超灵巧型手术系统技术方案

提供了一种超灵巧型手术系统，其包括能够联接至固定物并构造成支承一个或更多个手术工具的一个或更多个手术臂。该系统可以包括配置成与机器人手术工具电通信的电子控制系统。该控制系统可以对手术工具的操作进行电气控制。该系统可以包括便携式手持控制器，便携式手持控制器能够由外科医生致动以使一个或更多个控制信号经由电子控制系统传送至所述一个或更多个手术工具从而操作手术工具。便携式手持控制器可以从操作区的多个位置来提供所述控制信号，从而允许外科医生在外科手术期间能够移动以及根据操作区的不同位置来远程操作手术工具。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】超灵巧型手术系统对所有优先权申请的参引并入本申请根据35U.S.C§119(e)要求于2013年3月15日提交的美国临时申请No.61/791248、于2013年11月20日提交的美国临时申请No.61/906802、于2013年11月26日提交的美国临时申请No.61/908888、于2013年12月12日提交的美国临时申请No.61/915403以及于2014年2月5日提交的美国临时申请No.61/935966的优先权权益，所有这些申请的全部内容通过参引而并入本文并且应当被视为本说明书的一部分。
手术机器人允许外科医生以微创的方式给病人动手术。本申请涉及手术系统和方法，更具体地涉及一种具有一个或更多个超灵巧手术臂和一个或更多个超灵巧手术工具的手术系统，以及操作该手术系统的方法。
技术介绍
目前，外科医生必须在利用了许多技术的微创外科手术的独立模式之间做选择。腹腔镜手术通常分为两类：使用手动工具的腹腔镜手术和使用机器人工具的腹腔镜手术。在使用手动工具的腹腔镜手术中，通常通过小的切口来实施手术。手动工具可以关于支点平移、旋转和/或移动。对于绕支点旋转的手动工具，外科医生抓握工具的把手。当外科医生沿一个方向移动把手时，工具的远端沿另一方向移动。由此产生的工具的远端相对于工具的近端的运动的运动可能并非是自然的，从而需要外科医生练习这种技术。腹腔镜工具的运动通过腹腔镜相机捕捉。腹腔镜相机具有就像手动工具一样通过切口插入到身体中的长轴。腹腔镜相机定位成观察手动工具的远端并拍摄工具的远端的运动。显示器通常显示工具相对于相机的参照系的运动。对于绕支点旋转的手动工具，工具基于腹腔镜相机的图像而在可能并不明显的极坐标系统中移动。另一腹腔镜手术的模式为机器人手术。在市售的机器人手术系统中，大型机器人臂控制机器人工具。工具插入到小的切口中。机器人工具的远端通常包括用于在病人身体内进行手术的端部执行器(例如，抓握器、吻合器等)。端部执行器在机器人臂的能力的限制内的空间中平移。外科医生通常从远离病人的沉浸式控制台控制机器人臂。机器人工具构造成很好地完成某些手术任务，但并不很适合其他的手术任务。在市售的外科手术机器人系统中，机器人工具的运动通常由机器人相机拍摄。机器人相机的运动通过机器人臂控制，机器人相机的运动还在外科医生的控制之下，就像控制机器人工具的机器人臂一样。外科医生可以将其手部的运动在相机的参照系中映射到机器人工具的运动。外科医生的手部的运动在机器人相机的参照系内被映射到机器人工具的远端执行器。参照系因此限于由相机提供的视角。显示器通常显示机器人工具的远端相对于相机的参照系的运动。外科医生因此必须通过由相机提供的有限的信息来创建解剖体的心理模型以根据特殊任务的需要控制机器人工具。由于外科医生的较远位置，其无法获得对病人的额外视角以加深他对手术空间的理解。这种操作模式会对如下运动造成限制：大范围的运动，或者相对于病人体外的参照系进行移动会更自然的运动。因此，相对于机器人相机参照系来控制机器人工具的远端使得外科手术的某些方面与利用手动工具的腹腔镜手术相比更加自然。例如，可能更容易在缝合任务中操纵持针器。然而，机器人相机的有限的参照系使得手术的某些其他方面不大自然。例如，使得从腹部的一个象限至另一象限的大范围运动——特别是涉及相机扫过包括病人的人体中线的弧的运动——非常有挑战性。这些相同的运动可以根据病人体外的参照系通过手动工具以自然的方式实现。市售的系统具有控制工具例如控制工具的旋转和平移的复杂机构。在某些现有机器人系统中，工具的平移利用复杂的一大串嵌套的线性滑道来实现。为了使工具轴的整个长度能够用于手术，滑道附接至工具的最近端。结果，在除了工具全部伸入到身体中之外的任何情况下，平移机构远离病人的身体延伸。在该位置中，平移机构受到机器人臂的其他部件或其他机器人臂的干扰。旋转和平移机构的尺寸不允许相邻机器人臂的靠近定位，因此在某些情况下，机器人工具被进一步分开布置。平移机构在工具通过俯仰和横摆而移动时给予机器人臂大的惯性载荷，从而需要较大较有力的臂。旋转和平移机构增加了机器人臂的远端的重量。连接部段和用以控制连接部段的马达因此必须较大，以移动控制机器人工具的复杂的旋转和平移机构。每个额外的部段和每个额外的马达都增加了重量，而这种重量又加重了这种问题。机器人臂的远端较重并且不得不由越来越有力的近端接合部支承以保持足够的刚度水平。因此，机器人臂体积大并且占据了病人周围的空间。在使用多个机器人臂来进行外科手术的情况下，臂必须被小心地协调以避免碰撞。另外，要采取许多额外的步骤来重新定位机器人臂，以避免机器人臂的部件之间的碰撞。另外，由于插入的角度、机器人臂和机器人工具的尺寸和设计、以及其他因素，机器人臂可能无法达到特定的位置——所谓的死区。机器人臂的大尺寸迫使手术人员围绕机器人臂规划手术。对于外科手术而言这导致了较低的灵活性和较低的效率。此外，市售的机器人臂较重。机器人系统的这种设计需要为了机器人系统的使用而设置的特别设计的操作台。因而操作空间的设置方面的灵活性有限。外科医生在使用市售的机器人手术系统时距病人较远，通常坐或站在远程控制台处。通常，外科医生通过提供沉浸式体验的指示器来观察手术部位和工具。在某些情况下，外科医生与辅助人员之间的交流由于外科医生的越过控制台的位置而受到限制或阻碍。由于外科医生远离病人并且无法与工作人员直接交流，因此执行机器人手术的团队需要训练有素且经验丰富。这要花费数周——某些情况下要花费数年——的练习来达到执行机器人手术情况下的高效率。这使得难以更换团队的成员。此外，从该远程位置(控制台处)，外科医生无法在控制机器人臂的同时使用手动工具。某些任务例如执行机器人工具从病人身体中的一个手术部位向另一手术部位的大范围运动由于机器人臂的部件的干扰而变得更加困难。某些容易用手动工具执行的任务用机器人工具来执行会更复杂的或者是不可能的。例如，在某些情况下，机器人仅是不具有能够完成任务的端部执行器。某些需要触觉反馈的任务如触诊无法通过外科医生操作机器人臂来完成。更确切地说，操作机器人臂的外科医生需要助手或外科医生在手术台旁以帮助进行这些类型的任务。市售的机器人臂通常具有2个自由度。通常，这2个自由度来自俯仰机构和侧倾机构。机器人工具通常具有四个自由度。机器人工具通常可以平移和旋转。机器人工具通常可以在腕关节处俯仰和横摆。因此，市售的系统通常具有六个自由度，包括来自机器人臂和机器人工具的自由度。某些机器人臂使用的平移机构无法绕轴轴线旋转。为了实现旋转，这些系统仅使工具轴独立于平移机构而旋转。关节连接端部执行器的电缆在旋转期间扭绕，因而导致电缆的摩擦和缠绕。这种缠绕导致电缆长度的改变，这种改变必须由系统中的弹力或松弛部分来补偿。这种缠绕还导致了对旋转范围的限制，旋转范围通常限于大约+/-270°的旋转。上面所讨论的微创手术的当前模式的一个缺点在于这些模式是独立的。对于外科医生而言，为了在手术台处使用手动工具，他或她无法在远程控制台控制机器人臂。对于外科医生而言，为了在远程控制台控制机器人臂，他或她无法在手术台处使用手动工具。外科医生无法同时控制机器人工具和手动工具两者。当前的微创手术的模式的另一缺点在于本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种手术系统，包括：能够联接至固定物的一个或更多个电动机械臂；一个或更多个电动机械工具，所述一个或更多个电动机械工具由所述一个或更多个电动机械臂支承以限定一个或更多个电动机械臂同工具的组件；电子控制系统，所述电子控制系统配置成与所述一个或更多个电动机械臂同工具的组件电通信，所述控制系统配置成控制所述一个或更多个电动机械臂同工具的组件的操作；以及一个或更多个便携式手持控制器，所述一个或更多个便携式手持控制器能够致动成将一个或更多个控制信号经由所述电子控制系统传送至所述一个或更多个电动机械臂同工具的组件以操作所述一个或更多个电动机械臂同工具的组件，其中，所述一个或更多个便携式手持控制器配置成从操作区的多个位置来提供所述一个或更多个控制信号，从而允许外科医生能够在外科手术期间移动以及从所述操作区的不同位置操作所述一个或更多个电动机械臂同工具的组件。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.03.15 US 61/791,248;2013.11.20 US 61/906,802;1.一种手术系统，包括：能够联接至固定物的一个或更多个电动机械臂；一个或更多个电动机械工具，所述一个或更多个电动机械工具由所述一个或更多个电动机械臂支承以限定至少一个电动机械臂同工具的组件；电子控制系统，所述电子控制系统配置成与所述电动机械臂同工具的组件电通信，所述控制系统配置成控制所述电动机械臂同工具的组件的操作；至少一个便携式手持控制器，所述便携式手持控制器能够被致动以经由所述控制系统对所述电动机械臂同工具的组件进行操作，以及可视化系统，所述可视化系统配置成与所述控制系统通信，所述可视化系统配置成在一个或更多个监视器上显示手术工作空间的至少一个图像，其中，所述控制系统配置成在多个参照系中电子地控制所述电动机械臂同工具的组件，以及配置成在用于所述电动机械臂同工具的组件的控制以及用于所述手术工作空间的图像的显示的不同参照系之间动态地切换，其中，...

【专利技术属性】
技术研发人员：帕布洛·爱德华多·加西亚·基尔罗伊，托马斯·D·伊根，卡伦·沙克斯皮尔·柯尼希，
申请(专利权)人：SRI国际公司，
类型：发明
国别省市：美国;US