本申請是申請日為2012年12月27日、申請?zhí)枮椤?01280068447.1”、發(fā)明名稱為“用于基于圖像的機(jī)器人外科手術(shù)的系統(tǒng)”的發(fā)明專利申請的分案申請。

相關(guān)申請的交叉參考

本申請要求2011年12月30日提交的美國臨時申請?zhí)?1/582,145的優(yōu)先權(quán)，所述申請據(jù)此以整體引用方式并入本文。

本發(fā)明總體上涉及機(jī)器人外科手術(shù)技術(shù)，并且更具體地說，涉及可以利用來在外科手術(shù)如關(guān)節(jié)表面重修或置換過程中有效地促進(jìn)由熒光透視法所進(jìn)行的手術(shù)中成像的各種配置。

背景技術(shù)：

隨著外科手術(shù)相關(guān)的診斷和治療不斷專業(yè)化，以及與手術(shù)室空間的維護(hù)和人員配備相關(guān)的成本增加，存在對于資本設(shè)備技術(shù)和促進(jìn)靈活性和效率的各種配置的持續(xù)需求。例如，用于在如矯形外科手術(shù)的手術(shù)過程中提供手術(shù)中圖像的射線照相系統(tǒng)和熒光透視系統(tǒng)常規(guī)地包括相對較大且笨重的硬件配置，如圖1a中所描繪的常規(guī)熒光透視c型臂系統(tǒng)，和圖1b中所描繪的常規(guī)平板射線照相系統(tǒng)，所述平板射線照相系統(tǒng)部分安裝在天花板上并且部分安裝在地板上。這些系統(tǒng)的操作通常需要：相對于患者的一個或多個對象組織結(jié)構(gòu)將一個或多個可移動部分移動到一定的位置和/或定向中，并且經(jīng)常進(jìn)行重新定位和/或重新定向以便從相對于所述組織結(jié)構(gòu)的另一個視角捕獲額外的圖像。例如，在許多關(guān)節(jié)成形術(shù)相關(guān)的手術(shù)過程的情況下，將受關(guān)注的是，外科醫(yī)生收集受關(guān)注的特定骨骼關(guān)節(jié)的前/后部視圖和橫向視圖二者，并且收集兩個視圖將需要成像硬件的各個部分的手動地或機(jī)電式引起的移動。此外，有時情況是：患者的受關(guān)注的解剖結(jié)構(gòu)在手術(shù)過程中將會移動，這可能需要成像硬件重新對準(zhǔn)以便獲得額外的手術(shù)中視圖。為了解決后一個問題，特別是在將要使踏車上的活動步態(tài)過程中的正移動關(guān)節(jié)成像的情況下，一個大學(xué)的研究組已創(chuàng)建一種系統(tǒng)，其中兩個機(jī)器人臂可以用于將成像源和成像檢測器保持在受關(guān)注關(guān)節(jié)的相對側(cè)上，并且當(dāng)所述關(guān)節(jié)移動時(即，當(dāng)患者在踏車上行走時)近似地保持這種關(guān)系。這種系統(tǒng)在手術(shù)室環(huán)境的狹小空間中不能使用，不是便攜式(即，促進(jìn)用于手術(shù)室使用情況的靈活性最大化)的，并且需要相對巨大的成本以便將兩個機(jī)器人臂安裝和保持在手術(shù)臺的直接臨近處。存在對于在以下情境中促進(jìn)有效手術(shù)中成像的便攜式靈活成像系統(tǒng)的需求：其中可能需要使成像源和成像檢測器相對于患者的解剖結(jié)構(gòu)和/或相對于彼此重新定位和/或重新定向。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

一個實(shí)施方案涉及一種機(jī)器人外科手術(shù)系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括：移動底座，其配置成當(dāng)處于自由輪轉(zhuǎn)(freewheeling)模式時可移入和移出手術(shù)室，并且當(dāng)處于制動模式時相對于手術(shù)室固定；第一機(jī)器人臂和熒光透視成像系統(tǒng)的第一元件，所述第一機(jī)器人臂連接到所述移動底座并且包括配置成可替換地連接到外科手術(shù)工具的安裝固定器，并且所述熒光透視成像系統(tǒng)包括源元件和檢測器元件；所述熒光透視成像系統(tǒng)的第二元件，所述第二元件配置成可相對于可以放置在所述熒光透視成像系統(tǒng)的所述第一元件與所述第二元件之間的患者組織結(jié)構(gòu)重新定位；以及可操作地連接到所述第一機(jī)器人臂的控制器，所述控制器配置用于從可操作地連接到所述控制器的感測系統(tǒng)接收信號，所述感測系統(tǒng)配置用于檢測連接到所述熒光透視成像系統(tǒng)的所述第一元件和所述第二元件中的每一個的一個或多個傳感器元件的運(yùn)動，并且確定所述熒光透視成像系統(tǒng)的所述第一元件和所述第二元件中的每一個之間的相對空間定位。所述第一機(jī)器人臂可以包括一個或多個關(guān)節(jié)和配置用于可控制地調(diào)節(jié)所述一個或多個接頭處的運(yùn)動的一個或多個電動機(jī)。所述系統(tǒng)進(jìn)一步可以包括配置用于監(jiān)測所述第一機(jī)器人臂的至少一部分的位置的至少一個傳感器。所述至少一個傳感器可以選自由以下各項(xiàng)組成的組：編碼器、電位計(jì)、光學(xué)位置跟蹤器、電磁位置跟蹤器以及光纖布拉格(bragg)偏轉(zhuǎn)傳感器。在一個實(shí)施方案中，所述第一元件可以是所述源元件并且所述第二元件可以是所述檢測器元件。在另一個實(shí)施方案中，所述第一元件可以是所述檢測器元件并且所述第二元件可以是所述源元件。所述源元件可以配置用于產(chǎn)生準(zhǔn)直光束，所述準(zhǔn)直光束具有選自由以下組成的組的截面形狀：圓形、橢圓形、方形以及矩形。所述檢測器元件可以是平板檢測器。所述平板檢測器可以是非晶硅板檢測器。所述平板檢測器可以是cmos熒光透視板。所述平板檢測器可以具有有效的圖像區(qū)域，所述圖像區(qū)域的形狀選自由以下組成的組：圓形、橢圓形、方形以及矩形。所述平板檢測器可以包括尺寸為約5英寸乘約6英寸的矩形cmos有源熒光透視板。所述外科手術(shù)工具可以包括骨切割工具。所述骨切割工具可以包括電動機(jī)。所述骨切割工具可以包括選自由以下組成的組的骨切割元件：旋轉(zhuǎn)式切割鉆、插入/縮回運(yùn)動式往復(fù)切割鋸以及橫向往復(fù)運(yùn)動式切割鋸。所述安裝特征可以包括工具夾頭，所述工具夾頭配置用于手動地促進(jìn)所述熒光透視成像系統(tǒng)的所述第一元件和所述外科手術(shù)工具的可拆卸連接。所述熒光透視成像系統(tǒng)的所述第二元件可以連接到可移動支架。所述可移動支架可以響應(yīng)于由操作員所輸入的命令而可機(jī)電式移動。所述可移動支架可以響應(yīng)于由操作員所施加的負(fù)載而手動地移動。所述可移動支架可以安裝到手術(shù)室。所述可移動支架可以連接到所述移動底座。所述感測系統(tǒng)可以選自由以下組成的組：光學(xué)感測系統(tǒng)、電磁感測系統(tǒng)、聯(lián)合旋轉(zhuǎn)感測系統(tǒng)以及細(xì)長構(gòu)件偏轉(zhuǎn)感測系統(tǒng)。所述一個或多個傳感器元件可以選自由以下組成的組：反光標(biāo)記、電磁定位傳感器、光纖上的布拉格光柵、應(yīng)變儀、聯(lián)合旋轉(zhuǎn)編碼器以及聯(lián)合旋轉(zhuǎn)電位計(jì)。所述控制器可以配置以使得所述第二元件的重新定位引起所述機(jī)器人臂將所述第一元件重新定位，從而保持所述第一元件與所述第二元件之間的所希望的位置對準(zhǔn)。所述控制器可以配置以使得所述第二元件的重新定向引起所述機(jī)器人臂將所述第一元件重新定向，從而保持所述第一元件與所述第二元件之間的所希望的旋轉(zhuǎn)對準(zhǔn)。所述系統(tǒng)進(jìn)一步可以包括用戶接口，所述用戶接口配置用于允許操作員相對于患者組織結(jié)構(gòu)來選擇所述第一元件與所述第二元件之間的所希望的幾何關(guān)系。所述系統(tǒng)進(jìn)一步可以包括記錄探頭，所述記錄探頭可以可拆卸地連接到所述安裝固定器并且可以用于將所述探頭達(dá)到的范圍內(nèi)的結(jié)構(gòu)記錄到所述機(jī)器人臂的坐標(biāo)系統(tǒng)上。

附圖說明

圖1a描繪具有連接源和檢測器的c型臂的常規(guī)熒光透視成像系統(tǒng)。

圖1b描繪具有平板檢測器的常規(guī)熒光透視成像系統(tǒng)。

圖2a描繪根據(jù)本發(fā)明的處于膝部橫向視圖配置中的熒光透視成像實(shí)施方案，其中第一成像元件和第二成像元件二者均由手動移動的支架支撐。

圖2b描繪根據(jù)本發(fā)明的處于膝部前-后部視圖配置中的熒光透視成像實(shí)施方案，其中第一成像元件和第二成像元件二者均由手動移動的支架支撐。

圖3描繪根據(jù)本發(fā)明的處于膝部橫向視圖配置中的熒光透視成像實(shí)施方案，其中第一成像元件和第二成像元件二者均由手動移動的支架支撐，所述支架連接到固定的或暫時固定的結(jié)構(gòu)，如手術(shù)臺。

圖4描繪根據(jù)本發(fā)明的處于膝部橫向視圖配置中的熒光透視成像實(shí)施方案，其中第一成像元件和第二成像元件二者均由手動移動的支架支撐，所述支架連接到固定的或暫時固定的結(jié)構(gòu)，如連接到具有致動輪的可移動底座的安裝桿。

圖5描繪根據(jù)本發(fā)明的處于膝部前-后部視圖配置中的熒光透視成像實(shí)施方案，其中第一成像元件和第二成像元件二者均由可移動支架支撐，所述可移動支架中的一個是可手動移動的并且所述可移動支架中的另一個是可機(jī)電式移動的。

圖6描繪根據(jù)本發(fā)明的處于膝部前-后部視圖配置中的熒光透視成像實(shí)施方案，其中第一成像元件和第二成像元件二者均由可移動支架支撐，所述兩個可移動支架均是可機(jī)電式移動的。

圖7描繪根據(jù)本發(fā)明的處于膝部前-后部視圖配置中的熒光透視成像實(shí)施方案，其中第一成像元件和第二成像元件二者均由可移動支架支撐，所述兩個可移動支架均是可機(jī)電式移動的，并且所述可移動支架中的一個是包括機(jī)器人外科手術(shù)系統(tǒng)的一部分的機(jī)器人臂。

圖8描繪根據(jù)本發(fā)明的處于膝部前-后部視圖配置中的熒光透視成像實(shí)施方案，其中第一成像元件和第二成像元件二者均由可移動支架支撐，所述可移動支架二者均是可機(jī)電式移動的，并且所述可移動支架中的一個是包括機(jī)器人外科手術(shù)系統(tǒng)的一部分的機(jī)器人臂。

圖9描繪根據(jù)本發(fā)明的處于膝部前-后部視圖配置中的熒光透視成像實(shí)施方案，其中第一成像元件和第二成像元件二者均由可移動支架支撐，所述可移動支架中的一個是可手動移動的，并且所述可移動支架中的另一個是包括機(jī)器人外科手術(shù)系統(tǒng)的一部分的機(jī)器人臂。

圖10是根據(jù)本發(fā)明的用于使用熒光透視成像實(shí)施方案的過程的流程圖。

圖11是根據(jù)本發(fā)明的用于使用熒光透視成像實(shí)施方案的過程的流程圖，所述熒光透視成像實(shí)施方案具有與可手動調(diào)整的結(jié)構(gòu)配對的一個可機(jī)電式調(diào)整的圖像對元件安裝結(jié)構(gòu)。

圖12是根據(jù)本發(fā)明的用于使用熒光透視成像實(shí)施方案的過程的流程圖，所述熒光透視成像實(shí)施方案具有兩個可機(jī)電式調(diào)整的圖像對元件安裝結(jié)構(gòu)。

圖13是根據(jù)本發(fā)明的用于使用熒光透視成像實(shí)施方案的過程的流程圖，所述熒光透視成像實(shí)施方案具有兩個可機(jī)電式調(diào)整的圖像對元件安裝結(jié)構(gòu)，所述兩個可機(jī)電式調(diào)整的圖像對元件安裝結(jié)構(gòu)中的一個是特征為安裝固定器的機(jī)器人臂。

圖14是根據(jù)本發(fā)明的用于使用熒光透視成像實(shí)施方案的過程的流程圖，所述熒光透視成像實(shí)施方案具有一個可機(jī)電式調(diào)整的圖像對元件安裝結(jié)構(gòu)，所述可機(jī)電式調(diào)整的圖像對元件安裝結(jié)構(gòu)是特征為安裝固定器的機(jī)器人臂。

具體實(shí)施方式

參照圖2a，示出靈活和移動的手術(shù)中成像配置的一個實(shí)施方案?；颊?12)示出為在手術(shù)臺(18)上，所述手術(shù)臺由具有制動輪(20；換言之，能夠可控制地放置在鎖定或固定位置以便相對于手術(shù)室的地板暫時地固定手術(shù)臺的輪)的可移動底座支撐。兩個熒光透視成像元件(24、26)示出為具有類似的外觀；這些元件表示一對匹配的熒光透視成像源和熒光透視成像檢測器，并且可以可彼此替換地在適當(dāng)位置切換(即，只要所述源朝向所述檢測器適當(dāng)定向，受關(guān)注的組織結(jié)構(gòu)(此處是膝部(28))、源元件的哪一側(cè)位于相關(guān)檢測器元件上通常并不重要)。在所描繪的實(shí)施方案中，設(shè)置第一熒光透視成像元件(24)和第二熒光透視成像元件(26)以便產(chǎn)生橫向膝關(guān)節(jié)圖像；參照圖2b，設(shè)置第一熒光透視成像元件(24)和第二熒光透視成像元件(26)以便產(chǎn)生前-后部膝關(guān)節(jié)圖像。第一熒光透視成像元件(24)和第二熒光透視成像元件(26)中的每一個均具有將元件(24、26)可操作地連接到熒光透視成像系統(tǒng)(72)的電子引線(分別為58、60)(如由通用電氣的醫(yī)療系統(tǒng)部門所出售的那些電子引線)，所述電子引線示出為可操作地連接(88)到控制器(74)(如計(jì)算工作站)，所述控制器示出為可操作地連接(92)到用戶接口(78)(如監(jiān)測器和/或如鍵盤的輸入裝置)。也經(jīng)由電子引線可操作地連接(90)到控制器(74)的是光學(xué)感測系統(tǒng)(80)，所述光學(xué)感測系統(tǒng)經(jīng)由其與光學(xué)跟蹤收發(fā)機(jī)(22)(如由北方數(shù)碼公司(northerndigitalcorporation)所出售的那些光學(xué)跟蹤收發(fā)機(jī))的連接(86)接收和發(fā)送命令。將光學(xué)跟蹤收發(fā)機(jī)(22)定位以使得它能夠跟蹤標(biāo)記陣列(56)，所述標(biāo)記陣列可以固定地連接到將要跟蹤的結(jié)構(gòu)，如所描述實(shí)施方案中的兩個成像元件(24、26)以及患者(12)的股骨(14)和脛骨(16)。在圖2a和圖2b的實(shí)施方案中，成像元件(24、26)相對于彼此和對象組織結(jié)構(gòu)由第一可移動支架(30)和第二可移動支架(32)支撐，所述第一可移動支架和第二可移動支架配置成牢固地站立在手術(shù)室的地板上，并且具有可手動釋放的接頭(68)(如球形接頭或復(fù)合接頭、或用于長度調(diào)整的可滑動接頭)，所述接頭可以釋放以便相對于彼此或相對于將要成像的對象組織結(jié)構(gòu)(此處為患者(12)的膝部(28))手動地調(diào)整成像元件(24、26)的位置和/或定向。

在操作中，圖2a和圖2b中所描繪的系統(tǒng)實(shí)施方案的操作員或用戶具有以下能力：以幾何方式表征成像元件(24、26)和患者(12)的組織結(jié)構(gòu)(如股骨(14)和脛骨(16))的位置和旋轉(zhuǎn)，所述組織結(jié)構(gòu)可以是診斷和/或介入手術(shù)過程的對象。在一種配置中，相對低功率的激光束可以從成像元件對的源元件側(cè)開始在周圍掃描(例如，使用安裝到高頻電流計(jì)的反射鏡)，以便提供模擬朝向檢測器的源輻射路徑的瞄準(zhǔn)標(biāo)線。這種瞄準(zhǔn)標(biāo)線可以用于協(xié)助操作員使用可手動移動的支架特征來將成像元件對的源側(cè)相對于解剖結(jié)構(gòu)定位和定向。在成像元件對的源側(cè)處于適當(dāng)位置的情況下，操作員可以利用來自光學(xué)感測系統(tǒng)(80)的反饋、連同控制器(74)上的控制軟件和用戶接口(78)來將成像元件對的檢測器側(cè)手動地移動成與源側(cè)和受關(guān)注解剖結(jié)構(gòu)對準(zhǔn)，以便確保所述對的旋轉(zhuǎn)對準(zhǔn)和位置對準(zhǔn)(用于圖像質(zhì)量，并且還防止經(jīng)由用于創(chuàng)建圖像的檢測器元件不可用的任何不必要的輻射過沖)。用戶接口(78)可以配置用于呈現(xiàn)二維或三維引導(dǎo)顯示器，以便協(xié)助操作員將成像元件對(24、26)與彼此和解剖結(jié)構(gòu)快速且有效地對準(zhǔn)；用戶接口(78)可以進(jìn)一步配置用于提供指示“對接”成與其對準(zhǔn)或接近的音頻信號(例如，當(dāng)對準(zhǔn)在預(yù)定公差范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)時頻率增加并且最終間歇地發(fā)出滴滴聲的音調(diào))。優(yōu)選地，使用所描繪的系統(tǒng)，從橫向視圖到另一個常見的成像視圖(如圖2b中所示的前-后部視圖)的切換變得相對容易且有效，因?yàn)槌上裨?24、26)可以通過簡單地手動操縱可移動支架(30、32)并且經(jīng)歷如上所述的對準(zhǔn)過程、相對于彼此和對象解剖結(jié)構(gòu)重新定位和重新定向，隨后是一個或多個圖像的捕獲。

參照圖3，描繪了除以下情況之外類似于圖2a的實(shí)施方案的一個實(shí)施方案：第一熒光透視成像元件(24)的支架(36)和第二熒光透視成像元件(26)的支架(38)連接到手術(shù)臺(18)或其它附近的堅(jiān)固機(jī)械元件，所述機(jī)械元件通常相對于手術(shù)臺面的整體坐標(biāo)系統(tǒng)是可固定的。這種配置具有連接到成像元件/從成像元件連接的各個引線(58、60)，所述引線可以接合到共用的引線或?qū)Ч?62)中以便到達(dá)熒光透視成像系統(tǒng)(72)。這個實(shí)施方案在手術(shù)室中所產(chǎn)生的占用面積(footprint)是相對有效的，并且在操作中應(yīng)用與以上參照圖2a和圖2b所述的類似的步驟。

出于說明性目的，除如以上參照圖2a至圖2b以及圖3所述的那些光學(xué)跟蹤之外，圖4的實(shí)施方案特征為用于跟蹤包括所述系統(tǒng)的各種結(jié)構(gòu)的位置和/或定向的幾種其它模式(許多模式可以單獨(dú)或結(jié)合使用，包括如上所述的光學(xué)跟蹤技術(shù)、電磁定位技術(shù)(如由強(qiáng)生(johnson&johnson)公司的biosense部門所描述和提供的那些技術(shù))、聯(lián)合編碼器或電位計(jì)角度讀數(shù)取和聚合技術(shù)(如許多多關(guān)節(jié)型機(jī)器人中所使用的那些技術(shù)，其中簡單的幾何形狀連同角度讀數(shù)應(yīng)用在關(guān)節(jié)處以便確定結(jié)構(gòu)在三維空間中的位置和定向)以及光纖布拉格形狀感測和定位技術(shù)(如由盧娜創(chuàng)新(lunainnovations)公司所描述和提供的那些技術(shù)))。此外，圖4的實(shí)施方案特征為共用安裝桿(46)，所述安裝桿固定地連接到具有制動輪(20)以便相對于手術(shù)室地板(98)暫時固定的移動底座(44)和可以與所述移動底座相關(guān)聯(lián)的整體坐標(biāo)系統(tǒng)(100)。

參照圖4，呈現(xiàn)許多跟蹤選項(xiàng)。例如，可以使用光學(xué)跟蹤系統(tǒng)(80)來跟蹤可移動底座(44)，所述光學(xué)跟蹤系統(tǒng)使用固定地連接到可移動底座(44)的一個或多個標(biāo)記陣列(56)，以便可以相對于整體坐標(biāo)系統(tǒng)(100)以幾何方式限定可移動底座坐標(biāo)系統(tǒng)(102)。也可以使用固定地連接到其上(即，使用接骨螺釘、k線、斯坦曼(steinman)銷、在皮膚表面周圍相對穩(wěn)固的撐桿構(gòu)造物等)的一個或多個標(biāo)記陣列(56)來光學(xué)地跟蹤脛骨(16)和股骨(14)。在這個實(shí)施方案中，使用連接到元件(24)并且經(jīng)由電子引線(112)連接回至電磁換能器子系統(tǒng)(106)(和與其相關(guān)聯(lián)的坐標(biāo)系統(tǒng)(104))的一組電磁定位傳感器(108)在空間中跟蹤第一熒光透視成像對元件(24)，所述電磁換能器子系統(tǒng)通過電子引線(113)連接回至電磁定位和感測系統(tǒng)(82)，所述電磁定位和感測系統(tǒng)可操作地連接(94)到控制器。最后，在所描繪的說明性實(shí)施方案中利用布拉格光柵光纖(110)示出的光纖布拉格狀感測和/或定位技術(shù)也可用于在空間中相對于坐標(biāo)系統(tǒng)(如移動底座坐標(biāo)系統(tǒng)(102))來表征所述系統(tǒng)的一個或多個元件的位置和/或定向。布拉格光纖(110)引回至光纖布拉格(“fbg”)感測系統(tǒng)(84)，所述感測系統(tǒng)可以可操作地連接(96)到控制器(74)。應(yīng)變計(jì)和包含應(yīng)變計(jì)的結(jié)構(gòu)也可用于監(jiān)測各種元件的位置。因此，各種位置和/或定向感測裝置可以用來協(xié)助表征所述系統(tǒng)的元件，以便控制器(74)和用戶接口(78)可以用于指導(dǎo)操作員出于成像的目的將源元件和檢測器元件簡單有效地對準(zhǔn)。

參照圖5，示出類似于圖2b的實(shí)施方案的一個實(shí)施方案，除了可移動支架(32)中的一個上的可機(jī)電式移動的接頭(70，符號表示為圍繞圓形的方形)。接頭致動控制引線(66)將各種可機(jī)電式移動的接頭(70)連接回至控制器(74)，以便它們可以可控制地致動、制動等。在一個實(shí)施方案中，可以利用一種配置，如圖5中所描繪的配置，以使得操作員手動地將非機(jī)電式支架(30)放置到所希望的位置中(即，例如，使得與這個第一支架相關(guān)聯(lián)的第一成像元件(24)是源元件，并且使得在如上所述的瞄準(zhǔn)激光束配置的協(xié)助下可以方便地瞄準(zhǔn)所述元件)，并且控制器相對于解剖結(jié)構(gòu)和第一成像元件將第二成像元件自動地且機(jī)電式放置成預(yù)定對準(zhǔn)，如處于確保正交定位并且源與檢測器之間無側(cè)傾角的對準(zhǔn)中。在另一個實(shí)施方案中，可機(jī)電式移動的接頭(70)可以用于將機(jī)電地致動的支架(32)在觸感上引導(dǎo)到預(yù)定的所希望位置中(即，在操作員的動力/推動力下，但沿使用機(jī)電式致動的支架(32)的電動機(jī)在觸感上強(qiáng)制執(zhí)行的路徑)。

參照圖6，示出支架(30、32)二者均具有機(jī)電接頭(70)的實(shí)施方案，所述機(jī)電接頭可以由控制器精確地控制。如圖6中所示，用于控制接頭的引線用元件64和66表示。優(yōu)選地，接頭具有編碼器、電位計(jì)或其它傳感器以便協(xié)助支架元件的控制模式(即，如正向運(yùn)動學(xué)、閉環(huán)控制等)。在這種配置的情況下，可以將控制器(74)編程以便允許操作員克服穩(wěn)定/固定制動力來將所述支架中的一個移動到新的位置中，并且隨后相對于手動操縱的支架將相對的支架移動到所希望的定向中。例如，在這種配置的情況下，操作員可以將第一支架(30)從先前橫向視圖的成像平面配置拉動到激光瞄準(zhǔn)光束出現(xiàn)來提供希望的前-后部視圖的配置中，并且第二支架(32)可以立即且自動地跟隨來將其本身定位/定向在希望的相對位置中，以便完成前-后部成像視圖(或者在不希望自動運(yùn)動的另一個實(shí)施方案中，第二支架(32)可以使其本身適于進(jìn)行觸感上引導(dǎo)的重新定位，以便完成前-后部成像視圖)。

參照圖7，描繪了類似于圖6的實(shí)施方案的一個實(shí)施方案，所述實(shí)施方案具有機(jī)器人外科手術(shù)系統(tǒng)(48)，如從mako手術(shù)公司可購得的、商標(biāo)為的、在圖6中所示機(jī)電式支架(30)中的一個的位置中起作用的機(jī)器人外科手術(shù)系統(tǒng)。外科手術(shù)系統(tǒng)(48)具有其自身的板載控制器(55)、帶有制動輪(20)的移動底座，并且包括復(fù)雜的機(jī)器人臂(34)，所述機(jī)器人臂可用于可以連接到安裝固定器(50)的工具的精度肯定的導(dǎo)航或用于手動供電導(dǎo)航的觸感引導(dǎo)，所述安裝固定器配置用于不僅安裝如所示的成像元件操縱工具(54)，而且安裝在手術(shù)過程中可以利用的外科手術(shù)工具，如骨切割工具。安裝固定器(50)或工具本身可以包括電動機(jī)。骨切割工具可以包括一個或多個骨切割元件，如旋轉(zhuǎn)式切割鉆、插入/縮回運(yùn)動式往復(fù)切割鋸和/或橫向運(yùn)動式切割鋸。光學(xué)傳感器元件或陣列(56)，如包括一個或多個反光的圓球、圓盤或其它形狀的一個光學(xué)傳感器元件或陣列可以固定地附接到機(jī)器人外科手術(shù)系統(tǒng)(48)以便跟蹤它，并且探頭工具(未示出)可以安裝到安裝固定器(50)上以便將機(jī)器人臂(34)的尖端記錄到其它相關(guān)結(jié)構(gòu)或坐標(biāo)系統(tǒng)，如患者解剖結(jié)構(gòu)、一對成像元件中的另一個成像元件等的坐標(biāo)系統(tǒng)。使用高度復(fù)雜的機(jī)器人臂(如描繪為機(jī)器人外科手術(shù)系統(tǒng)(48)的一部分的機(jī)器人臂)對于將成像元件對的一半定向可能看起來技術(shù)量太多和/或太昂貴，但是在無論如何都要利用所述系統(tǒng)的手術(shù)過程(如將要利用系統(tǒng)來重修患者的骨骼關(guān)節(jié)的表面的手術(shù)過程)中，可替換的安裝固定器(50)或工具夾頭也促進(jìn)使用用于手術(shù)過程的成像方面的技術(shù)的機(jī)會。

參照圖8，示出類似于圖7的實(shí)施方案的一個實(shí)施方案，其中第二機(jī)電式致動的成像元件支架結(jié)構(gòu)(52)在近端固定地安裝到機(jī)器人外科手術(shù)系統(tǒng)(48)，以便減少整個系統(tǒng)的占用面積并且從盡可能多的共用結(jié)構(gòu)開始將成像元件對的兩側(cè)以物理方式組織，從而減少計(jì)算成像元件相對于彼此的相對定位和定向的過程中的誤差。

參照圖8，示出除以下情況外類似于圖7的實(shí)施方案的一個實(shí)施方案：第二成像對元件支架(32)是簡單的可手動移動的配置，例如，如圖2a和圖2b中所示。在一個實(shí)施方案中，可以將連接到可手動移動的支架(32)的第二成像元件(26)手動地推動到一定的位置或定向中(即，通過使手動接頭68暫時松開或解鎖)，并且可以通過將第一成像元件(24)放置在所希望的相關(guān)位置或定向中來將機(jī)器人臂(34)配置成自動跟隨這種動作，或在操作員自身的手動負(fù)載力下允許對于這種所希望的相關(guān)位置或定向的觸感引導(dǎo)。

另外，可以在本發(fā)明的范圍內(nèi)利用支架、感測模式、傳感器以及控制配置的許多配置和組合，以便在手術(shù)中促進(jìn)熒光透視的高效率和高質(zhì)量。與安裝到底板或如所示的其它結(jié)構(gòu)的安裝配置相對的是或除此之外，各種元件可以固定地和/或可拆除地安裝到手術(shù)室的天花板上。優(yōu)選地，成像元件對的源元件將產(chǎn)生具有圓形、橢圓形、方形或矩形的截面形狀的準(zhǔn)直光束，并且優(yōu)選地，檢測器將被匹配以便具有呈圓形、橢圓形、方形或矩形形狀的有效圖像區(qū)域。優(yōu)選地，檢測器元件將是平板檢測器，如表征為非晶硅檢測器或cmos平板檢測器的那些檢測器。在一個實(shí)施方案中，尺寸為約5英寸乘6英寸的相對低慣量的矩形平板可以與相對低慣量的源一起使用，所述源可以設(shè)計(jì)用于牙科使用或手持使用，如從aribex公司購得的那些源。優(yōu)選地，檢測器將能夠具有“連續(xù)采集模式”以便促進(jìn)實(shí)時或近實(shí)時的連續(xù)成像。在另一個實(shí)施方案中，檢測器可以配置成在被稱為“數(shù)字放射照相術(shù)”的模式中一次處理一個圖像采集。

參照圖10至圖14，示出用于利用如參照圖2a至圖9中所述的那些實(shí)施方案的實(shí)施方案的各種技術(shù)。

參照圖10，在手術(shù)前成像、規(guī)劃以及患者準(zhǔn)備(400)之后，成像源和成像檢測器元件可以提供和安裝在可手動調(diào)整的結(jié)構(gòu)(402)上。在手術(shù)過程已開始(404)并且希望手術(shù)中成像(406)之后，可以使用可移動接頭、在一些實(shí)施方案中使用對準(zhǔn)輔助特征(如源圖案模擬器(如激光圖案))來將可手動調(diào)整的結(jié)構(gòu)相對于彼此定位和定向。可控制地彎曲、拉伸或以其它方式變形的結(jié)構(gòu)也可以被賦予表征成像元件的定位和定向的能力。感測元件可以可操作地連接(408)到成像元件并且配置成由感測系統(tǒng)利用來表征成像元件相對于彼此和相對于其它重要結(jié)構(gòu)(如將要成像的組織結(jié)構(gòu))的相對空間定位和/或定向。反饋可以提供(410)給操作員以便協(xié)助成像元件和解剖結(jié)構(gòu)的定位和/或定向?qū)?zhǔn)。在所有項(xiàng)都對準(zhǔn)的情況下，可以使用源成像元件和檢測器成像元件來捕獲(412)一個或多個圖像。然后，例如，可以將源元件和檢測器元件重新定位和/或重新定向以便提供不同的成像平面(414)，并且可以利用感測配置來協(xié)助操作員并且提供如上的反饋(416)，隨后是在新的位置和/或定向處的圖像采集(418)。

參照圖11，示出除以下情況之外類似于圖10的實(shí)施方案的一個實(shí)施方案：圖11的實(shí)施方案結(jié)合了與另一個可手動調(diào)整的結(jié)構(gòu)配對的一個可機(jī)電式調(diào)整的圖像對元件安裝結(jié)構(gòu)(420)的使用。成像元件中的一個(即，源或檢測器)可以機(jī)電式定位(422、424)，即，使用可操作地連接到所述結(jié)構(gòu)的相關(guān)接頭的一個或多個電動機(jī)自動定位，或經(jīng)由通過一個或多個可操作地連接的電動機(jī)所提供的觸感引導(dǎo)，所述電動機(jī)配置用于允許操作員使用其自身的力量來移動所述結(jié)構(gòu)，但是使用機(jī)電式觸感來引導(dǎo)所述路徑和幾何形狀。在捕獲一個或多個圖像(412)之后，可以再次使用機(jī)電式輔助工具(426、428)以用于額外的圖像采集(418)。

參照圖12，示出除以下情況之外類似于圖11的實(shí)施方案的一個實(shí)施方案：圖12的實(shí)施方案結(jié)合了兩個可機(jī)電式調(diào)整的圖像對元件安裝結(jié)構(gòu)(430)的使用?？梢詫蓚€元件機(jī)電式定位和/或定向(432、434)，隨后是圖像采集(412)，重復(fù)的機(jī)電式定位和/或定向(436、438)，以及進(jìn)一步的圖像采集(418)。

參照圖13，示出除以下情況之外類似于圖12實(shí)施方案的一個實(shí)施方案：圖13的實(shí)施方案結(jié)合了兩個可機(jī)電式調(diào)整的圖像對元件安裝結(jié)構(gòu)的使用，所述兩個可機(jī)電式調(diào)整的圖像對元件安裝結(jié)構(gòu)中的一個是特征為可以用于成像工具和一個或多個外科手術(shù)工具的安裝固定器的機(jī)器人臂(440、442)。

參照圖14，示出除以下情況之外類似于圖11實(shí)施方案的一個實(shí)施方案：圖14的實(shí)施方案結(jié)合了一個可機(jī)電式調(diào)整的圖像對元件安裝結(jié)構(gòu)的使用，所述一個可機(jī)電式調(diào)整的圖像對元件安裝結(jié)構(gòu)是特征為可以用于成像工具和一個或多個外科手術(shù)工具的安裝固定器的機(jī)器人臂(444)。

本文描述了本發(fā)明的各種示例性實(shí)施方案?？稍诜窍拗菩缘囊饬x上參照這些實(shí)例。提供這些實(shí)例來說明本發(fā)明的更廣泛的可應(yīng)用方面。在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以對所描述的發(fā)明做出各種改變，并且可以對等效物進(jìn)行替換。另外，可以做出許多修改，以便使具體的情況、材料、物質(zhì)組成、過程、過程操作或步驟適應(yīng)本發(fā)明的目的、精神或范圍。此外，如本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解的那樣，本文所描述和說明的各種變型中的每一個均具有分立的組件和特征，在不背離本發(fā)明的范圍或精神的情況下，這些分立的組件和特征可以容易與其它幾個實(shí)施方案中的任何一個實(shí)施方案的特征分離或組合。所有這類修改都意圖在與本公開相關(guān)聯(lián)的權(quán)利要求書的范圍內(nèi)。

所描述的用于執(zhí)行對象診斷或介入手術(shù)過程的裝置中的任何一個裝置可以以包裝組合的方式提供，以便用于執(zhí)行這類介入過程。這些供應(yīng)“套件”可以進(jìn)一步包括使用說明，并且包裝在為了這類目的而通常所采用的無菌盤或容器中。

本發(fā)明包括可以使用本發(fā)明的裝置執(zhí)行的方法。所述方法可以包括提供這種合適裝置的操作。這種提供可以由終端用戶執(zhí)行。換言之，所述“提供”操作僅僅要求終端用戶獲得、進(jìn)入、接近、定位、設(shè)置、啟動、供電或以其它方式操作來提供本發(fā)明的方法中必需的裝置。本文所列舉的方法可以按所列舉事件的邏輯上可行的任何次序、以及按所列舉事件的次序執(zhí)行。

本發(fā)明的示例性方面以及有關(guān)材料選擇和制造的細(xì)節(jié)已在上文闡述。至于本發(fā)明的其它細(xì)節(jié)，可以結(jié)合以上引用的專利和出版物以及本領(lǐng)域技術(shù)人員通常已知或了解的內(nèi)容進(jìn)行理解。對于本發(fā)明的基于方法的各方面，就通?；蜻壿嬌喜捎玫母郊硬僮鞫?，以上觀點(diǎn)也適用。

另外，盡管本發(fā)明已參照任選地并入各種特征的幾個實(shí)例進(jìn)行描述，但是本發(fā)明并不限于如關(guān)于本發(fā)明的各種變型而設(shè)想的所描述或指示的實(shí)例。在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以對所描述的發(fā)明做出各種改變，并且可以對等效物(不管是本文列舉的還是出于簡明起見未包括的)進(jìn)行替換。另外，在提供數(shù)值范圍的情況下，應(yīng)理解，所述范圍的上限與下限之間的每個中間值、以及所陳述范圍中的任何其它陳述值或中間值均包括在本發(fā)明內(nèi)。

還設(shè)想的是，所描述的本發(fā)明的變型的任何可選特征可以獨(dú)立地或與本文所描述特征中的任何一個或多個相結(jié)合來闡述和要求保護(hù)。對單數(shù)項(xiàng)的引用包括存在多個相同項(xiàng)的可能性。更確切地說，如本文和與其相關(guān)聯(lián)的權(quán)利要求書中所使用，單數(shù)形式“一”、“一個”、“所述”以及“該”包括復(fù)數(shù)指代對象，除非另有明確說明。換言之，冠詞的使用在以上描述以及與本公開相關(guān)聯(lián)的權(quán)利要求書中允許“至少一個”的主題項(xiàng)。進(jìn)一步應(yīng)注意，這類權(quán)利要求書可能撰寫成排除任何可選元素。因此，本陳述旨在用作與權(quán)利要求要素的陳述相關(guān)聯(lián)的像“單獨(dú)”、“僅”等之類專用術(shù)語的使用、或“否定”限制的使用的前提基礎(chǔ)。

在不使用這種排它性專用術(shù)語的情況下，與本公開相關(guān)聯(lián)的權(quán)利要求書中的術(shù)語“包括”應(yīng)允許包括任何額外的元件，不管給定數(shù)量的元件是否在這類權(quán)利要求中列出，否則特征的添加可以被視為改變了這類權(quán)利要求中所闡述的元件的性質(zhì)。除了本文明確限定的之外，本文中所用的所有技術(shù)和科學(xué)術(shù)語均應(yīng)被賦予盡可能廣泛的通常所理解的含義，并同時保持權(quán)利要求的有效性。

本發(fā)明的范圍并不限于所提供的各個實(shí)例和/或本說明書，而是僅由與本公開相關(guān)聯(lián)的權(quán)利要求書語言的范圍限制。