專利名稱：偏移遙控中心的操縱器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及醫(yī)療、手術(shù)和/或機(jī)器人裝置和系統(tǒng)。在示例性實(shí)施例中，本發(fā)明提供了在微創(chuàng)機(jī)器人手術(shù)過程中限制手術(shù)器械位置的偏移遙控中心的操縱器。
背景技術(shù)：
微創(chuàng)醫(yī)療技術(shù)的目的是減少在診斷或者手術(shù)過程中被破壞的體外組織的數(shù)量，從而縮短病人的康復(fù)時(shí)間、不適以及減少有害的副作用。例如，微創(chuàng)手術(shù)的一個(gè)作用就是減少手術(shù)后的住院康復(fù)時(shí)間。因?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)手術(shù)的平均住院時(shí)間通常顯著長(zhǎng)于模擬微創(chuàng)手術(shù)的平均住院時(shí)間，所以增加使用微創(chuàng)技術(shù)每年可以節(jié)約數(shù)百萬美元的醫(yī)院成本。盡管每年在美國(guó)實(shí)施的許多手術(shù)潛在地可以采用微創(chuàng)方式，但是由于微創(chuàng)手術(shù)器械的限制和掌握這些器械所涉及到的額外手術(shù)培訓(xùn)，目前的手術(shù)中只有一部分采用了這些有利技術(shù)。開發(fā)微創(chuàng)機(jī)器人手術(shù)或者遠(yuǎn)程手術(shù)系統(tǒng)的目的是增加外科醫(yī)生的靈巧性并且避免傳統(tǒng)微創(chuàng)技術(shù)的一些局限性。在遠(yuǎn)程手術(shù)中，外科醫(yī)生使用某種形式的遙控，例如伺服機(jī)構(gòu)等來操作手術(shù)器械運(yùn)動(dòng)，而不是直接用手拿著并運(yùn)動(dòng)器械。在遠(yuǎn)程手術(shù)系統(tǒng)中，可以在手術(shù)工作站為外科醫(yī)生提供手術(shù)部位的圖象。在觀察顯示器上手術(shù)部位的二維或者三維圖象時(shí)，外科醫(yī)生通過操作主控制裝置來給病人做手術(shù)，主控制裝置又控制伺服機(jī)械操作的器械的運(yùn)動(dòng)。用于遠(yuǎn)程手術(shù)的伺服機(jī)構(gòu)通常會(huì)接受兩個(gè)主控制器的輸入(外科醫(yī)生一手一個(gè))，并且可以包括兩個(gè)或者兩個(gè)以上的機(jī)械臂，每個(gè)機(jī)械臂上均安裝有手術(shù)器械。主控制器與關(guān)聯(lián)的機(jī)械臂和器械組件之間的操作通信通常是通過控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的。該控制系統(tǒng)通常包括至少一個(gè)處理器，處理器中繼從主控制器到關(guān)聯(lián)的機(jī)械臂和器械組件的輸入指令， 并在例如有力反饋等的情況下中繼從器械和臂組件到關(guān)聯(lián)的主控制器的返回指令。機(jī)器人手術(shù)系統(tǒng)的一個(gè)例子是 htuitive Surgicl, Inc. of Mountain View, CA 的 DA VINCI 系統(tǒng)。在機(jī)器人手術(shù)過程中，可以用多種結(jié)構(gòu)配置來支撐手術(shù)部位的手術(shù)器械。驅(qū)動(dòng)聯(lián)動(dòng)裝置或者“從動(dòng)”裝置通常稱為機(jī)器人手術(shù)操縱器，美國(guó)專利6，758，843號(hào)、6，246, 200 號(hào)和5，800, 423號(hào)中描述了微創(chuàng)機(jī)器人手術(shù)過程中用作機(jī)器人手術(shù)操縱器的示例性聯(lián)動(dòng)裝置配置，其全部?jī)?nèi)容以參考的方式并入此處。這些聯(lián)動(dòng)裝置通常利用平行四邊形配置來支撐帶有軸的器械。這種操縱器結(jié)構(gòu)可以限制器械的運(yùn)動(dòng)，從而器械圍繞球形旋轉(zhuǎn)中心作樞軸運(yùn)動(dòng)，球形旋轉(zhuǎn)中心沿著剛軸長(zhǎng)度方向上的空間中。通過使該旋轉(zhuǎn)中心與內(nèi)部手術(shù)部位的切入點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)(例如，在腹腔鏡手術(shù)中與套管針或套管)，可以通過使用操縱器聯(lián)動(dòng)裝置運(yùn)動(dòng)軸近端來安全地定位手術(shù)器械的終端執(zhí)行器，而不對(duì)腹壁施加危險(xiǎn)的作用力。例如在美國(guó)專利 6，702，805 號(hào)、6，676，669 號(hào)、5，855，583 號(hào)、5，808，665 號(hào)、5，445，166 號(hào)和5，184，601號(hào)中描述了替代性操縱器結(jié)構(gòu)，其全部?jī)?nèi)容以參考的方式并入此處。盡管新型遠(yuǎn)程手術(shù)系統(tǒng)和裝置已經(jīng)被證明高效、有利，進(jìn)一步改進(jìn)仍然是必要的。 一般，提供用于執(zhí)行微創(chuàng)機(jī)器人手術(shù)的改進(jìn)結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)是必要的。更具體地，提高這些系統(tǒng)的使用效率和容易度是有利的。例如，在降低系統(tǒng)總體復(fù)雜程度、縮小系統(tǒng)尺寸和減輕系統(tǒng)物理重量的同時(shí)提高機(jī)器人手術(shù)操縱器提供的運(yùn)動(dòng)范圍是十分有利的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明大體上涉及醫(yī)療、手術(shù)和/或機(jī)器人裝置和系統(tǒng)。具體地，本發(fā)明涉及經(jīng)改進(jìn)的遙控中心操縱器，在微創(chuàng)機(jī)器人手術(shù)過程中，該遙控中心操縱器被用來支撐手術(shù)器械并且提供球形旋轉(zhuǎn)中心，球形旋轉(zhuǎn)中心位于器械的所需位置并且遠(yuǎn)離任何軸承或者機(jī)械支撐件。該遙控中心操縱器限制器械，使其圍繞固定的旋轉(zhuǎn)中心運(yùn)動(dòng)，優(yōu)選與對(duì)病人身體的進(jìn)入切口一致，例如病人的腹壁。在示例性實(shí)施例中，本發(fā)明提供了在微創(chuàng)機(jī)器人手術(shù)過程中限制手術(shù)器械位置的偏移遙控中心平行四邊形操縱器聯(lián)動(dòng)裝置。該經(jīng)改進(jìn)的遙控中心操縱器在降低機(jī)器人手術(shù)系統(tǒng)的總體難度、縮小系統(tǒng)尺寸、減輕系統(tǒng)物理重量的同時(shí)有利地?cái)U(kuò)大了器械沿著第一軸線和第二軸線的運(yùn)動(dòng)范圍。這些優(yōu)點(diǎn)又提高了機(jī)器人手術(shù)系統(tǒng)的效率，并且使機(jī)器人手術(shù)系統(tǒng)的使用更加便利。在本發(fā)明的第一方面，提供了用于限制手術(shù)器械位置的遙控中心操縱器?？梢栽谖?chuàng)機(jī)器人手術(shù)過程中與器械支架耦合的手術(shù)器械包括延長(zhǎng)軸。該軸具有遠(yuǎn)端工作端，其被配置從而通過體壁的切口插入病人的體腔。該遙控中心操縱器包括具有安裝底座的連接聯(lián)動(dòng)組件，安裝底座與平行四邊形聯(lián)動(dòng)裝置旋轉(zhuǎn)耦合，從而圍繞第一軸線旋轉(zhuǎn)。平行四邊形聯(lián)動(dòng)裝置底座通過多個(gè)連桿和接頭與器械支架耦合。這些連桿和接頭構(gòu)成平行四邊形，從而當(dāng)器械被安裝在器械支架上并且軸至少以1個(gè)自由度運(yùn)動(dòng)時(shí)相對(duì)于旋轉(zhuǎn)中心限制延長(zhǎng)軸。第一軸線和與平行四邊形聯(lián)動(dòng)裝置底座相鄰的平行四邊形的第一邊在旋轉(zhuǎn)中心處與軸交叉。重要的是，平行四邊形的第一邊成角度地偏離第一軸線。平行四邊形的第一邊成角度地偏離第一軸線，角度至少為2度，優(yōu)選為10度。大體上，平行四邊形的第一邊成角度地偏離第一軸線，角度范圍大約是2度到45度，優(yōu)選大約 2度到大約35度。平行四邊形的第一邊有時(shí)可以在第一軸線下延伸，通常平行四邊形的至少一條邊在第一軸線下延伸。操縱器提供經(jīng)改進(jìn)的沿著第一軸線大于士90度的軸運(yùn)動(dòng)范圍，優(yōu)選沿著第一軸線的大于士95度的軸運(yùn)動(dòng)范圍。具體地，懸掛式平行四邊形聯(lián)動(dòng)裝置底座提供沿著第一軸線的士 168度的軸運(yùn)動(dòng)范圍，其中第一軸線有時(shí)稱為搖擺軸線。偏移連接聯(lián)動(dòng)裝置有利地提供經(jīng)改進(jìn)的沿著第二軸線的大于士陽(yáng)度的軸運(yùn)動(dòng)范圍，優(yōu)選沿著第二軸線大于士60度的范圍。通常偏移連接聯(lián)動(dòng)裝置以士75度的范圍提供沿著第二軸線的經(jīng)改進(jìn)的軸運(yùn)動(dòng)，其中第二軸線有時(shí)稱為俯仰軸線。優(yōu)選至少一個(gè)連桿成角度彎曲，從而為另一連桿提供空隙，使其位于彎曲的連桿上。該空隙阻止聯(lián)動(dòng)裝置之間的碰撞，從而進(jìn)一步允許經(jīng)改進(jìn)的俯仰運(yùn)動(dòng)范圍。例如，連桿可以成大約22度的角度彎曲。操縱器不能以至少1個(gè)自由度平衡。同樣地，制動(dòng)系統(tǒng)可以與連接聯(lián)動(dòng)裝置耦合。制動(dòng)系統(tǒng)可釋放地抑制至少一個(gè)接頭的連接。優(yōu)選地多個(gè)連桿和接頭包括至少一個(gè)滑輪和至少一個(gè)與該滑輪耦合的柔性元件，滑輪經(jīng)配置以便限制相對(duì)于旋轉(zhuǎn)中心的軸運(yùn)動(dòng)。在一個(gè)實(shí)施例中，多個(gè)連桿和接頭包括具有六個(gè)滑輪和四條帶的聯(lián)動(dòng)裝置。這些連桿和接頭由伺服機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)。多個(gè)連桿和平行四邊形聯(lián)動(dòng)裝置底座可以在不同的平面偏移，從而降低聯(lián)動(dòng)裝置之間碰撞的概率。然而，多個(gè)連桿和器械支架可以設(shè)置在同一平面。通常，連接聯(lián)動(dòng)裝置被配置以便限制相對(duì)于旋轉(zhuǎn)中心的軸運(yùn)動(dòng)。同樣地，當(dāng)軸以至少1個(gè)自由度做樞軸運(yùn)動(dòng)時(shí)，軸通過旋轉(zhuǎn)中心基本保持對(duì)準(zhǔn)。優(yōu)選旋轉(zhuǎn)中心與內(nèi)部手術(shù)部位切入點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)，例如在腹腔鏡手術(shù)過程中與腹壁上的套管針和套管對(duì)準(zhǔn)。同樣地，可以通過使用偏移遙控中心機(jī)器人操縱器運(yùn)動(dòng)軸的近端來安全地定位手術(shù)器械的終端執(zhí)行器，而不對(duì)腹壁施加危險(xiǎn)的作用力。在本發(fā)明的另一方面，提供了用來限制手術(shù)器械位置的遙控中心操縱器。在微創(chuàng)機(jī)器人手術(shù)過程中能夠與器械支架耦合的手術(shù)器械包括延長(zhǎng)軸。該軸的遠(yuǎn)端工作終端被配置，從而通過體壁上的切口插入病人的體腔。遙控中心操縱器包括具有安裝底座的連接聯(lián)動(dòng)裝置，該安裝底座與平行四邊形聯(lián)動(dòng)裝置底座旋轉(zhuǎn)耦合，從而圍繞第一軸線旋轉(zhuǎn)。平行四邊形聯(lián)動(dòng)裝置底座通過多個(gè)連桿和樞軸與器械支架耦合。連桿和樞軸構(gòu)成平行四邊形，從而當(dāng)器械被安裝在器械支架上并且軸沿著平行四邊形的一個(gè)面運(yùn)動(dòng)時(shí)相對(duì)于旋轉(zhuǎn)中心限制器械的延長(zhǎng)軸。重要的是，與平行四邊形聯(lián)動(dòng)裝置底座相鄰的平行四邊形的第一軸線和第一樞軸成角度偏移并且至少有一個(gè)連桿被彎曲。平行四邊形的第一樞軸成角度偏離第一軸線，角度至少為2度，優(yōu)選10度。大體上，平行四邊形的第一樞軸成角度偏離第一軸線，角度范圍大約為2度到大約45度，優(yōu)選的角度范圍大約為2度到35度。平行四邊形的第一樞軸有時(shí)可以在第一軸線下延伸，通常平行四邊形至少有一個(gè)樞軸在第一軸線下延伸。操縱器以大于士90度的范圍提供沿著第一軸線的軸運(yùn)動(dòng)，優(yōu)選大于士95度的沿著第一軸線的軸運(yùn)動(dòng)。具體地，懸掛式平行四邊形聯(lián)動(dòng)裝置底座沿著第一軸線，例如搖擺軸線以士 168度的范圍提供改進(jìn)的軸運(yùn)動(dòng)。有利的是， 偏移平行四邊形和彎曲連桿沿著第二軸線以大于士陽(yáng)度的范圍共同提供軸運(yùn)動(dòng)，優(yōu)選以沿著第二軸線大于士60度的范圍提供軸運(yùn)動(dòng)。通常，偏移平行四邊形和彎曲連桿沿著第二軸線，例如俯仰軸線以士75度的范圍提供軸運(yùn)動(dòng)。至少一個(gè)連桿被成角度地(例如，22度)彎曲，從而為另一連桿提供空隙，使其位于彎曲連桿上。在至少1個(gè)自由度中，至少有一個(gè)連桿和樞軸不平衡。因此，制動(dòng)系統(tǒng)與連接聯(lián)動(dòng)裝置耦合，該制動(dòng)系統(tǒng)可釋放地抑制至少一個(gè)樞軸的連接。優(yōu)選多個(gè)連桿和樞軸包括至少一個(gè)滑輪和至少一個(gè)與該滑輪耦合的柔性元件，滑輪被配置以便限制相對(duì)于旋轉(zhuǎn)中心的軸運(yùn)動(dòng)。在一個(gè)實(shí)施例中，多個(gè)連桿和樞軸包括具有六個(gè)滑輪和四條帶的聯(lián)動(dòng)裝置。多個(gè)連桿和平行四邊形聯(lián)動(dòng)裝置底座可以在不同的平面中偏移，盡管多個(gè)連桿和器械支架可以設(shè)置在同一個(gè)平面上。在本發(fā)明的另一方面中，提供了用來限制手術(shù)器械位置的遙控中心操縱器。在微創(chuàng)機(jī)器人手術(shù)過程中可以跟器械支架耦合的手術(shù)器械包括延長(zhǎng)軸。軸具有遠(yuǎn)端工作終端， 其被配置以便通過體壁的切口插入病人的體腔。遙控中心操縱器包括具有安裝底座的連接聯(lián)動(dòng)裝置，安裝底座與平行四邊形聯(lián)動(dòng)裝置底座旋轉(zhuǎn)耦合，從而圍繞第一軸線旋轉(zhuǎn)。平行四邊形聯(lián)動(dòng)裝置底座通過多個(gè)連桿和樞軸與器械支架耦合。連桿和樞軸構(gòu)成平行四邊形，從而當(dāng)器械被安裝到器械支架上并且軸沿著平行四邊形的一個(gè)平面運(yùn)動(dòng)時(shí)限制相對(duì)于旋轉(zhuǎn)中心的器械延長(zhǎng)軸。第一軸線和平行四邊形在旋轉(zhuǎn)中心與軸交叉。重要的是，平行四邊形成角度偏離第一軸線。例如，從與器械支架相鄰的接頭向旋轉(zhuǎn)中心延伸的平行四邊形的遠(yuǎn)端成角度偏離延長(zhǎng)軸。在本發(fā)明的另一方面中，提供了用于手術(shù)器械樞軸運(yùn)動(dòng)的遙控中心操縱器。能夠在微創(chuàng)機(jī)器人手術(shù)過程中與器械支架耦合的手術(shù)器械包括延長(zhǎng)軸。軸的遠(yuǎn)端和工作終端被配置，從而通過體壁的切口插入病人的體腔。遙控中心操縱器包括聯(lián)動(dòng)裝置底座、第一聯(lián)動(dòng)裝置和第二聯(lián)動(dòng)裝置。第一聯(lián)動(dòng)裝置被聯(lián)動(dòng)裝置底座轉(zhuǎn)動(dòng)支撐并且具有第一外殼。第二聯(lián)動(dòng)裝置在近端樞軸接頭和遠(yuǎn)端樞軸接頭之間懸置，并且限定其間的第二聯(lián)動(dòng)裝置軸線。近端樞軸接頭把第二聯(lián)動(dòng)裝置與第一聯(lián)動(dòng)裝置耦合。遠(yuǎn)端樞軸接頭把第二聯(lián)動(dòng)裝置與器械支架耦合。第一聯(lián)動(dòng)裝置和第二聯(lián)動(dòng)裝置把軸的橫向運(yùn)動(dòng)限制為圍繞旋轉(zhuǎn)中心的樞軸運(yùn)動(dòng)， 該旋轉(zhuǎn)中心沿軸設(shè)置。第二聯(lián)動(dòng)裝置具有第二外殼，該外殼具有凹部，該凹部設(shè)置在第一接頭和第二接頭之間并且與第一接頭和第二接頭分開，從而當(dāng)軸的近端向聯(lián)動(dòng)裝置底座運(yùn)動(dòng)時(shí)，第一聯(lián)動(dòng)裝置的第一外殼伸進(jìn)凹部并且跨越第二聯(lián)動(dòng)裝置軸線。第二聯(lián)動(dòng)裝置可以包括在近端樞軸接頭和遠(yuǎn)端樞軸接頭之間的拉緊的柔性構(gòu)件，并且包括至少一個(gè)與柔性構(gòu)件橫向嚙合的導(dǎo)向裝置，從而使柔性構(gòu)件離開凹部。在本發(fā)明的另一方面，提供了使用手術(shù)器械在病人的體腔內(nèi)實(shí)施微創(chuàng)機(jī)器人手術(shù)的方法。能夠在微創(chuàng)機(jī)器人手術(shù)過程中與器械支架耦合的手術(shù)器械包括延長(zhǎng)軸。軸的遠(yuǎn)端經(jīng)配置以便通過體壁的切口插入病人的體腔。這種方法包括提供上述的偏移連接聯(lián)動(dòng)裝置。至少器械軸的遠(yuǎn)端工作終端通過切口引進(jìn)體腔。當(dāng)至少一部分遠(yuǎn)端工作終端位于體腔內(nèi)時(shí)，至少器械的軸在至少1個(gè)自由度上樞軸運(yùn)動(dòng)。偏移連接聯(lián)動(dòng)裝置把軸的橫向運(yùn)動(dòng)限制為圍繞旋轉(zhuǎn)中心的樞軸運(yùn)動(dòng)，從而通過旋轉(zhuǎn)中心使軸基本保持對(duì)準(zhǔn)。通過參考本說明書的剩余部分和附圖可以進(jìn)一步理解本發(fā)明的本質(zhì)和優(yōu)點(diǎn)。


以下附圖應(yīng)參考詳細(xì)描述閱讀。不同附圖中的相同編號(hào)指代相同的元件。附圖不一定按照比例，僅是示例性地描述本發(fā)明，不是限制本發(fā)明范圍。圖1是手術(shù)室一部分的示意平面圖，示出了機(jī)器人手術(shù)系統(tǒng)，包括用來輸入手術(shù)過程的主外科醫(yī)生控制臺(tái)或者工作站，和以機(jī)器人方式運(yùn)動(dòng)手術(shù)器械的病人側(cè)的機(jī)器人推車，手術(shù)器械有位于手術(shù)部位的終端執(zhí)行器。圖2是病人側(cè)的機(jī)器人推車或者支臺(tái)的透視圖，包括兩個(gè)病人側(cè)機(jī)器人操縱器和一個(gè)內(nèi)窺鏡/照相機(jī)機(jī)器人操縱器。圖3A和圖;3B分別是圖2所示的機(jī)器人操縱器聯(lián)動(dòng)裝置的側(cè)視圖和正視圖。圖4是用于圖1所示系統(tǒng)的連接手術(shù)器械的透視圖。圖5A和圖5B分別為按照本發(fā)明原理構(gòu)造的示例性機(jī)器人操縱器聯(lián)動(dòng)裝置的側(cè)視圖和正視圖。圖6A和圖6B是示例性機(jī)器人操縱器聯(lián)動(dòng)裝置額外的側(cè)視圖。圖7A和圖7B是示例性機(jī)器人操縱器聯(lián)動(dòng)裝置的側(cè)視圖，其示出了經(jīng)改進(jìn)的、沿著俯仰軸線的運(yùn)動(dòng)范圍。圖8A和圖8B是示例性機(jī)器人操縱器聯(lián)動(dòng)裝置的側(cè)視圖，其示出了經(jīng)改進(jìn)的、沿著俯仰軸線的運(yùn)動(dòng)范圍。
圖9A到圖9D是示例性機(jī)器人組合操縱器聯(lián)動(dòng)裝置的透視圖，其示出了經(jīng)改進(jìn)的、 沿著俯仰軸線和搖擺軸線的運(yùn)動(dòng)范圍。
具體實(shí)施例方式圖1到圖4描述了用于實(shí)施微創(chuàng)機(jī)器人手術(shù)的機(jī)器人手術(shù)系統(tǒng)1，微創(chuàng)機(jī)器人手術(shù)在美國(guó)專利6，246, 200號(hào)中被更為詳細(xì)地描述。手術(shù)員0(通常為外科醫(yī)生)對(duì)躺在手術(shù)臺(tái)T上的病人P進(jìn)行微創(chuàng)手術(shù)，手術(shù)員0在外科醫(yī)生控制臺(tái)3操作一個(gè)或者一個(gè)以上輸入裝置或者主控裝置2。作為對(duì)外科醫(yī)生的輸入的響應(yīng)，控制臺(tái)3的計(jì)算機(jī)處理器4引導(dǎo)內(nèi)窺鏡手術(shù)器械或者工具5的運(yùn)動(dòng)，同時(shí)通過病人側(cè)的機(jī)器人系統(tǒng)6 (本例中為車載系統(tǒng))實(shí)現(xiàn)器械的伺服機(jī)械運(yùn)動(dòng)。通常，病人側(cè)系統(tǒng)或者推車6包括至少三個(gè)機(jī)器人操縱器臂。兩條臂或者聯(lián)動(dòng)裝置7 (本例中被安裝在推車6的側(cè)邊)支撐并定位驅(qū)動(dòng)手術(shù)工具5的伺服操縱器8 ；一條臂或者聯(lián)動(dòng)裝置9 (本例中被安裝在推車6的中心)支撐并且定位控制內(nèi)窺鏡/照相機(jī)探針 11運(yùn)動(dòng)的伺服操縱器10，內(nèi)窺鏡/照相機(jī)探針11捕捉內(nèi)部手術(shù)部位的圖象(優(yōu)選為體視的)。內(nèi)部手術(shù)部位的圖象通過外科醫(yī)生控制臺(tái)3的體視顯示器觀察器12顯示給外科醫(yī)生或者手術(shù)員0，同時(shí)通過助手顯示器14顯示給助手A。助手協(xié)助利用安裝聯(lián)動(dòng)裝置臂 7和9預(yù)先設(shè)定相對(duì)于病人P操縱器8和10的位置，協(xié)助將一個(gè)或者一個(gè)以上的手術(shù)操縱器8(和/或10)中的工具5與替換性手術(shù)工具或者器械5’交換，協(xié)助操作關(guān)聯(lián)的非機(jī)器人醫(yī)療器械和設(shè)備等等。概括地說，臂或者聯(lián)動(dòng)裝置7和9包括病人側(cè)系統(tǒng)6的定位聯(lián)動(dòng)裝置或者調(diào)定臂部分，通常是當(dāng)病人身上的組織被操作時(shí)處于固定配置狀態(tài)，操縱器8和10包括被驅(qū)動(dòng)部分，在外科醫(yī)生控制臺(tái)3的指示下，被驅(qū)動(dòng)部分被主動(dòng)連接。被主動(dòng)驅(qū)動(dòng)的部分在此處通常稱為“操縱器”，病人側(cè)系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)裝置的定位聯(lián)動(dòng)裝置的可固定部分在此處稱為“調(diào)定臂”， 注意到這些調(diào)定臂可選地具有帶動(dòng)力的且被計(jì)算機(jī)控制的接頭。為了術(shù)語表達(dá)的方便，影響手術(shù)工具的致動(dòng)組織的操縱器，例如操縱器8，在此處通常稱為PSM (病人側(cè)操縱器)，控制圖象捕捉或者數(shù)據(jù)采集裝置(例如，內(nèi)窺鏡11)的操縱器，例如操縱器10，在此處通常稱為ECM(內(nèi)窺鏡一照相機(jī)操縱器)，同時(shí)注意到這些遠(yuǎn)程手術(shù)機(jī)器人操縱器可以有選擇地致動(dòng)、操縱和控制多種在手術(shù)中有用的器械、工具和裝置。圖2示出了在圖1所示的車載的遠(yuǎn)程手術(shù)病人側(cè)系統(tǒng)6的透視圖，其包括兩個(gè)PSM 8和一個(gè)ECM 10。車系統(tǒng)6包括支柱15，支柱15又安裝三個(gè)定位聯(lián)動(dòng)裝置或者調(diào)定臂，其包括兩個(gè)PSM調(diào)定臂7，每條臂支撐一個(gè)PSM 8，還包括一個(gè)支撐ECM 10的ECM調(diào)定臂9。 每個(gè)PSM調(diào)定臂7均有6個(gè)自由度，并且安裝在中間的ECM調(diào)定臂9的每一邊均被安裝一個(gè)PSM調(diào)定臂7。所示的ECM調(diào)定臂9的自由度小于6，ECM 10不包括提供給連接手術(shù)器械的全部工具致動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，例如PSM 8中通常所包括的。每個(gè)PSM 8可釋放地安裝手術(shù)工具5 (以虛線示出)，ECMlO可以放松的安裝內(nèi)窺鏡探針11 (以虛線示出)。圖3A和圖;3B分別是圖2所示的機(jī)器人操縱器或者PSM 8的聯(lián)動(dòng)裝置的側(cè)視圖和正視圖，其具有遙控中心機(jī)構(gòu)。PSM 8是操縱器的一個(gè)現(xiàn)有技術(shù)例子，該操縱器可以由車架 6、頂架或者地架/座架來安裝和支撐。在本例子中，PSM 8優(yōu)選包括限制工具界面殼體21和安裝的器械或工具5運(yùn)動(dòng)的聯(lián)動(dòng)裝置20。更具體地，聯(lián)動(dòng)裝置20包括被平行四邊形配置中的旋轉(zhuǎn)接頭耦合在一起的剛性連桿，從而殼體21和工具5圍繞空間22中的一點(diǎn)旋轉(zhuǎn)，這在授權(quán)的美國(guó)專利6，758，843中被更完整地描述。如圖3A中的箭頭2 所示，聯(lián)動(dòng)裝置20的平行四邊形配置把旋轉(zhuǎn)限制為繞軸線旋轉(zhuǎn)，該軸線有時(shí)稱為俯仰軸線，俯仰軸線與所描述頁(yè)面垂直，并且穿過樞軸點(diǎn)22。支撐平行四邊形聯(lián)動(dòng)裝置的連桿通過樞軸安裝到調(diào)定接頭上(圖2中的7)，從而工具5進(jìn)一步圍繞軸線22b(圖3B)旋轉(zhuǎn)，軸22b有時(shí)稱為搖擺軸線。俯仰軸線和搖擺軸線在遙控中心22 處相互交叉，遙控中心22沿著工具5的軸23對(duì)準(zhǔn)。由于被操縱器8支撐，工具5還有進(jìn)一步的驅(qū)動(dòng)自由度，包括工具沿著插入軸線22c的滑動(dòng)。工具5包括安裝在操縱器界面殼體 21上的近端殼體24。界面殼體21既提供工具5沿著軸22c的運(yùn)動(dòng)也將來自PSM 8的終端執(zhí)行器致動(dòng)器伺服機(jī)構(gòu)的致動(dòng)輸入傳送至工具5。在本遙控中心系統(tǒng)的例子中，平行四邊形配置20與工具5耦合，從而當(dāng)伺服機(jī)構(gòu)按照外科醫(yī)生的控制輸入致動(dòng)工具運(yùn)動(dòng)時(shí)，機(jī)械地限制工具軸23，使其圍繞樞軸點(diǎn)22旋轉(zhuǎn)。當(dāng)工具5相對(duì)于操縱器8沿著軸線22c滑動(dòng)時(shí)，遙控中心22仍然相對(duì)于操縱器8 的安裝底座25 (調(diào)定臂7的安裝點(diǎn))保持固定。因此，整個(gè)操縱器8基本上被運(yùn)動(dòng)，從而重新定位遙控中心22。操縱器8的聯(lián)動(dòng)裝置20被一系列電動(dòng)機(jī)沈(圖3A)驅(qū)動(dòng)。作為對(duì)處理器(圖1中的4)指令的響應(yīng)，這些電動(dòng)機(jī)主動(dòng)地運(yùn)動(dòng)聯(lián)動(dòng)裝置。電動(dòng)機(jī)沈進(jìn)一步與工具5耦合，從而圍繞軸線22c使工具轉(zhuǎn)動(dòng)，而且電動(dòng)機(jī)沈可以在工具5的遠(yuǎn)端以大約至少1 個(gè)自由度，且通常為2個(gè)自由度與腕部件(圖4中的29)連接。此外，電動(dòng)機(jī)沈可以用來驅(qū)動(dòng)工具的可連接終端執(zhí)行器，從而用鑷子等的鉗夾抓住組織。電動(dòng)機(jī)沈可以使用纜線與工具5的至少一些接頭耦合，如美國(guó)專利5，792，135號(hào)中更為完整的描述，其全部?jī)?nèi)容也以參考的方式并入此處。如該參考文獻(xiàn)中的描述，操縱器8通常包括用來從驅(qū)動(dòng)部件向手術(shù)工具5傳送運(yùn)動(dòng)的柔性構(gòu)件。在內(nèi)窺鏡手術(shù)中，操縱器8通常包括套管27。套管27可以能夠釋放地與操縱器8耦合，支撐工具5，優(yōu)選允許工具通過套管27的中孔旋轉(zhuǎn)和軸向運(yùn)動(dòng)。圖4描述了連接手術(shù)工具或器械5和近端殼體M的分解透視圖，其可以應(yīng)用于圖 1所示的系統(tǒng)中。工具5包括支撐相對(duì)于近端殼體M的終端執(zhí)行器觀的延長(zhǎng)軸23。近端殼體M適于可釋放地將器械5安裝并與操縱器(例如，圖1、圖2、圖3A和圖;3B中的PSM) 連接，并且在操縱器8和終端執(zhí)行器觀之間傳送驅(qū)動(dòng)信號(hào)和/或運(yùn)動(dòng)。連接腕部件機(jī)構(gòu)四可以在終端執(zhí)行器觀和軸23之間提供2個(gè)自由度的運(yùn)動(dòng)，軸23可以相對(duì)于近端殼體M 旋轉(zhuǎn)，從而在病人體內(nèi)為終端執(zhí)行器觀提供3個(gè)大體方向上的自由度?，F(xiàn)在參考圖5A和5B，分別是按照本發(fā)明原理構(gòu)造的示例性偏移遙控中心機(jī)器人操縱器的側(cè)視圖和正視圖。如以下更為詳細(xì)的描述，精確操縱器30提供偏移遙控中心平行四邊形操縱器聯(lián)動(dòng)裝置，其在微創(chuàng)機(jī)器人手術(shù)過程中限制耦合至器械支架34的手術(shù)器械 32的位置。手術(shù)器械32包括具有遠(yuǎn)端工作終端38的延長(zhǎng)軸36，遠(yuǎn)端工作終端被配置，從而通過體壁的切口插入病人的體腔。應(yīng)注意到以上描述僅僅出于闡釋目的，并不一定反應(yīng)機(jī)器人手術(shù)操縱器30的實(shí)際形狀、大小或者尺寸。這一點(diǎn)也適用于以下一切描述。一般來說，偏移遙控中心機(jī)器人操縱器30被配置，從而限制軸36相對(duì)于旋轉(zhuǎn)中心 66的運(yùn)動(dòng)。同樣地，在軸36以至少1個(gè)自由度樞軸運(yùn)動(dòng)時(shí)，軸36通過旋轉(zhuǎn)中心保持基本對(duì)準(zhǔn)。優(yōu)選地，旋轉(zhuǎn)中心66與內(nèi)部手術(shù)部位的切口點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)，例如在腹腔鏡手術(shù)過程中與腹
11壁上的套管針和套管對(duì)準(zhǔn)。同樣地，可以通過利用偏移遙控中心機(jī)器人操縱器30運(yùn)動(dòng)的軸 36的近端來安全地定位手術(shù)器械32的終端執(zhí)行器，而不對(duì)腹壁施加危險(xiǎn)的作用力。再參考圖5A，精確的遙控中心操縱器通常包括連接聯(lián)動(dòng)裝置30，其具有安裝底座 40、平行四邊形聯(lián)動(dòng)裝置底座42、多個(gè)連桿44和46以及接頭48、50、52和M。術(shù)語“接頭” 和術(shù)語“樞軸”在此處可以交換使用。安裝底座40與平行四邊形聯(lián)動(dòng)裝置底座42旋轉(zhuǎn)耦合，從而圍繞第一軸線56旋轉(zhuǎn)，也稱為搖擺軸線，如箭頭58所示。安裝底座40允許手術(shù)操縱器30由車架、頂架、地架/座架或者其它安裝表面的調(diào)定臂/接頭安裝和支撐。本實(shí)施例中的安裝底座40被螺釘或者螺栓62固定在底座支架60上，其中底座支架60適于裝配到調(diào)定臂/接頭上。平行四邊形聯(lián)動(dòng)裝置底座40被剛性連桿44和46耦合在器械支架34 上，連桿44和46被旋轉(zhuǎn)的樞軸接頭48、50、52和M耦合在一起。連桿44，46和接頭48、 50,52和M構(gòu)成平行四邊形64，從而當(dāng)器械32被安裝在器械支架34上時(shí)相對(duì)于旋轉(zhuǎn)中心 66限制器械32的延長(zhǎng)軸36，并且軸36沿著平行四邊形64的平面運(yùn)動(dòng)。重要的是，第一軸線56和平行四邊形64在旋轉(zhuǎn)中心64與軸36交叉，其中平行四邊形64成角度地偏離第一軸線56。具體地，以與平行四邊形聯(lián)動(dòng)裝置底座40相鄰的平行四邊形64的第一樞軸48為起點(diǎn)的第一邊68和第一軸線56在旋轉(zhuǎn)中心66與軸36交叉， 其中平行四邊形64的第一邊68和第一樞軸48成角度地與第一軸線56偏離。平行四邊形 64的第一邊68和第一樞軸48與第一軸線56的偏離角為α，α至少為2度，優(yōu)選為10度。 通常，平行四邊形64的第一邊68和第一樞軸48與第一軸線56偏離角為α，α的范圍是大約2度到大約45度，優(yōu)選范圍是大約2度到大約35度。參考圖6Α和圖6Β，其示出了示例性機(jī)器人操縱器聯(lián)動(dòng)裝置30的額外側(cè)視圖，示出了處于延伸位置的器械支架34。盡管遙控旋轉(zhuǎn)中心66仍然處于相同的位置，偏移平行四邊形64的配置允許超過圖3Α所描述的現(xiàn)有技術(shù)例子的器械32和支架34的改進(jìn)的旋轉(zhuǎn)。 具體地，如圖7Α、圖7Β、圖8Α、圖8Β、圖9C和圖9D所示，偏移連接聯(lián)動(dòng)裝置30提供改進(jìn)的軸36的運(yùn)動(dòng)范圍，其相對(duì)于第二軸線(與這些示圖中的紙面垂直并且穿過樞軸點(diǎn)66)大于士陽(yáng)度，優(yōu)選相對(duì)于第二軸線大于士60度。通常，偏移連接聯(lián)動(dòng)裝置30以相對(duì)于第二軸線士75度的范圍限制軸36圍繞樞軸點(diǎn)66的運(yùn)動(dòng)，如箭頭72所示，其中第二軸線有時(shí)被稱為俯仰軸線。操縱器30也提供相對(duì)于第一軸線56大于士90度的經(jīng)改進(jìn)的軸36的運(yùn)動(dòng)范圍，優(yōu)選地相對(duì)于第一軸線56大于士95度，如圖9Α和圖9Β中的箭頭58所示。通常，懸掛式平行四邊形聯(lián)動(dòng)裝置底座42以相對(duì)于第一軸線56的士 168度的范圍限制軸36繞樞軸點(diǎn)66的運(yùn)動(dòng)?？商鎿Q地，與所討論的現(xiàn)有技術(shù)類似，搖擺軸線56、俯仰軸線(與該紙面垂直)和插入軸線74在遙控中心66處彼此交叉，遙控中心沿著器械32的軸36對(duì)準(zhǔn)。因此，當(dāng)遙控旋轉(zhuǎn)中心66相對(duì)于操縱器30的安裝底座40(調(diào)定臂的安裝點(diǎn))處于空間中固定的位置時(shí)， 器械32以箭頭58和72所示的合適的角度樞軸旋轉(zhuǎn)。因此，整個(gè)操縱器30通常被運(yùn)動(dòng)從而重新定位遙控中心66。將進(jìn)一步注意到，由于受到偏移遙控中心操縱器30的支撐，器械 32仍然進(jìn)一步驅(qū)動(dòng)自由度，包括沿著插入軸線74的器械滑動(dòng)。把平行四邊形64的第一樞軸48和第一邊68與搖擺軸線56拆離的新的、經(jīng)改進(jìn)的偏移連接聯(lián)動(dòng)裝置30有利地?cái)U(kuò)大了器械32相對(duì)于第二軸線圍繞樞軸點(diǎn)66的的運(yùn)動(dòng)范圍，如箭頭72所示。操縱器30進(jìn)一步允許相對(duì)于第一軸線56的擴(kuò)大的運(yùn)動(dòng)范圍，如箭頭58所示。沿著俯仰軸線和搖擺軸線的經(jīng)改進(jìn)的樞軸運(yùn)動(dòng)范圍又提高這種機(jī)器人手術(shù)系統(tǒng)的效率，使其使用更加方便。例如，經(jīng)改進(jìn)的系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)范圍可以降低機(jī)器人手術(shù)的總體復(fù)雜性。具體地，調(diào)定接頭/臂的自由度數(shù)可以降低(例如，少于6個(gè)自由度)。這允許需要更少調(diào)定接頭的預(yù)留配置的更簡(jiǎn)單系統(tǒng)平臺(tái)。同樣地，經(jīng)過少許專業(yè)培訓(xùn)或者不經(jīng)過專業(yè)培訓(xùn)，一般手術(shù)室工作人員可以快速地為手術(shù)安排和準(zhǔn)備機(jī)器人系統(tǒng)。多個(gè)連桿包括偏移搖擺連桿42、降低的垂直連桿44和主彎曲連桿46。主連桿46 以一定成角度彎曲，從而為垂直連桿44提供空隙，使其位于主彎曲連桿46上。此空隙避免垂直連桿44和主彎曲連桿之間的聯(lián)動(dòng)裝置間碰撞。例如，主連桿46可以約22度角彎曲， 從而在搖擺驅(qū)程(pitch dive)上留有空隙，如圖8A、圖8B和圖9D所示。在本實(shí)施例中， 主彎曲連桿46和垂直連桿44以及器械支架34被設(shè)置在同一平面。然而，將注意到主連桿 46和垂直連桿44可以在不同的平面交替偏移(即并排放置)，從而減少聯(lián)動(dòng)裝置間碰撞， 而不是彎曲主連桿46。如上所述，相對(duì)于搖擺軸線56，垂直連桿44樞軸48更低，從而提供偏移平行四邊形64配置，如上述的那樣。從圖9B到圖9D可最好地看出，搖擺連桿42偏離連桿44和46。連桿42、連桿44和46不在同一平面，而是并排偏移，從而降低了連桿42與連桿44和46之間的聯(lián)動(dòng)裝置間碰撞的概率。被旋轉(zhuǎn)的樞軸點(diǎn)48、50、52和M耦合在一起的剛性連桿42、44和46中至少有一條在至少1個(gè)自由度上不完全平衡。同樣地，制動(dòng)系統(tǒng)可以與連接聯(lián)動(dòng)裝置30耦合。制動(dòng)系統(tǒng)可釋放地抑制接頭48、50、52和M中的至少一個(gè)接頭的連接。將注意到因?yàn)槁?lián)動(dòng)裝置沒有任何抵衡重量(counter-balancing weights)，偏移遙控中心操縱器30可以包括更輕的系統(tǒng)。同樣地，連桿42、44和46優(yōu)選地包括具有足夠剛性和硬度的結(jié)構(gòu)，從而支持與更輕的操縱器30有關(guān)的任何振動(dòng)問題。將進(jìn)一步注意到偏移遙控中心操縱器30可以有選擇地通過使用砝碼、拉簧、氣體彈簧、扭轉(zhuǎn)彈簧、壓縮彈簧、氣缸或液壓缸、力矩電動(dòng)機(jī)或者它們的組合來實(shí)現(xiàn)平衡。再參考圖6B、圖7B和圖8B，偏移遙控中心操縱器30可以優(yōu)選地包括六個(gè)滑輪76、 78a、78b、80、8^i和82b以及與這六個(gè)滑輪76、78a、78b、80、8^i和82b耦合的四個(gè)柔性元件84a、84b、86a和86b，這些滑輪被配置，從而限制軸36相對(duì)于旋轉(zhuǎn)中心66的運(yùn)動(dòng)。在兩個(gè)滑輪76和78a上運(yùn)行的柔性元件8 和84b阻止連桿42和46相對(duì)于彼此旋轉(zhuǎn)，其中一個(gè)滑輪76固定在連桿42上，一個(gè)滑輪78a固定在連桿46上。同樣地，在剩下的四個(gè)滑輪 78b,80,82a和82b上運(yùn)行的柔性元件86a和86b阻止連桿44和34相對(duì)于彼此旋轉(zhuǎn)，其中一個(gè)滑輪78b固定在連桿44上，一個(gè)滑輪80固定在連桿34上，空轉(zhuǎn)輪8 和82b使柔性元件86a和86b繞著主彎曲連桿46。因此，連桿42和46可以相對(duì)于彼此平移而不是旋轉(zhuǎn)， 從而維持平行四邊形形狀64。同樣地，連桿44和34可以相對(duì)于彼此平移而不是旋轉(zhuǎn)，從而維持平行四邊形形狀64。將注意到術(shù)語滑輪76、78a、78b、80、8^i和82b可以包括輪子、齒輪、鏈輪等等。柔性元件84a、84b、86a和86b可以包括繞著滑輪76、78a、78b、80、8 和82b連接的帶、鏈條或者纜線。優(yōu)選地柔性元件包括多層金屬帶，例如斷裂強(qiáng)度為約8001bs，寬度為約四分之一英寸的不銹鋼帶。優(yōu)選地，使用至少三層的多層帶，優(yōu)選五層，從而足夠堅(jiān)固，能夠承受足夠的拉伸負(fù)荷，但又足夠的薄，從而在反復(fù)繞滑輪彎曲時(shí)不發(fā)生疲勞?；?6和 78a的直徑大約相同，例如2. 2英寸。較小的滑輪78b和80的直徑大約相同，例如1. 8英寸。在主連桿46彎曲處有兩個(gè)空轉(zhuǎn)輪8 和82b，從而方便以相反的方向運(yùn)行帶86a和86b，從而使帶終端的固定更加牢固。使用非連續(xù)偏移帶84a、84b和86a、86b減輕應(yīng)力，尤其是在固定點(diǎn)處，從而使疲勞最小化。進(jìn)一步地，非連續(xù)帶允許張力和位置便利的調(diào)整。將進(jìn)一步注意到帶84a、84b以及86a和86b可以有選擇地包括連續(xù)的單帶。此外，金屬帶可以沿著操縱器臂與傳送電氣信號(hào)的扁平彈性纜線輕度耦合。偏移連接聯(lián)動(dòng)裝置30被一系列電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。電動(dòng)機(jī)可以被設(shè)置在多個(gè)連桿之內(nèi)， 從而驅(qū)動(dòng)滑輪和帶機(jī)構(gòu)。優(yōu)選地，大多數(shù)電動(dòng)機(jī)被設(shè)置在降低的垂直連桿44中。具體地， 通過正齒輪和諧和傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)俯仰軸線72從而使連桿44相對(duì)于連桿42旋轉(zhuǎn)的電動(dòng)機(jī)以及運(yùn)行器械致動(dòng)纜線(例如，可以具有彈簧張力的腕部件驅(qū)動(dòng)纜線)的電動(dòng)機(jī)可以設(shè)置在連桿44內(nèi)。把垂直連桿44、主彎曲連桿46和器械支架34設(shè)置在同一平面是有利的，因?yàn)檫\(yùn)行驅(qū)動(dòng)纜線的電動(dòng)機(jī)被設(shè)置在連桿44內(nèi)。進(jìn)一步地，把垂直連桿44、主彎曲連桿46和器械支架34設(shè)置在同一平面內(nèi)允許操縱器30的遠(yuǎn)端的空間最小化，當(dāng)在限定的手術(shù)環(huán)境內(nèi)實(shí)施微創(chuàng)機(jī)器人手術(shù)時(shí)，這一點(diǎn)至關(guān)重要。驅(qū)動(dòng)搖擺軸線58的電動(dòng)機(jī)可以設(shè)置在安裝底座 40中。盡管為了清楚的理解和作為例子，已經(jīng)以一定的細(xì)節(jié)描述了若干示例性實(shí)施例和方法，通過以上內(nèi)容本領(lǐng)域的技術(shù)人員將清楚地認(rèn)識(shí)到在不偏離本發(fā)明真正精神和范圍的前提下，可以對(duì)這些實(shí)施例進(jìn)行變更、修改、改變和調(diào)整。因此，以上描述不應(yīng)視為是對(duì)本發(fā)明范圍的限制，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求限定。
權(quán)利要求
1.一種遙控中心操縱器，其用來在微創(chuàng)機(jī)器人手術(shù)過程中，限制與器械支架耦合的手術(shù)器械的位置，所述手術(shù)器械包括延長(zhǎng)軸，該軸具有遠(yuǎn)端工作終端，該遠(yuǎn)端工作終端經(jīng)配置從而通過體壁的切口插入病人的體腔，該遙控中心操縱器包括連接聯(lián)動(dòng)裝置，其具有與平行四邊形聯(lián)動(dòng)裝置底座旋轉(zhuǎn)耦合的安裝底座以圍繞第一軸線旋轉(zhuǎn)，該平行四邊形聯(lián)動(dòng)裝置底座通過多個(gè)連桿和接頭與所述器械支架耦合，所述連桿和接頭構(gòu)成平行四邊形，從而當(dāng)所述器械被安裝在所述器械支架上并且所述延長(zhǎng)軸以至少一個(gè)自由度運(yùn)動(dòng)時(shí)相對(duì)于旋轉(zhuǎn)中心限制所述器械的所述延長(zhǎng)軸，其中所述第一軸線和與所述平行四邊形聯(lián)動(dòng)裝置底座相鄰的所述平行四邊形的第一邊在所述旋轉(zhuǎn)中心處與所述軸相交，且所述平行四邊形的所述第一邊成角度地偏離所述第一軸線。
2.如權(quán)利要求1所述的操縱器，其中所述平行四邊形的所述第一邊成角度地偏離所述第一軸線至少2度。
3.如權(quán)利要求1所述的操縱器，其中所述平行四邊形的遠(yuǎn)端從與所述器械支架相鄰的接頭向所述旋轉(zhuǎn)中心延伸，且其中所述平行四邊形的所述遠(yuǎn)端成角度地偏離所述延長(zhǎng)軸。
4.如權(quán)利要求1所述的操縱器，其中所述平行四邊形的所述第一邊在所述第一軸線下延伸。
5.如權(quán)利要求1所述的操縱器，其中至少一個(gè)所述連桿是彎曲的。
6.如權(quán)利要求1所述的操縱器，其中所述操縱器在至少一個(gè)自由度上不平衡。
7.如權(quán)利要求1所述的操縱器，其進(jìn)一步包括與所述連接聯(lián)動(dòng)裝置耦合的制動(dòng)系統(tǒng)， 所述制動(dòng)系統(tǒng)可釋放地限制至少一個(gè)所述接頭的連接。
8.如權(quán)利要求1所述的操縱器，其中所述多個(gè)連桿和接頭包括至少一個(gè)滑輪和與所述滑輪耦合的至少一個(gè)柔性元件，其被配置為限制所述軸相對(duì)于所述旋轉(zhuǎn)中心的運(yùn)動(dòng)。
9.如權(quán)利要求1所述的操縱器，其中所述多個(gè)連桿和接頭由伺服機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)。
10.如權(quán)利要求1所述的操縱器，其中所述多個(gè)連桿和所述平行四邊形聯(lián)動(dòng)裝置底座偏移于不同的平面內(nèi)。
11.如權(quán)利要求1所述的操縱器，其中所述多個(gè)連桿和所述器械支架位于同一個(gè)平面內(nèi)。
12.如權(quán)利要求1所述的操縱器，其中所述連接聯(lián)動(dòng)裝置被配置為限制所述軸相對(duì)于所述旋轉(zhuǎn)中心的運(yùn)動(dòng)，從而當(dāng)該軸以至少一個(gè)自由度樞軸運(yùn)動(dòng)時(shí)該軸通過所述旋轉(zhuǎn)中心保持基本對(duì)準(zhǔn)。
13.—種遙控中心操縱器，其用于在微創(chuàng)機(jī)器人手術(shù)過程中與器械支架耦合的手術(shù)器械的樞軸運(yùn)動(dòng)，所述手術(shù)器械包括延長(zhǎng)軸，該軸具有近端和遠(yuǎn)端工作終端，該遠(yuǎn)端工作終端經(jīng)配置從而通過體壁的切口插入病人的體腔，所述遙控中心操縱器包括聯(lián)動(dòng)裝置底座；由所述聯(lián)動(dòng)裝置底座樞軸地支撐的第一聯(lián)動(dòng)裝置，所述第一聯(lián)動(dòng)裝置具有第一外殼；和懸掛在近端樞軸接頭和遠(yuǎn)端樞軸接頭之間并且在其間構(gòu)成第二聯(lián)動(dòng)裝置軸線的第二聯(lián)動(dòng)裝置，所述近端樞軸接頭將所述第二聯(lián)動(dòng)裝置與所述第一聯(lián)動(dòng)裝置耦合，所述遠(yuǎn)端樞軸接頭將所述第二聯(lián)動(dòng)裝置與所述器械支架耦合，所述第一和第二聯(lián)動(dòng)裝置把所述軸的橫向運(yùn)動(dòng)限制為圍繞旋轉(zhuǎn)中心的樞軸運(yùn)動(dòng)，所述旋轉(zhuǎn)中心沿著所述軸布置，所述第二聯(lián)動(dòng)裝置具有第二外殼，所述第二外殼具有凹部，所述凹部被布置在第一接頭和第二接頭之間并且與第一接頭和第二接頭相分離，從而當(dāng)所述軸的近端向所述聯(lián)動(dòng)裝置底座運(yùn)動(dòng)時(shí)，所述第一聯(lián)動(dòng)裝置的第一外殼可以伸入所述凹部并且跨過所述第二聯(lián)動(dòng)裝置軸線。
14.如權(quán)利要求13所述的操縱器，其中所述第二聯(lián)動(dòng)裝置包括在所述近端樞軸接頭和所述遠(yuǎn)端樞軸接頭之間拉緊的柔性構(gòu)件，并且包括與該柔性構(gòu)件橫向嚙合的至少一個(gè)導(dǎo)向裝置，從而使所述柔性構(gòu)件遠(yuǎn)離所述凹部。
15.一種在病人的體腔內(nèi)實(shí)施微創(chuàng)機(jī)器人手術(shù)的方法，該方法使用與器械支架耦合的手術(shù)器械，該器械包括延長(zhǎng)軸，該軸具有遠(yuǎn)端工作終端，該遠(yuǎn)端工作終端被配置為通過體壁的切口插入病人的體腔，該方法包括提供連接聯(lián)動(dòng)裝置，該連接聯(lián)動(dòng)裝置具有與平行四邊形聯(lián)動(dòng)裝置底座旋轉(zhuǎn)耦合的安裝底座以圍繞第一軸線旋轉(zhuǎn)，所述平行四邊形聯(lián)動(dòng)裝置底座通過多個(gè)連桿和接頭與所述器械支架耦合，所述連桿和接頭構(gòu)成平行四邊形，從而當(dāng)所述器械被安裝在所述器械支架上并且所述軸以至少一個(gè)自由度運(yùn)動(dòng)時(shí)相對(duì)于旋轉(zhuǎn)中心限制所述器械的延長(zhǎng)軸，其中所述第一軸線和與所述平行四邊形聯(lián)動(dòng)裝置底座相鄰的所述平行四邊形的第一邊在所述旋轉(zhuǎn)中心處與所述軸相交，并且所述平行四邊形的所述第一邊成角度地偏離所述第一軸線；將所述器械與所述器械支架耦合；通過切口至少把器械軸的所述遠(yuǎn)端工作終端引入體腔；以及當(dāng)至少一部分所述遠(yuǎn)端工作終端位于體腔內(nèi)并且偏移的連接聯(lián)動(dòng)裝置把所述軸的橫向運(yùn)動(dòng)限制為圍繞所述旋轉(zhuǎn)中心的樞軸運(yùn)動(dòng)時(shí)，至少使所述器械的軸以至少一個(gè)自由度樞軸運(yùn)動(dòng)，從而通過所述旋轉(zhuǎn)中心使所述軸保持基本對(duì)準(zhǔn)。
16.一種用于限制手術(shù)器械的位置的操縱器，該操縱器包括安裝底座；具有近端和遠(yuǎn)端的平行四邊形聯(lián)動(dòng)裝置底座，所述平行四邊形聯(lián)動(dòng)裝置底座的近端耦合到所述安裝底座，所述平行四邊形聯(lián)動(dòng)裝置底座的近端相對(duì)于所述安裝底座能夠繞第一軸線旋轉(zhuǎn)，所述平行四邊形聯(lián)動(dòng)裝置底座的遠(yuǎn)端位于偏離所述第一軸線的軸線上；具有近端和遠(yuǎn)端的第一連桿，所述第一連桿的近端耦合到所述平行四邊形聯(lián)動(dòng)裝置底座的遠(yuǎn)端；具有近端和遠(yuǎn)端的第二連桿，所述第二連桿的近端耦合到所述第一連桿的遠(yuǎn)端，所述第二連桿被限制不能相對(duì)于所述平行四邊形聯(lián)動(dòng)裝置底座旋轉(zhuǎn)；和器械支架，其被耦合到所述第二連桿的遠(yuǎn)端，所述器械支架被限制不能相對(duì)于所述第一連桿旋轉(zhuǎn)，所述器械支架被配置為支持手術(shù)器械沿著所述手術(shù)器械的縱向軸線延伸。
17.如權(quán)利要求16所述的操縱器，其進(jìn)一步包括底座支架，所述安裝底座固定地耦合到所述底座支架。
18.如權(quán)利要求16所述的操縱器，其中所述平行四邊形聯(lián)動(dòng)裝置底座處于偏離于所述第一和第二連桿的平面上。
19.如權(quán)利要求16所述的操縱器，其進(jìn)一步包括制動(dòng)系統(tǒng)，所述制動(dòng)系統(tǒng)可釋放地限制繞以下至少一個(gè)的旋轉(zhuǎn)將所述安裝底座耦合到所述平行四邊形聯(lián)動(dòng)裝置底座的接頭；將所述第一連桿耦合到所述平行四邊形聯(lián)動(dòng)裝置底座的接頭；和將所述第二連桿耦合到所述第一連桿的接頭。
20.如權(quán)利要求16所述的操縱器，其中所述第二連桿被在兩個(gè)滑輪上運(yùn)行的柔性元件限制而不能相對(duì)于所述平行四邊形聯(lián)動(dòng)裝置底座旋轉(zhuǎn)，一個(gè)滑輪被固定到所述平行四邊形聯(lián)動(dòng)裝置底座且另一個(gè)滑輪被固定到所述第二連桿。
21.如權(quán)利要求16所述的操縱器，其中所述器械支架被柔性元件限制而不能相對(duì)于所述第一連桿旋轉(zhuǎn)，所述柔性元件運(yùn)行在以下部件上固定到所述第一連桿的一個(gè)滑輪；和固定到所述器械支架的一個(gè)滑輪。
22.如權(quán)利要求16所述的操縱器，其中所述第二連桿包括以一定角度彎曲的主彎曲連桿，所述主彎曲連桿為所述第一連桿提供空隙以使其位于所述主彎曲連桿上。
23.如權(quán)利要求16所述的操縱器，其中所述器械支架被柔性元件限制而不能相對(duì)于所述第一連桿旋轉(zhuǎn)，所述柔性元件運(yùn)行在以下部件上固定到所述第一連桿的一個(gè)滑輪；固定到所述器械支架的一個(gè)滑輪；和引導(dǎo)所述柔性元件繞著所述主彎曲連桿的空轉(zhuǎn)輪。
24.如權(quán)利要求16所述的操縱器，其中所述第一連桿和所述第二連桿偏移于不同的平面內(nèi)。
25.如權(quán)利要求16所述的操縱器，其還包括用于驅(qū)動(dòng)繞所述第一軸線的運(yùn)動(dòng)的電動(dòng)機(jī)，所述電動(dòng)機(jī)被容納在所述安裝底座中。
26.一種用于限制手術(shù)器械的位置的操縱器，該操縱器包括連接聯(lián)動(dòng)裝置，其具有與平行四邊形聯(lián)動(dòng)裝置底座旋轉(zhuǎn)耦合的安裝底座從而圍繞第一軸線旋轉(zhuǎn)，所述平行四邊形聯(lián)動(dòng)裝置底座通過平行四邊形裝置與所述器械支架耦合，從而當(dāng)所述器械被安裝到所述器械支架上并且所述軸以至少一個(gè)自由度運(yùn)動(dòng)時(shí)，所述平行四邊形裝置相對(duì)于旋轉(zhuǎn)中心限制所述器械的所述延長(zhǎng)軸，其中所述第一軸線和與所述平行四邊形聯(lián)動(dòng)裝置底座相鄰的所述平行四邊形裝置的第一邊在所述旋轉(zhuǎn)中心處與所述軸相交，且所述平行四邊形裝置的所述第一邊成角度地偏離所述第一軸線。
27.一種用于限制手術(shù)器械的位置的方法，該方法包括相對(duì)于安裝底座繞第一軸線旋轉(zhuǎn)平行四邊形聯(lián)動(dòng)裝置底座，所述平行四邊形聯(lián)動(dòng)裝置底座具有耦合到所述安裝底座的近端和位于偏離所述第一軸線的軸線上的遠(yuǎn)端；相對(duì)于所述平行四邊形聯(lián)動(dòng)裝置底座旋轉(zhuǎn)第一連桿，所述第一連桿在第一接頭處耦合到所述平行四邊形聯(lián)動(dòng)裝置底座的遠(yuǎn)端；相對(duì)于所述第一連桿旋轉(zhuǎn)第二連桿，所述第二連桿在第二接頭處耦合到所述第一接頭；延伸器械支架，該器械支架沿著縱向軸線支持所述手術(shù)器械，所述器械支架耦合到所述第二連桿；限制所述第二連桿相對(duì)于所述平行四邊形聯(lián)動(dòng)裝置底座的旋轉(zhuǎn)；以及限制所述器械支架相對(duì)于所述第一連桿的旋轉(zhuǎn)。
28.如權(quán)利要求27所述的方法，其中所述安裝底座固定地耦合到底座支架。
29.如權(quán)利要求27所述的方法，其中所述平行四邊形聯(lián)動(dòng)裝置底座處于偏離于所述第一和第二連桿的平面上。
30.如權(quán)利要求27所述的方法，其進(jìn)一步包括可釋放地限制繞以下至少一個(gè)的旋轉(zhuǎn)將所述安裝底座耦合到所述平行四邊形聯(lián)動(dòng)裝置底座的接頭；所述第一接頭；和所述第二接頭。
31.如權(quán)利要求27所述的方法，其中所述第二連桿被在兩個(gè)滑輪上運(yùn)行的柔性元件限制而不能相對(duì)于所述平行四邊形聯(lián)動(dòng)裝置底座旋轉(zhuǎn)，一個(gè)滑輪被固定到所述平行四邊形聯(lián)動(dòng)裝置底座且另一個(gè)滑輪被固定到所述第二連桿。
32.如權(quán)利要求27所述的方法，其中所述器械支架被柔性元件限制而不能相對(duì)于所述第一連桿旋轉(zhuǎn)，所述柔性元件運(yùn)行在以下部件上固定到所述第一連桿的一個(gè)滑輪；和固定到所述器械支架的一個(gè)滑輪。
33.如權(quán)利要求27所述的方法，其中所述第二連桿包括以一定角度彎曲的主彎曲連桿，所述主彎曲連桿為所述第一連桿提供空隙以使其位于所述主彎曲連桿上。
34.如權(quán)利要求33所述的方法，其中所述器械支架被柔性元件限制而不能相對(duì)于所述第一連桿旋轉(zhuǎn)，所述柔性元件運(yùn)行在以下部件上固定到所述第一連桿的一個(gè)滑輪；固定到所述器械支架的一個(gè)滑輪；和引導(dǎo)所述柔性元件繞著所述主彎曲連桿的空轉(zhuǎn)輪。
35.如權(quán)利要求33所述的方法，其中所述第一連桿和所述第二連桿偏移于不同的平面內(nèi)。
36.如權(quán)利要求33所述的方法，其還包括用于驅(qū)動(dòng)繞所述第一軸線的運(yùn)動(dòng)的電動(dòng)機(jī)， 所述電動(dòng)機(jī)被容納在所述安裝底座中。
37.一種使用與器械支架耦合的手術(shù)器械在病人的體腔內(nèi)實(shí)施微創(chuàng)機(jī)器人手術(shù)的方法，該器械包括延長(zhǎng)軸，該軸具有遠(yuǎn)端工作終端，該遠(yuǎn)端工作終端被配置為通過體壁的切口插入病人的體腔，該方法包括提供連接聯(lián)動(dòng)裝置，該連接聯(lián)動(dòng)裝置具有與平行四邊形聯(lián)動(dòng)裝置底座旋轉(zhuǎn)耦合的安裝底座以圍繞第一軸線旋轉(zhuǎn)，所述平行四邊形聯(lián)動(dòng)裝置底座通過多個(gè)連桿和接頭與所述器械支架耦合，所述連桿和接頭構(gòu)成平行四邊形，從而當(dāng)所述器械被安裝在所述器械支架上并且所述軸以至少一個(gè)自由度運(yùn)動(dòng)時(shí)相對(duì)于旋轉(zhuǎn)中心限制所述器械的延長(zhǎng)軸，其中所述第一軸線和與所述平行四邊形聯(lián)動(dòng)裝置底座相鄰的所述平行四邊形的第一邊在所述旋轉(zhuǎn)中心處與所述軸相交，并且所述平行四邊形的所述第一邊成角度地偏離所述第一軸線；將所述器械與所述器械支架耦合；通過切口至少把器械軸的所述遠(yuǎn)端工作終端引入體腔；以及當(dāng)至少一部分所述遠(yuǎn)端工作終端位于體腔內(nèi)并且偏移的連接聯(lián)動(dòng)裝置把所述軸的橫向運(yùn)動(dòng)限制為圍繞所述旋轉(zhuǎn)中心的樞軸運(yùn)動(dòng)時(shí)，至少使所述器械的所述軸以至少一個(gè)自由度樞軸運(yùn)動(dòng)，從而通過所述旋轉(zhuǎn)中心使所述軸保持基本對(duì)準(zhǔn)。
全文摘要
本發(fā)明公開了通常包括偏移遙控中心平行四邊形操縱器聯(lián)動(dòng)裝置的醫(yī)療、手術(shù)、和/或機(jī)器人裝置和系統(tǒng)，該平行四邊形操縱器聯(lián)動(dòng)裝置在微創(chuàng)機(jī)器人手術(shù)過程中限制手術(shù)器械的位置。經(jīng)改進(jìn)的遙控中心操縱器聯(lián)動(dòng)裝置有利地?cái)U(kuò)大了手術(shù)器械的運(yùn)動(dòng)范圍，同時(shí)降低了機(jī)器人手術(shù)系統(tǒng)的總體復(fù)雜性、縮小了機(jī)器人手術(shù)系統(tǒng)的尺寸、減輕了其重量。
文檔編號(hào)A61B19/00GK102327152SQ20111019785
公開日2012年1月25日 申請(qǐng)日期2005年9月9日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月30日
發(fā)明者T·庫(kù)珀, T·所羅門 申請(qǐng)人:直觀外科手術(shù)操作公司