手術系統器械操縱器技術方案

提供器械操縱器和包括器械操縱器（342）的機器人手術系統。在一個實施例中，器械操縱器包括多個獨立致動器驅動模塊，所述多個致動器驅動模塊中的每個包括致動器輸出端（442b、442c、442d、442e），其中每個所述致動器輸出端被配置成在沒有來自另一個致動器輸出端的力輸入的情況下，獨立致動手術器械的相應致動器輸入端。器械操縱器進一步包括容納多個獨立致動器驅動模塊的框架（542i），所述框架包括遠端，其中每個所述致動器輸出端從所述框架的所述遠端向遠側伸出，以便接合所述手術器械的所述相應致動器輸入端。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】

技術介紹
在機器人輔助或遙控機器人手術中，外科醫生通常操作主控制器，以便在遠離病人的位置遙控手術器械在手術部位的運動(例如，橫跨手術室，在不同房間或與病人完全不同的建筑物內)。主控制器通常包括一個或更多手動輸入設備，例如控制桿，外骨骼手套或其類似物，該輸入設備通過在手術部位鉸接器械的伺服電機連接到手術器械。伺服電機通常是機電設備或手術操縱器(從動器)的一部分，所述手術操縱器支撐和控制已經被直接引入打開的手術部位或通過套管針套引入體腔(例如病人腹部)的手術器械。在手術期間，手術操縱器提供各種手術器械的鉸接和控制，各種手術器械例如組織抓鉗、針驅動器、電灼燒探針等，各種手術器械中的每個為外科醫生執行不同功能，例如夾持或驅動針，緊握血管，或解剖、灼燒或凝固組織。自由度(DOF)的數量是唯一標識遙控機器人系統姿態/配置的獨立變量的數量。由于機器人操縱器是將(輸入)關節空間映射到(輸出)笛卡爾空間的運動鏈，DOF的概念可以以這兩個空間的任意一個表述。尤其是，關節DOF集合是用于所有獨立控制關節的關節變量集合。不失一般性，關節是提供單一平移(棱形關節)或旋轉(回轉關節)DOF的機構。從運動學建模的角度來考慮，提供多于一個DOF運動的任何機構被認為是兩個或更多獨立的關節。笛卡爾DOF集合通常由三個平移(位置)變量(例如前后移動，上下移動，左右移動)·和三個旋轉(取向)變量(例如歐拉角或滾動/俯仰/偏轉角)表示，其中所述變量描述末端執行器(或頂端)參考系相對于給定參考笛卡爾參考系的位置和取向。例如，具有安裝在兩個獨立和垂直導軌上的末端執行器的平面機構具有在兩個導軌跨越區域內控制x/y位置的能力(棱形D0F)。如果末端執行器能夠圍繞垂直于導軌平面的軸線旋轉，那么存在與三個輸出DOF (末端執行器的x/y位置和取向角)相對應的三個輸Λ DOF (兩個導軌位置和該偏轉角)。雖然在笛卡爾參考系內描述身體的非冗余笛卡爾DOF數量可以是6個(其中所有平移和取向變量是獨立控制的)，但是關節DOF的數量通常是涉及考慮機構復雜性和任務規范的設計選擇的結果。因此，關節DOF的數量可以是多于、等于或少于6個。對于非冗余運動鏈，獨立控制關節的數量等于末端執行器參照系的移動性程度。對于一定數量的棱形和回轉關節D0F，末端執行器參照系將在笛卡爾空間中具有等同數量的DOF (除了在單數配置以外)，其中所述笛卡爾空間中的自由度將對應于平移(x/y/z位置)和旋轉(滾動/俯仰/偏轉取向角)運動組合。輸入和輸出DOF之間的區別在具有冗余或“不完全”運動鏈(例如，機械操縱器)的情況下是非常重要的。尤其是，“不完全”操縱器具有少于6個獨立控制關節，因此不具有完全控制末端執行器位置和取向的能力。相反，不完全操縱器受限于僅控制位置和取向變量的子集。另一方面，冗余操縱器具有多于6個關節D0F。因此，冗余操縱器能夠使用不止一個關節配置建立期望的6-D0F末端執行器姿態。換句話說，附加自由度不僅能夠用于控制末端執行器位置和取向，而且能夠控制操縱器自身的“形狀”。除了運動自由度以外，操縱器還具有其他D0F，例如夾取夾鉗或剪刀刀片的樞轉桿運動。通過遠程操縱的遙控機器人手術已經能夠減少手術中要求的切口尺寸和數量，以便增強病人恢復而且有助于減少病人創傷和不適。然而，遙控機器人手術也產生許多新的挑戰。鄰近病人的機器人操縱器使得有時候病人側醫務人員難以接近病人，并且對于專為單端口手術設計的機器人，接近單端口是非常重要的。例如，在程序中外科醫生通常采用大量不同外科器械/工具，并且易于接近操縱器和單端口和易于交換器械是高度有利的。另一個挑戰是由于機電手術操縱器的一部分將位于鄰近手術部位。因此，手術操縱器在手術期間會被污染，在手術之間通常被處理或消毒。從成本的角度考慮，優選是對設備進行消毒。然而，伺服電機、傳感器、編碼器以及對于機器人控制馬達必要的電氣連接不能使用常規方法消毒，例如蒸汽，加熱和加壓或化學方法，這是因為在消毒過程中系統部件會被損壞或毀壞。之前已使用無菌帷簾遮蓋手術操縱器并且之前已包括適配器通過其進入無菌區域的孔(例如，手腕單元適配器或套管適配器)。然而，這不利地需要在每個程序后對適配器分離和消毒，而且在穿過帷簾孔時導致污染的可能性更大。而且，對于現有多臂手術機器人系統的無菌帷簾設計，系統的每個獨 立臂被覆蓋，但是這樣的設計不適用于單端口系統，尤其是當通過單個從操縱器將所有器械致動器一起移動時。因此，所需要的是用于遠程控制病人手術部位處的手術器械的改進的遙控機器人系統、裝置和方法。尤其是，這些系統、裝置和方法應當被配置成最小化對消毒的需求，從而提高成本效率而且保護系統和手術病人。此外，這些系統、裝置和方法應當被設計成在提供器械和操縱器之間準確接口連接的同時，在手術程序中最小化器械交換時間和難度。而且，這些系統和方法應當被配置成最小化形式因素，以便為手術人員在進入端口提供最有效空間同時還提供改進的運動范圍。而且，這些系統、裝置和方法應當提供組織、支撐和有效操作多個器械通過單個端口，同時減少器械與其他裝置之間碰撞。
技術實現思路
本公開提供用于遙控機器人手術的改進手術系統、裝置和方法。根據一個方面，系統、裝置和方法在具有準確和穩固接口的、覆蓋有帷簾的器械操縱器和操縱器臂的遠端處提供至少一個遠程操縱的手術器械，而且還提供容易的器械交換和增強的器械操控，每個手術器械彼此獨立工作，并且每個手術器械具有在笛卡爾空間(即，前后移動，上下移動，左右移動，滾動，俯仰，偏轉)的至少6個主動/有源受控自由度的末端執行器。在一個實施例中，器械操縱器包括多個獨立致動器驅動模塊，所述多個致動器驅動模塊中的每個包括致動器輸出端，其中所述致動器輸出端中的每個被配置成在沒有來自另一個致動器輸出端的力輸入的情況下，獨立致動手術器械的相應致動器輸入端。器械操縱器進一步包括容納多個獨立致動器驅動模塊的框架，所述框架包括遠端，每個所述致動器輸出端從所述框架的所述遠端向遠側伸出，以便接合所述手術器械的所述相應致動器輸入端。在另一個實施例中，機器人手術系統包括定位機器人手術系統的遠距離運動中心的設置連桿、可操作連接于所述設置連桿的近側連桿、可操作連接于所述近側連桿的遠端連桿以及如上所述的多個器械操縱器，所述多個器械操縱器可操作連接于在遠側連桿遠端處的可旋轉元件。該系統進一步包括多個手術器械，所述手術器械中的每個可操作連接于相應器械操縱器。通過考慮下列一個或更多實施例的詳細描述，本領域的技術人員會獲得對本公開實施例的更完整理解，以及其額外優勢的實現。首先簡要描述隨附的附圖。附圖說明圖IA和圖IB分別示出根據本公開實施例的在帶有無菌帷簾和不帶無菌帷簾的遙控手術系統中病人側支撐組件的示意圖。圖2A示出帶有無菌帷簾和安裝器械的遙控手術系統實施例的圖解透視圖。圖2B和2C分別示出圖2A沒有顯示無菌帷簾的遙控手術系統的側視圖和俯視圖。圖3示出操縱器基座平臺、器械操縱器群以及安裝器械實施例的透視圖。圖4A和4B分別示出器械操縱器沿插入軸線伸展和收縮的透視圖。圖5A-1和5B-1示出支撐鉤將器械傳動機構的近側面連接到器械操縱器遠側面的操作，以及圖5A-2和5B-2分別示出圖5A1和5B1的剖視圖。圖5C-1到5C-4示出本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】...

【專利技術屬性】
技術研發人員：T·所羅門，T·G·庫珀，N·迪奧拉伊蒂，E·F·杜瓦爾，D·戈麥斯，R·E·霍洛普，A·K·麥克格羅甘，C·R·拉姆斯塔德，T·W·羅杰斯，
申請(專利權)人：直觀外科手術操作公司，
類型：
國別省市：