手术系统器械操纵器技术方案

提供器械操纵器和包括器械操纵器（342）的机器人手术系统。在一个实施例中，器械操纵器包括多个独立致动器驱动模块，所述多个致动器驱动模块中的每个包括致动器输出端（442b、442c、442d、442e），其中每个所述致动器输出端被配置成在没有来自另一个致动器输出端的力输入的情况下，独立致动手术器械的相应致动器输入端。器械操纵器进一步包括容纳多个独立致动器驱动模块的框架（542i），所述框架包括远端，其中每个所述致动器输出端从所述框架的所述远端向远侧伸出，以便接合所述手术器械的所述相应致动器输入端。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】

技术介绍
在机器人辅助或遥控机器人手术中，外科医生通常操作主控制器，以便在远离病人的位置遥控手术器械在手术部位的运动(例如，横跨手术室，在不同房间或与病人完全不同的建筑物内)。主控制器通常包括一个或更多手动输入设备，例如控制杆，外骨骼手套或其类似物，该输入设备通过在手术部位铰接器械的伺服电机连接到手术器械。伺服电机通常是机电设备或手术操纵器(从动器)的一部分，所述手术操纵器支撑和控制已经被直接引入打开的手术部位或通过套管针套引入体腔(例如病人腹部)的手术器械。在手术期间，手术操纵器提供各种手术器械的铰接和控制，各种手术器械例如组织抓钳、针驱动器、电灼烧探针等，各种手术器械中的每个为外科医生执行不同功能，例如夹持或驱动针，紧握血管，或解剖、灼烧或凝固组织。自由度(DOF)的数量是唯一标识遥控机器人系统姿态/配置的独立变量的数量。由于机器人操纵器是将(输入)关节空间映射到(输出)笛卡尔空间的运动链，DOF的概念可以以这两个空间的任意一个表述。尤其是，关节DOF集合是用于所有独立控制关节的关节变量集合。不失一般性，关节是提供单一平移(棱形关节)或旋转(回转关节)DOF的机构。从运动学建模的角度来考虑，提供多于一个DOF运动的任何机构被认为是两个或更多独立的关节。笛卡尔DOF集合通常由三个平移(位置)变量(例如前后移动，上下移动，左右移动)·和三个旋转(取向)变量(例如欧拉角或滚动/俯仰/偏转角)表示，其中所述变量描述末端执行器(或顶端)参考系相对于给定参考笛卡尔参考系的位置和取向。例如，具有安装在两个独立和垂直导轨上的末端执行器的平面机构具有在两个导轨跨越区域内控制x/y位置的能力(棱形D0F)。如果末端执行器能够围绕垂直于导轨平面的轴线旋转，那么存在与三个输出DOF (末端执行器的x/y位置和取向角)相对应的三个输Λ DOF (两个导轨位置和该偏转角)。虽然在笛卡尔参考系内描述身体的非冗余笛卡尔DOF数量可以是6个(其中所有平移和取向变量是独立控制的)，但是关节DOF的数量通常是涉及考虑机构复杂性和任务规范的设计选择的结果。因此，关节DOF的数量可以是多于、等于或少于6个。对于非冗余运动链，独立控制关节的数量等于末端执行器参照系的移动性程度。对于一定数量的棱形和回转关节D0F，末端执行器参照系将在笛卡尔空间中具有等同数量的DOF (除了在单数配置以外)，其中所述笛卡尔空间中的自由度将对应于平移(x/y/z位置)和旋转(滚动/俯仰/偏转取向角)运动组合。输入和输出DOF之间的区别在具有冗余或“不完全”运动链(例如，机械操纵器)的情况下是非常重要的。尤其是，“不完全”操纵器具有少于6个独立控制关节，因此不具有完全控制末端执行器位置和取向的能力。相反，不完全操纵器受限于仅控制位置和取向变量的子集。另一方面，冗余操纵器具有多于6个关节D0F。因此，冗余操纵器能够使用不止一个关节配置建立期望的6-D0F末端执行器姿态。换句话说，附加自由度不仅能够用于控制末端执行器位置和取向，而且能够控制操纵器自身的“形状”。除了运动自由度以外，操纵器还具有其他D0F，例如夹取夹钳或剪刀刀片的枢转杆运动。通过远程操纵的遥控机器人手术已经能够减少手术中要求的切口尺寸和数量，以便增强病人恢复而且有助于减少病人创伤和不适。然而，遥控机器人手术也产生许多新的挑战。邻近病人的机器人操纵器使得有时候病人侧医务人员难以接近病人，并且对于专为单端口手术设计的机器人，接近单端口是非常重要的。例如，在程序中外科医生通常采用大量不同外科器械/工具，并且易于接近操纵器和单端口和易于交换器械是高度有利的。另一个挑战是由于机电手术操纵器的一部分将位于邻近手术部位。因此，手术操纵器在手术期间会被污染，在手术之间通常被处理或消毒。从成本的角度考虑，优选是对设备进行消毒。然而，伺服电机、传感器、编码器以及对于机器人控制马达必要的电气连接不能使用常规方法消毒，例如蒸汽，加热和加压或化学方法，这是因为在消毒过程中系统部件会被损坏或毁坏。之前已使用无菌帷帘遮盖手术操纵器并且之前已包括适配器通过其进入无菌区域的孔(例如，手腕单元适配器或套管适配器)。然而，这不利地需要在每个程序后对适配器分离和消毒，而且在穿过帷帘孔时导致污染的可能性更大。而且，对于现有多臂手术机器人系统的无菌帷帘设计，系统的每个独 立臂被覆盖，但是这样的设计不适用于单端口系统，尤其是当通过单个从操纵器将所有器械致动器一起移动时。因此，所需要的是用于远程控制病人手术部位处的手术器械的改进的遥控机器人系统、装置和方法。尤其是，这些系统、装置和方法应当被配置成最小化对消毒的需求，从而提高成本效率而且保护系统和手术病人。此外，这些系统、装置和方法应当被设计成在提供器械和操纵器之间准确接口连接的同时，在手术程序中最小化器械交换时间和难度。而且，这些系统和方法应当被配置成最小化形式因素，以便为手术人员在进入端口提供最有效空间同时还提供改进的运动范围。而且，这些系统、装置和方法应当提供组织、支撑和有效操作多个器械通过单个端口，同时减少器械与其他装置之间碰撞。
技术实现思路
本公开提供用于遥控机器人手术的改进手术系统、装置和方法。根据一个方面，系统、装置和方法在具有准确和稳固接口的、覆盖有帷帘的器械操纵器和操纵器臂的远端处提供至少一个远程操纵的手术器械，而且还提供容易的器械交换和增强的器械操控，每个手术器械彼此独立工作，并且每个手术器械具有在笛卡尔空间(即，前后移动，上下移动，左右移动，滚动，俯仰，偏转)的至少6个主动/有源受控自由度的末端执行器。在一个实施例中，器械操纵器包括多个独立致动器驱动模块，所述多个致动器驱动模块中的每个包括致动器输出端，其中所述致动器输出端中的每个被配置成在没有来自另一个致动器输出端的力输入的情况下，独立致动手术器械的相应致动器输入端。器械操纵器进一步包括容纳多个独立致动器驱动模块的框架，所述框架包括远端，每个所述致动器输出端从所述框架的所述远端向远侧伸出，以便接合所述手术器械的所述相应致动器输入端。在另一个实施例中，机器人手术系统包括定位机器人手术系统的远距离运动中心的设置连杆、可操作连接于所述设置连杆的近侧连杆、可操作连接于所述近侧连杆的远端连杆以及如上所述的多个器械操纵器，所述多个器械操纵器可操作连接于在远侧连杆远端处的可旋转元件。该系统进一步包括多个手术器械，所述手术器械中的每个可操作连接于相应器械操纵器。通过考虑下列一个或更多实施例的详细描述，本领域的技术人员会获得对本公开实施例的更完整理解，以及其额外优势的实现。首先简要描述随附的附图。附图说明图IA和图IB分别示出根据本公开实施例的在带有无菌帷帘和不带无菌帷帘的遥控手术系统中病人侧支撑组件的示意图。图2A示出带有无菌帷帘和安装器械的遥控手术系统实施例的图解透视图。图2B和2C分别示出图2A没有显示无菌帷帘的遥控手术系统的侧视图和俯视图。图3示出操纵器基座平台、器械操纵器群以及安装器械实施例的透视图。图4A和4B分别示出器械操纵器沿插入轴线伸展和收缩的透视图。图5A-1和5B-1示出支撑钩将器械传动机构的近侧面连接到器械操纵器远侧面的操作，以及图5A-2和5B-2分别示出图5A1和5B1的剖视图。图5C-1到5C-4示出本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：T·所罗门，T·G·库珀，N·迪奥拉伊蒂，E·F·杜瓦尔，D·戈麦斯，R·E·霍洛普，A·K·麦克格罗甘，C·R·拉姆斯塔德，T·W·罗杰斯，
申请(专利权)人：直观外科手术操作公司，
类型：
国别省市：