手術(shù)系統(tǒng)與方法及用于手術(shù)系統(tǒng)的操作者界面的制作方法
【專利說明】手術(shù)系統(tǒng)與方法及用于手術(shù)系統(tǒng)的操作者界面
[0001]本申請是2013年4月26日遞交的申請?zhí)枮?01380001235.6、發(fā)明名稱為“磁錨定機(jī)器人系統(tǒng)”的發(fā)明專利申請的分案申請。
[0002]相關(guān)申請的交叉引用:本申請要求2012年4月26日遞交的、序號(hào)為N0.61/638，828的美國臨時(shí)申請和2012年10月25日遞交的、序號(hào)為N0.61/718，252的美國臨時(shí)申請的優(yōu)先權(quán)，這些申請中的每個(gè)特此通過引用被整體并入本文。本申請涉及2013年3月15日遞交的、序號(hào)為N0.13/835,653的美國申請和2013年3月15日遞交的、序號(hào)為N0.13/835，680的美國申請。
【背景技術(shù)】
[0003]外科醫(yī)生傳統(tǒng)上依賴于來自手術(shù)室光照的外部照明和足夠的暴露來獲得良好的手術(shù)視野。這通常需要大的切口(尤其是如果外科醫(yī)生的手比較大的話)來提供用于進(jìn)行手術(shù)的進(jìn)入通路?，F(xiàn)代內(nèi)窺鏡中的光纖的引入使得外科醫(yī)生可以在體腔內(nèi)部的良好照明下清楚地查看，而不必切開大切口。微創(chuàng)手術(shù)(MIS)現(xiàn)在已取代了大多數(shù)常規(guī)的開放性外科手術(shù)。計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)或者機(jī)器人技術(shù)進(jìn)一步推動(dòng)了 MIS的發(fā)展，因?yàn)闄C(jī)器人機(jī)器的計(jì)算機(jī)傳感器能夠可靠地且靈敏地將外科醫(yī)生的手指和手腕的運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)轶w腔內(nèi)部的從動(dòng)腹腔鏡器械的運(yùn)動(dòng)。這些發(fā)展允許在小的密閉空間中對用于精細(xì)重建性手術(shù)的手術(shù)器械進(jìn)行良好的靈巧性和精度控制。
[0004]然而，MIS方法需要多個(gè)切口來插入攝像機(jī)和各種腹腔鏡器械。過去幾年里，單孔腹腔鏡(LESS)手術(shù)技術(shù)已變?yōu)榭梢允褂茫沁@些極大地受到攝像機(jī)與工作器械之間缺乏適當(dāng)?shù)娜瞧史值挠绊?，攝像機(jī)與工作器械之間的適當(dāng)?shù)娜瞧史謱τ诹己玫氖中g(shù)人體工學(xué)(因此，手術(shù)的簡易性和成功)是重要的。
[0005]經(jīng)自然腔道內(nèi)鏡手術(shù)(NOTES)是開腹手術(shù)的替代方案，NOTES使用內(nèi)窺鏡技術(shù)，以完全避免對外部腹壁切口的需要。理論上，NOTES通過使進(jìn)入創(chuàng)傷和與外部切口相關(guān)聯(lián)的各種并發(fā)癥(包括傷口感染、疼痛、疝形成、難看的腹部疤痕和粘連)最小來提供益處。
[0006]然而，NOTES方法受到大量缺點(diǎn)的影響，包括手術(shù)器械的適當(dāng)?shù)娜瞧史值牟蛔?因此，工作中人體工學(xué)不佳)、不能施加離軸力以及難以將多個(gè)器械傳遞到腹腔中以進(jìn)行適當(dāng)?shù)氖中g(shù)操縱。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]在實(shí)施方案中，機(jī)器人致動(dòng)器包括內(nèi)部錨定器和器械。內(nèi)部錨定器適用于經(jīng)由入口端口被插入到身體中，定位在身體內(nèi)，并且與定位在身體外的外部錨定器磁耦合。器械適用于經(jīng)由入口端口被插入到身體中，并且被固定到內(nèi)部錨定器。所述器械包括端部執(zhí)行器以及多個(gè)致動(dòng)器，所述端部執(zhí)行器具有通過多個(gè)軸的多個(gè)運(yùn)動(dòng)度，所述多個(gè)致動(dòng)器提供所述多個(gè)運(yùn)動(dòng)度。
[0008]其中所述致動(dòng)器每個(gè)具有定向于相同方向的旋轉(zhuǎn)軸。
[0009]其中所述致動(dòng)器沿著所述旋轉(zhuǎn)軸分布。
[0010]其中所述多個(gè)致動(dòng)器包括鄰近內(nèi)部錨定器的第一致動(dòng)器，鄰近所述端部執(zhí)行器的第二致動(dòng)器，以及設(shè)置在所述第一和第二致動(dòng)器之間的第三致動(dòng)器。
[0011]其中所述第一致動(dòng)器提供相對于所述內(nèi)部錨定器圍繞所述器械的軸的運(yùn)動(dòng)，所述第二致動(dòng)器提供相對于所述器械的本體圍繞所述端部執(zhí)行器的軸的運(yùn)動(dòng)，并且所述第三致動(dòng)器提供圍繞所述器械的所述本體的延伸/回縮的軸的運(yùn)動(dòng)。
[0012]機(jī)器人致動(dòng)器還包括第四致動(dòng)器，所述第四致動(dòng)器提供相對于所述內(nèi)部錨定器圍繞所述器械的第二軸的運(yùn)動(dòng)。
[0013]其中所述第一和第四致動(dòng)器彼此相鄰。
[0014]機(jī)器人致動(dòng)器還包括第五致動(dòng)器，所述第五致動(dòng)器提供相對于所述器械的所述本體圍繞所述端部執(zhí)行器的第二軸的運(yùn)動(dòng)。
[0015]機(jī)器人致動(dòng)器還包括第六致動(dòng)器，所述第六致動(dòng)器提供相對于所述器械的所述本體圍繞所述端部執(zhí)行器的第三軸的運(yùn)動(dòng)。
[0016]其中所述第二、第五和第六致動(dòng)器彼此相鄰。
[0017]其中所述第六致動(dòng)器耦合到錐齒輪，并且所述第二和第五致動(dòng)器每個(gè)耦合到蝸輪。
[0018]機(jī)器人致動(dòng)器還包括耦合在所述第二致動(dòng)器和所述端部執(zhí)行器之間的機(jī)械元件，所述機(jī)械元件提供減速或力倍增到所述第二致動(dòng)器。
[0019]其中所述機(jī)械元件為行星齒輪。
[0020]機(jī)器人致動(dòng)器還包括耦合在所述機(jī)械元件和所述端部執(zhí)行器之間的滑輪。
[0021]機(jī)器人致動(dòng)器還包括耦合在所述滑輪和所述端部執(zhí)行器之間的第二機(jī)械元件，所述第二機(jī)械元件包括增加由所述第二致動(dòng)器施加到所述端部執(zhí)行器的轉(zhuǎn)矩的齒輪傳動(dòng)比。
[0022]其中所述第三致動(dòng)器耦合到螺紋桿，所述螺紋桿在其上接合有承載件，所述承載件當(dāng)所述第三致動(dòng)器的輸出旋轉(zhuǎn)時(shí)沿所述螺紋桿行進(jìn)。
[0023]其中所述第三致動(dòng)器包括一個(gè)或更多個(gè)線性致動(dòng)器。
[0024]其中所述第一致動(dòng)器耦合到蝸輪。
[0025]其中所述蝸輪耦合到齒輪。
[0026]其中所述蝸輪和所述齒輪通過大約90度相交耦合。
[0027]其中所述機(jī)器人致動(dòng)器基本上為圓柱形的形狀。
[0028]其中圓柱的直徑為21mm或更少。
[0029]其中所述圓柱的長度為200mm或更少。
[0030]其中所述器械和所述內(nèi)部錨定器適用于在通過所述入口端口插入身體之前被耦合在一起。
[0031 ] 其中所述器械在通過所述入口端口插入身體之前被固定到所述內(nèi)部錨定器。
[0032]機(jī)器人致動(dòng)器還包括電路板。
[0033]其中所述電路板包括驅(qū)動(dòng)電路。
[0034]其中所述電路板包括網(wǎng)絡(luò)接口。
[0035]其中所述電路板是柔性的。
[0036]其中所述電路板鄰近所述器械的殼體的內(nèi)壁設(shè)置。
[0037]在實(shí)施方案中，手術(shù)系統(tǒng)包括操縱器、可植入致動(dòng)器以及控制器。操縱器包括多個(gè)集成的傳感器/致動(dòng)器。傳感器/致動(dòng)器的傳感器適用于檢測圍繞多個(gè)運(yùn)動(dòng)軸的運(yùn)動(dòng)。傳感器/致動(dòng)器的致動(dòng)器適用于提供觸覺反饋?？芍踩胫聞?dòng)器包括提供多個(gè)運(yùn)動(dòng)軸的多個(gè)關(guān)節(jié)?？刂破鞅慌渲脕斫邮諄碜远鄠€(gè)傳感器/致動(dòng)器的指示操縱器圍繞多個(gè)軸的運(yùn)動(dòng)的信息，并且被配置來使得致動(dòng)器的關(guān)節(jié)沿著對應(yīng)運(yùn)動(dòng)軸運(yùn)動(dòng)。操縱器的每個(gè)傳感器/致動(dòng)器檢測圍繞對應(yīng)于致動(dòng)器的關(guān)節(jié)中的類似一個(gè)(similar one)的運(yùn)動(dòng)軸的運(yùn)動(dòng)。
[0038]其中所述操縱器包括兩個(gè)操縱器端部，每個(gè)操縱器端部耦合到所述多個(gè)傳感器/致動(dòng)器中的第一和第二傳感器/致動(dòng)器。
[0039]其中所述操縱器端部布置為彼此鄰近并且所述第一和第二傳感器/致動(dòng)器延伸離開所述操縱器端部。
[0040]其中所述第一和第二傳感器/致動(dòng)器在所述操縱器端部遠(yuǎn)側(cè)的部分耦合到第一框架構(gòu)件。
[0041]其中所述多個(gè)傳感器/致動(dòng)器中的第三傳感器/致動(dòng)器耦合到所述第一框架構(gòu)件。
[0042]其中所述第一框架構(gòu)件包括C形，所述第一和第二傳感器/致動(dòng)器分別耦合到所述C形的端部分，并且所述第三傳感器耦合到所述C形的中心部分。
[0043]其中所述操縱器包括第二框架構(gòu)件，所述多個(gè)傳感器/致動(dòng)器中的第三傳感器和第四傳感器/致動(dòng)器分別耦合到所述第二框架構(gòu)件，并且所述第二框架構(gòu)件包括彎曲部分。
[0044]其中所述操縱器包括第三框架構(gòu)件，所述第三框架構(gòu)件具有耦合到所述第四傳感器的第一部分和耦合到所述多個(gè)傳感器/致動(dòng)器中的第五傳感器/致動(dòng)器的第二部分，所述第三框架構(gòu)件是可延伸和可回縮的。
[0045]其中所述操縱器包括可延伸和可回縮的框架構(gòu)件，所述多個(gè)傳感器/致動(dòng)器中的一個(gè)包括檢測所述框架構(gòu)件的延伸和回縮的傳感器，所述致動(dòng)器包括延伸和回縮的關(guān)節(jié)，并且當(dāng)所述操縱器的所述傳感器/致動(dòng)器檢測到所述框架構(gòu)件的延伸或回縮時(shí)，所述控制系統(tǒng)使得所述致動(dòng)器的延伸和回縮的關(guān)節(jié)延伸或回縮。
[0046]手術(shù)系統(tǒng)還包括:限定供操作者使用的臂架的桌；以及延伸離開所述桌的框架構(gòu)件，其中所述操縱器的基座耦合到所述框架構(gòu)件，并且在所述基座遠(yuǎn)側(cè)的所述操縱器的操縱器端部在朝向所述桌的方向上延伸離開所述基座。
[0047]手術(shù)系統(tǒng)還包括顯示器，其中所述桌和所述操縱器被定位在所述操作者和所述顯示器之間，在視線之外，從而所述操作者能夠在所述操作者位于所述桌處來操縱所述操縱器時(shí)，同時(shí)看見所述操縱器和所述顯示器這二者。
[0048]其中所述多個(gè)傳感器/致動(dòng)器包括七個(gè)傳感器/致動(dòng)器并且所述多個(gè)關(guān)節(jié)包括七個(gè)關(guān)節(jié)，每個(gè)所述傳感器/致動(dòng)器對應(yīng)于所述關(guān)節(jié)中的相應(yīng)的一個(gè)和七個(gè)運(yùn)動(dòng)軸中的一個(gè)。
[0049]其中所述多個(gè)傳感器/致動(dòng)器每個(gè)的運(yùn)動(dòng)軸與關(guān)節(jié)中相應(yīng)一個(gè)的運(yùn)動(dòng)軸直接相關(guān)。
[0050]在另一實(shí)施方案中，用于手術(shù)系統(tǒng)的操作者界面包括操縱器和控制器。操縱器包括多個(gè)集成的傳感器/致動(dòng)器，所述傳感器/致動(dòng)器檢測圍繞多個(gè)運(yùn)動(dòng)軸的運(yùn)動(dòng)。運(yùn)動(dòng)軸每個(gè)對應(yīng)于可植入致動(dòng)器的關(guān)節(jié)的相應(yīng)運(yùn)動(dòng)軸。控制器被配置來接收來自所述多個(gè)傳感器/致動(dòng)器的指示所述操縱器圍繞所述多個(gè)軸的運(yùn)動(dòng)的信息，并且被配置來使得所述致動(dòng)器的所述關(guān)節(jié)沿著對應(yīng)運(yùn)動(dòng)軸運(yùn)動(dòng)。所述操縱器的每個(gè)傳感器檢測圍繞對應(yīng)于所述致動(dòng)器的關(guān)節(jié)中的類似一個(gè)的運(yùn)動(dòng)軸的運(yùn)動(dòng)。
[0051]其中所述操縱器包括兩個(gè)操縱器端部，每個(gè)操縱器端部耦合到所述多個(gè)傳感器/致動(dòng)器中的第一和第二傳感器/致動(dòng)器。
[0052]其中所述操縱器端部被布置為彼此鄰近并且所述第一和第二傳感器/致動(dòng)器延伸離開所述操縱器端部。
[0053]其中所述第一和第二傳感器/致動(dòng)器在所述操縱器端部遠(yuǎn)側(cè)的部分耦合到第一框架構(gòu)件。
[0054]其中所述多個(gè)傳感器/致動(dòng)器中的第三傳感器/致動(dòng)器耦合到所述第一框架構(gòu)件。
[0055]其中所述第一框架構(gòu)件包括C形狀，所述第一和第二傳感器/致動(dòng)器分別耦合到所述C形狀的端部分，以及所述第三傳感器耦合到所述C形狀的中心部分。
[0056]其中所述操縱器包括第二框架構(gòu)件，所述多個(gè)傳感器/致動(dòng)器中的所述第三傳感器和第四傳感器/致動(dòng)器分別耦合到所述第二框架構(gòu)件，并且所述第二框架構(gòu)件包括彎曲部分。
[0057]其中所述操縱器包括第三框架構(gòu)件，所述第三框架構(gòu)件具有耦合到所述第四傳感器的第一部分和耦合到所述多個(gè)傳感器/致動(dòng)器中的第五傳感器/致動(dòng)器的第二部分，所述第三框架構(gòu)件是可延伸和可回縮的。
[0058]其中所述傳感器/致動(dòng)器的致動(dòng)器提供觸覺反饋。
[0059]其中所述操縱器包括可延伸和可回縮的框架構(gòu)件，并且所述多個(gè)傳感器/致動(dòng)器中的一個(gè)包括傳感器，所述傳感器檢測所述框架構(gòu)件的延伸和回縮。
[0060]操作者界面還包括:限定供操作者使用的臂架的桌；以及延伸離開所述桌的框架構(gòu)件，其中所述操縱器的基座耦合到所述框架構(gòu)件，并且在所述基座遠(yuǎn)側(cè)的所述操縱器的操縱器端部在朝向所述桌的方向上延伸離開所述基座。
[0061]操作者界面還包括顯示器，其中所述桌和所述操縱器被定位在所述操作者和所述顯示器之間，在視線之外，從而所述操作者能夠在所述操作者位于所述桌處來操縱所述操縱器時(shí)，同時(shí)看見所述操縱器和所述顯示器這二者。
[0062]其中所述多個(gè)傳感器/致動(dòng)器包括七個(gè)傳感器/致動(dòng)器，每個(gè)傳感器/致動(dòng)器對應(yīng)于所述關(guān)節(jié)中的相應(yīng)的一個(gè)和七個(gè)運(yùn)動(dòng)軸中的一個(gè)。
[0063]其中所述多個(gè)傳感器/致動(dòng)器每個(gè)的運(yùn)動(dòng)軸與所述關(guān)節(jié)中相應(yīng)一個(gè)的運(yùn)動(dòng)軸直接相關(guān)。
[0064]在另一實(shí)施方案中，方法包括:提供具有多個(gè)傳感器/致動(dòng)器的操縱器，所述多個(gè)傳感器/致動(dòng)器檢測圍繞多個(gè)運(yùn)動(dòng)軸的運(yùn)動(dòng)；使用所述傳感器/致動(dòng)器的傳感器中的一個(gè)檢測圍繞對應(yīng)的運(yùn)動(dòng)軸的運(yùn)動(dòng)；以及圍繞對應(yīng)于由所述傳感器檢測的運(yùn)動(dòng)軸的運(yùn)動(dòng)軸移動(dòng)可植入致動(dòng)器的至少一部分。
[0065]其中所述傳感器/致動(dòng)器的多個(gè)傳感器中的每個(gè)檢測圍繞對應(yīng)于所述可植入致動(dòng)器的不同關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)軸運(yùn)動(dòng)。
[0066]其中所述多個(gè)傳感器/致動(dòng)器的每個(gè)的運(yùn)動(dòng)軸與所述致動(dòng)器的相應(yīng)關(guān)節(jié)的運(yùn)