机器人辅助腔内外科手术系统及相关方法技术方案

一种腔内机器人系统，提供给外科医生驱动机器人驱动内窥镜设备到患者体内所期望的解剖位置的能力，而无需笨拙运动和位置，同时还从安装在内窥镜设备上的数码相机享受到改善的图像质量。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关申请的交叉引用本申请要求于2013年10月24日提交的美国临时专利申请号61/895,312(代理人案号41663-711.101)；于2013年10月24日提交的美国临时专利申请号61/895,315(代理人案卷号41663-712.101)；于2013年10月25日提交的美国临时专利申请号61/895,602(代理人案卷号41663-713.101)；于2014年2月14日提交的美国临时专利申请号61/940,180(代理人案卷号41663-714.101)；于2014年7月1日提交的美国临时专利申请号62/019,816(代理人案卷号41663-713.102)和于2014年8月14日提交的美国临时专利申请号62/037,520(代理人案卷号41663-715.101)的优先权，其全部内容通过引用并入本文。
技术介绍
1.
本申请的领域涉及医疗设备。更具体地，本专利技术的领域涉及用于机器人辅助腔内外科手术的系统和工具。2.相关技术的描述。内窥镜检查是用于成像和递送治疗剂到人体内的解剖位置的广泛使用的微创技术。通常，柔性内窥镜用来将工具递送到身体内部的手术部位——例如通过身体中的小切口或者自然孔口(鼻、肛门、阴道、尿道、咽喉等)——在其中执行过程。内窥镜可以在使得能够导航非线性管腔或通路的柔性轴的远端处具有成像、照明和操控能力。为了辅助导航，内窥镜通常具有关节连接(articulate)小型远端弯曲段的器件。今天的内窥镜设备通常是具有用于各种功能性的众多杆(lever)、拨盘和按钮的手持设备，但是在关节连接方面提供了有限性能。对于控制，医师通过操纵交织器(leaver)或拨盘配合捻
动内窥镜的轴来控制内窥镜的位置和进展。这些技术要求医师当使用设备将内窥镜递送到所期望的位置时扭曲他们的手和手臂。由此产生的手臂运动和位置对于医师而言是尴尬的；维持那些位置还可能费力。因此，弯曲段的手动致动通常受低致动力和差人体工程学限制。今天的内窥镜设备具有附加挑战。今天的内窥镜通常要求支持人员递送、操作和从内窥镜中去除手术、诊断或治疗设备，同时医师维持所期望的位置。今天的内窥镜利用产生具有曲线对齐和肌肉发育(muscling)的组织的拉线。一些过程要求荧光镜检查或分段CT扫描以辅助导航到所期望的位置，特别是用于小管腔导航。因此，可能有益的是具有用于提供改进的人机工程学、可用性和导航的腔内过程的系统和工具。
技术实现思路
在一个方面中，本专利技术提供了一种用于执行机器人辅助外科手术过程的系统，包括：具有近端段和远端段的第一机器人手臂、联接到第一机器人手臂的远端段的第一机构变换器接口、联接到第一机构变换器接口的第一仪器设备操纵器，第一仪器设备操纵器被配置成在患者体内的手术部位处执行外科手术过程的机器人驱动工具，并且其中第一仪器设备操纵器包括驱动单元。在相关设备中，驱动单元包括电机。在一些实施例中，第一仪器设备操纵器被配置成与机构变换器接口和第一机器人手臂可释放地脱离。在相关设备中，第一机构变换器接口被配置成与多个仪器设备操纵器进行接口。在一些实施例中，第一机构变换器接口被配置成将从电信号第一机器人手臂传送到第一仪器设备操纵器。在相关设备中，本专利技术还包括联接到第一仪器设备操纵器的内窥镜工具，该内窥镜工具包括主细长本体。在一些实施例中，电磁追踪器联接到主细长本体的远端段。在一些实施例中，加速度计联
接到主细长本体的远端段。在相关设备中，主细长本体包括与主细长本体的中性轴线纵向对齐的工作通道、和在工作通道周围的螺旋中成一角度对齐的牵拉管腔。在一些实施例中，螺旋的角度沿着主细长本体的长度变化。在一些实施例中，牵拉管腔包含细长筋(tendon)，所述细长筋固定联接到主细长本体的远端段并且响应于第一仪器设备操纵器。在相关设备中，内窥镜工具还包括在主细长本体周围纵向对齐的副细长本体，其中，主细长本体包括近端段和远端段，并且其中，数字相机联接到远端。在一些实施例中，该系统还包括通过第二机构变换器接口联接到第二仪器设备操纵器的第二机器人手臂，其中，该第二仪器设备操纵器联接到内窥镜工具，并且第一仪器设备操纵器和第二仪器设备操作器被配置成对齐以形成用来操作内窥镜工具的虚拟轨。在一些实施例中，第一仪器设备操纵器可操作地控制副细长本体，并且第二仪器设备操纵器可操作地控制主细长本体。在一些实施例中，第一机器人手臂和第二机器人手臂联接到可移动系统推车(cart)。在一些实施例中，第一机器人手臂和第二机器人手臂联接到被配置成保持患者的手术床。在一些实施例中，系统推车被配置成向命令控制台发送传感器数据、并且从命令控制台接收命令信号。在一些实施例中，命令控制台与系统推车分开。在一些实施例中，命令控制台包括显示模块和用于控制内窥镜工具的控制模块。在一些实施例中，控制模块是操纵杆控制器。附图说明参照所附的示意性附图，通过示例对本专利技术进行描述，其中：图1图示了根据本专利技术的实施例的机器人内窥镜系统；图2A图示了根据本专利技术的实施例的机器人外科手术系统；图2B图示了其中朝向患者头部提供麻醉推车201的系统200的俯视图；图2C示出了图2A的系统200的视图；图2D和图2E图示了示出了根据本专利技术的实施例的机器人外科手术系统的通用性的手臂202和204的备选布置；图3A图示了根据本专利技术的实施例的具有多个虚拟轨的系统的俯视图；图3B图示了具有附加的机器人手臂、相关的工具底座和工具的图3A的机器人外科手术系统的使用；图4图示了根据本专利技术的实施例的IDM和工具可互换的机器人外科手术系统；图5A图示了根据本专利技术的实施例的联接到机器人系统中的机器人手臂的机构变换器接口的实现方式；图5B图示了图5A的凸(male)机构变换器接口502的备选视图；图5C图示了联接到仪器设备操纵器用于与图5A和图5B的凸机构变换器接口502连接的互补的凹(female)机构变换器接口；图5D图示了图5C的凹机构变换器接口508的备选视图；图6图示了根据本专利技术的实施例的使用通过指向患者腹部的单个机器人手臂上的仪器接口连接的单端口腹腔镜仪器的机器人外科手术系统；图7图示了根据本专利技术的实施例的具有两套机器人子系统的机器人外科手术系统，每套机器人子系统具有一对手臂；图8A图示了根据本专利技术的实施例的具有带有单个机器人手臂的子系统的机器人外科手术系统，其中，显微镜工具通过仪器接口连接到机器人手臂；图8B图示了根据本专利技术的实施例的其中图8A的子系统801可以结合另一系统用来执行显微外科手术的机器人外科手术系统；图9A图示了根据本专利技术的实施例的包括操纵器的机器人医疗系统的一部分；图9B图示了图9A中所公开的机器人医疗系统的备选视图；图10图示了根据本专利技术的实施例的具有张力传感装置的图9A，
图9B的独立的驱动机构的备选视图；图11A从另一角度图示了图9A，图9B和图10的独立的驱动机构的剖视图；图11B图示了根据本专利技术的实施例的结合内窥镜工具先前所讨论的独立的驱动机构的剖视图；图12图示了根据本专利技术的实施例的具有来自内窥镜工具的拉线的先前所讨论的独立的驱动机构的备选视图。图13图示了根据本专利技术的实施例的示出了如何通过垂直于力定向的应变计测量水平力的概念图；图14是根据本本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于执行机器人辅助外科手术过程的系统，包括：具有近端段和远端段的第一机器人手臂；联接到所述第一机器人手臂的所述远端段的第一机构变换器接口；和联接到所述第一机构变换器接口的第一仪器设备操纵器，所述第一仪器设备操纵器被配置成操作机器人驱动工具，所述机器人驱动工具被配置成在患者体内的手术部位处执行外科手术过程；其中，所述第一仪器设备操纵器包括驱动单元。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.10.24 US 61/895,312;2013.10.24 US 61/895,315;1.一种用于执行机器人辅助外科手术过程的系统，包括：具有近端段和远端段的第一机器人手臂；联接到所述第一机器人手臂的所述远端段的第一机构变换器接口；和联接到所述第一机构变换器接口的第一仪器设备操纵器，所述第一仪器设备操纵器被配置成操作机器人驱动工具，所述机器人驱动工具被配置成在患者体内的手术部位处执行外科手术过程；其中，所述第一仪器设备操纵器包括驱动单元。2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述驱动单元包括电机。3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述第一仪器设备操纵器被配置成与所述机构变换器接口和所述第一机器人手臂可释放地脱离。4.根据权利要求1所述的系统，其中，所述第一机构变换器接口被配置成与多个仪器设备操纵器进行接口。5.根据权利要求1所述的系统，其中，所述第一机构变换器接口被配置成将电信号从所述第一机器人手臂传送到所述第一仪器设备操纵器。6.根据权利要求1所述的系统，还包括联接到所述第一仪器设备操纵器的内窥镜工具，所述内窥镜工具包括主细长本体。7.根据权利要求6所述的系统，其中，电磁跟踪器联接到所述主细长本体的远端段。8.根据权利要求6所述的系统，其中，加速度计联接到所述主细长本体的远端段。9.根据权利要求6所述的系统，其中，所述主细长本体包括：与所述主细长本体的中性轴线纵向对齐的工作通道；和在所述工作通道周围的螺旋中成一角度对齐的牵拉管腔。10.根据权利要求9所...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·B·亚尔瓦雷茨，G·J·金茨，D·S·敏茨，E·洛莫，张健，S·布里恩，S·翁，J·博古斯基，K·本登，A·于，
申请(专利权)人：奥瑞斯外科手术机器人公司，
类型：发明
国别省市：美国;US