos indicadores de posición.

7. El método de acuerdo con la reivindicación 5 o 6, que comprende además cambiar, mediante el dispositivo controlador (190), la relación espacial del dispositivo de interacción con el objeto (130) en relación con el marcador de referencia (170), en relación con un cambio detectado en la relación espacial entre el marcador de referencia (170) y el detector (150).

8. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 5 a 7, que comprende fijar directamente el marcador de referencia (170) al objeto o aplicar el marcador de referencia (170) a una férula montada en el objeto.