用于微创切割器械操作的系统和方法技术方案

本申请公开一种用于操作微创切割器械的系统和方法，其包括外科手术切割器械。外科手术切割器械包括驱动单元、位于器械的远端处的末端执行器以及用于在切割刀片未使用时容纳切割刀片的停放区。末端执行器包括夹持夹钳和切割刀片。为了执行切割操作，器械将切割刀片从第一位置延伸到第二位置，将切割刀片从第二位置回缩到第一位置与第二位置之间的第三位置，并且进一步将切割刀片回缩到第一位置。当切割刀片未使用时，使用驱动单元中的限制机构、由马达或其他主动致动器施加到驱动单元的力或扭矩或者这两者将切割刀片维持在第一位置。

System and method for operation of minimally invasive cutting apparatus

The present application discloses a system and method for operating minimally invasive cutting instruments, which includes surgical cutting instruments. Surgical cutting instruments include drive unit, end effector located at the far end of the instrument, and parking area for cutting blades when the cutting blade is not in use. The end executor includes a clamping clamp and a cutting blade. In order to perform the cutting operation, the tool extends the cutting blade from the first position to the second position, and cuts the cutting blade from the second position to the third position between the first position and the second position, and further cuts the cutting blade back to the first position. When the cutting blade is not used, the limiting mechanism in the driving unit or the force or torque applied to the driving unit by the motor or other active actuator is used, or both of them will maintain the cutting blade at the first position.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于微创切割器械操作的系统和方法相关申请本专利申请要求于2015年5月15日提交的题为“SYSTEMANDMETHODFORMINIMALLYINVASIVECUTTINGINSTRUMENTOPERATION”的美国临时专利申请62/162,217的优先权和权益，其全部内容通过引用的方式并入本文。
本公开总体涉及具有铰接臂和末端执行器的设备的操作，并且更具体地涉及微创切割器械的操作。
技术介绍
越来越多的设备正被自主和半自主电子设备替代。这在如今具有存在于手术室、介入病房、重症监护病房、急诊室等中的大批自主和半自主电子设备的医院尤其如此。例如，玻璃和水银温度计被电子温度计替代，静脉滴注管线现在包括电子监测器和流量调节器，并且传统的手持式外科手术器械正被计算机辅助医疗设备替代。使用计算机辅助医疗设备的微创外科手术技术通常试图在最小化对健康组织的损伤的同时执行外科手术规程和/或其他规程。可以通过使用具有外科手术器械的计算机辅助医疗设备来远程执行一些微创规程。对于许多计算机辅助医疗设备，外科医生和/或其他医务人员通常可以使用操作者控制台上的一个或多个控制装置来操纵输入设备。当外科医生和/或其他医务人员在操作者控制台处操作各种控制装置时，将命令从操作者控制台传送到安装有一个或多个末端执行器和/或外科手术器械的患者侧设备。以这种方式，外科医生和/或其他医务人员能够使用末端执行器和/或外科手术器械对患者执行一个或多个规程。根据期望的规程和/或正在使用的外科手术器械，期望的规程可以部分或完全地在使用远程操作的外科医生和/或医务人员的控制下执行和/或在半自主控制下执行，在半自主控制中，外科手术器械可基于外科医生和/或其他医务人员的一个或多个激活动作来执行一系列操作。无论是以手动方式致动、以远程操作方式致动和/或以半自主方式致动，微创外科手术器械都可以用于各种操作和/或规程，并且可以具有各种配置。许多此类器械包括安装在轴的远端处的末端执行器，该轴可以安装到铰接臂的远端。在许多操作情况下，轴可以被配置为(例如，以腹腔镜方式、以胸腔镜方式和/或类似方式)插入穿过开口(例如，体壁切口、自然孔口和/或类似开口)，以到达远程外科手术部位。在一些器械中，铰接腕机构可以安装到器械的轴的远端，以支撑末端执行器，其中铰接腕提供改变末端执行器相对于轴的纵向轴线的取向的能力。可以使用不同设计和/或配置的末端执行器来执行不同的任务、规程和功能，以便允许外科医生和/或其他医务人员执行各种外科手术规程中的任何一种。示例包括但不限于烧灼、消融、缝合、切割、吻合(stapling)、融合、封闭等和/或它们的组合。因此，末端执行器能够包括各种部件和/或部件的组合以执行这些外科手术规程。与微创规程的目标一致，末端执行器的尺寸通常保持尽可能小，同时仍允许其执行其既定任务。保持末端执行器的小尺寸的一种方法是通过使用通常位于患者外部的外科手术器械的近端处的一个或多个输入装置来完成末端执行器的致动。然后可以使用各种齿轮、杠杆、滑轮、缆线、杆、带和/或类似机构沿外科手术器械的轴传输来自一个或多个输入装置的动作并致动末端执行器。在具有适当的外科手术器械的计算机辅助医疗设备的情况下，在该器械的近端处的传动机构与设置在患者侧设备或患者侧推车的铰接臂上的各种马达、螺线管、伺服机构、主动致动器、液压装置、气动装置和/或类似装置接合。马达、螺线管、伺服机构、主动致动器、液压装置、气动装置和/或类似装置通常通过主控制器接收控制信号，并在传动机构的近端处提供力和/或扭矩形式的输入，各种齿轮、杠杆、滑轮、缆线、杆、带和/或类似机构最终传输所述输入以致动传动机构的远端处的末端执行器。由于此类末端执行器的操作的远程性质，在一些情况下，外科医生和/或其他医务人员在致动期间可能难以知道末端执行器的一个或多个部件的位置以执行期望的规程。例如，在一些情况下，外科手术器械的其他部分(包括末端执行器本身)和/或患者的解剖结构的部分可能在一个或多个部件的致动期间使外科手术器械的一个或多个部件不被看见。另外，当部件中的一个或多个在试图执行期望的规程时遇到故障状况的时候，由于末端执行器的有限的可见性、外科手术器械操作的有限空间、对外科手术器械的有限使用权、末端执行器相对于外科医生和/或其他医务人员的远程位置和/或类似因素，外科医生和/或其他医务人员可能难以检测和/或校正故障状况。此外，安全条件也可能是外科手术器械的设计和/或操作中的因素。在一些示例中，外科手术工具的末端执行器(诸如切割工具)可以包括锋利的切割刀片。当切割刀片不被主动地用于切割时，切割刀片可以被封套和/或停放在末端执行器上的壳体内，使得该切割刀片通常被定位在非操作期间不能意外地切割患者的组织和/或操纵外科手术工具的医务人员的位置。类似地，末端执行器的一个或多个精密部件也可以被封套和/或停放，以防止在非操作期间损坏精密部件。因此，期望用于外科手术器械(诸如切割器械)的操作的改进方法和系统。在一些示例中，可期望提供对外科手术器械的自动控制，以便帮助确保外科手术器械可能够成功地执行期望的规程。在一些示例中，可期望提供在操作和非操作期间对患者和/或医务人员进行安全支持并且对外科手术器械进行保护支持的外科手术器械的配置。
技术实现思路
与一些实施例一致，一种与计算机辅助医疗设备一起使用的外科手术切割器械。该外科手术切割器械包括驱动单元、位于器械的远端处的末端执行器、驱动单元与末端执行器之间的轴以及用于在切割刀片未使用时容纳切割刀片的停放区。该末端执行器包括可对立的(opposable)夹持夹钳和切割刀片。该轴容纳用于将来自驱动单元的力或扭矩耦合到末端执行器的一个或多个驱动机构。为了执行切割操作，该器械被配置为：将切割刀片从第一位置延伸到第二位置；将切割刀片从第二位置回缩到第一位置与第二位置之间的第三位置；以及进一步将切割刀片回缩到第一位置。当切割刀片未使用时，使用驱动单元中的限制机构、由马达或其他主动致动器施加到驱动单元的力或扭矩或者这两者将切割刀片维持在第一位置。与一些实施例一致，一种使用与计算机辅助医疗设备一起使用的外科手术切割器械执行切割操作的方法包括：当末端执行器的切割刀片未使用时将切割刀片保持在第一位置；通过向驱动单元施加力或扭矩将切割刀片从第一位置延伸到第二位置；将切割刀片从第二位置回缩到第一位置与第二位置之间的第三位置；以及进一步将切割刀片回缩到第一位置。将切割刀片保持在第一位置是通过驱动单元的限制机构、由马达或主动致动器施加到驱动单元的力或扭矩或这两者执行的。延伸和回缩包括使用马达或主动致动器向驱动单元施加力或扭矩。与一些实施例一致，一种非瞬态机器可读介质包括多个机器可读指令，所述机器可读指令在由与计算机辅助医疗设备相关联的一个或多个处理器执行时适于使得一个或多个处理器执行一种方法。该方法包括：当末端执行器的切割刀片未使用时将切割刀片保持在第一位置；通过向驱动单元施加力或扭矩将切割刀片从第一位置延伸到第二位置；将切割刀片从第二位置回缩到第一位置与第二位置之间的第三位置；以及进一步将切割刀片回缩到第一位置。将切割刀片保持在第一位置是通过驱动单元的限制机构、由马达或主动致动器施加到驱动单元的力或扭矩或这两者执行的。延伸和回缩本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种与计算机辅助医疗设备一起使用的外科手术切割器械，所述器械包括：驱动单元；末端执行器，其位于所述器械的远端处，所述末端执行器包括可对立的夹持夹钳和切割刀片；轴，其将所述驱动单元耦合到所述末端执行器，所述轴容纳用于将来自所述驱动单元的力或扭矩耦合到所述末端执行器的一个或多个驱动机构；以及停放区，其用于在所述切割刀片未使用时容纳所述切割刀片；其中为了执行切割操作，所述器械被配置为：将所述切割刀片从第一位置延伸到第二位置；将所述切割刀片从所述第二位置回缩到所述第一位置与所述第二位置之间的第三位置；以及进一步将所述切割刀片回缩到所述第一位置；其中当所述切割刀片未使用时，通过所述驱动单元中的限制机构、通过由马达或其他主动致动器施加到所述驱动单元的力或扭矩或者通过这两者将所述切割刀片维持在所述第一位置。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.05.15 US 62/162,2171.一种与计算机辅助医疗设备一起使用的外科手术切割器械，所述器械包括：驱动单元；末端执行器，其位于所述器械的远端处，所述末端执行器包括可对立的夹持夹钳和切割刀片；轴，其将所述驱动单元耦合到所述末端执行器，所述轴容纳用于将来自所述驱动单元的力或扭矩耦合到所述末端执行器的一个或多个驱动机构；以及停放区，其用于在所述切割刀片未使用时容纳所述切割刀片；其中为了执行切割操作，所述器械被配置为：将所述切割刀片从第一位置延伸到第二位置；将所述切割刀片从所述第二位置回缩到所述第一位置与所述第二位置之间的第三位置；以及进一步将所述切割刀片回缩到所述第一位置；其中当所述切割刀片未使用时，通过所述驱动单元中的限制机构、通过由马达或其他主动致动器施加到所述驱动单元的力或扭矩或者通过这两者将所述切割刀片维持在所述第一位置。2.根据权利要求1所述的器械，其中所述限制机构是弹簧。3.根据权利要求1所述的器械，还包括将所述末端执行器耦合到所述轴的铰接腕。4.根据权利要求3所述的器械，其中所述第一位置被选择为补偿所述铰接腕的任何弯曲。5.根据权利要求1所述的器械，其中所述夹持夹钳中的一个或多个包括用于在延伸和回缩期间辅助引导所述切割刀片的凹槽。6.根据权利要求1所述的器械，其中所述第一位置在所述停放区内。7.根据权利要求6所述的器械，其中所述第三位置对应于所述切割刀片回缩到恰好在所述停放区之外的位置。8.根据权利要求1所述的器械，其中所述器械还被配置为在将所述切割刀片回缩到所述第三位置之前将所述切割刀片保持在所述第二位置。9.根据权利要求8所述的器械，其中当所述切割刀片正在被延伸时驱动所述驱动单元的所述马达或主动致动器的力或扭矩极限与当所述切割刀片正在保持延伸时的所述力或扭矩极限相同。10.根据权利要求1所述的器械，其中在所述切割操作期间，所述切割刀片被命令遵循位置分布图，所述位置分布图包括描述所述切割刀片在所述第一位置、所述第二位置和所述第三位置之间的平滑轨迹的期望位置的时间序列。11.根据权利要求1所述的器械，其中对驱动所述驱动单元的所述马达或主动致动器强制施加力或扭矩极限。12.根据权利要求11所述的器械，其中当所述切割刀片维持在所述第一位置时的所述力或扭矩极限的量值低于当所述切割刀片正在被延伸或回缩时的所述力或扭矩极限的量值。13.根据权利要求11所述的器械，其中当所述切割刀片正在被回缩到所述第三位置时的所述力或扭矩极限与当所述切割刀片正在进一步被回缩到所述第一位置时的所述力或扭矩极限相同。14.根据权利要求11所述的器械，其中当所述切割刀片正在被延伸时的所述力或扭矩极限的第一量值大于当所述切割刀片正在被回缩和进一步被回缩时的所述力或扭矩极限的第二量值。15.根据权利要求14所述的器械，其中所述第一量值和所述第二量值之间的差异基于由所述限制机构施加的力或扭矩。16.一种使用与计算机辅助医疗设备一起使用的外科手术切割器械执行切割操作的方法，所述方法包括：当末端执行器的切割刀片未使用时将所述切割刀片保持在第一位置，所述保持通过驱动单元的限制机构、通过由马达或主动致动器施加到所述驱动单元的力或扭矩或通过这两者来执行；通过向所述驱动单元施加力或扭矩将所述切割刀片从所述第一位置延伸到第二位置；将所述切割刀片从所述第二位置回缩到所述第一位置与所述第二位置之间的第三位置；以及进一步将所述切割刀片回缩到所述第一位置；其中所述延伸和所述回缩包括使用所述马达或主动致动器向所述驱动单元施加力或扭矩。17.根据权利要求16所述的方法，其中所述限制机构是弹簧。18.根据权利要求16所述的方法，其中所述外科手术切割器械还包括将所述末端执行器耦合到所述轴的铰接腕。19.根据权利要求18所述的方法，其中所述第一位置被选择为补偿所述铰接腕的任何弯曲。20.根据权利要求16所述的方法，其中所述夹持夹钳中的一个或多个包括用于在所述延伸和所述回缩期间辅助引导所述切割刀片的凹槽。21.根据权利要求16所述的方法，其中所述第一位置在所述外科手术切割器械的停放区内。22.根据权利要求21所述的方法，其中所述第三位置对应于所述切割刀片回缩到恰好在所述停放区之外的位置。23.根据权利要求16所述的方法，还包括在将所述切割刀片回缩到所述第三位置之前将所述切割刀片保持在所述第二位置。24.根据权利要求23所述的方法，其中当所述切割刀片正在被延伸时驱动所述驱动单元的所述马达或主动致动器的力或扭矩极限与当所述切割刀片正在保持延伸时的力或扭矩极限相同。25.根据权利要求16所述的方法，还包括命令所述切割刀片遵循位置分布图，所述位置分布图包括描述所述切割刀片在所述第一位置、所述第二位置和所述第三位置之间的平滑轨迹的期望位置的时间序列。26.根据权利要求16所述的方法，还包括对驱动所述驱动单元的所述马达或主动致动器强制施加力或扭矩极限。27.根据权利要求26所述的方法，其中当所述切割刀片维持在所述第一位置时的所述力或扭矩极限的量值低于当所述切割刀片正在被延伸或回缩时的所述力或扭矩极限的量值。28.根据权利要求26所述的方法，其中当所述切割刀片正在被回缩到所述第三位置时的所述力或扭矩极限与当所述切割刀片正在进一步被回缩到所述第一位置时的所述力或扭矩极限相同。29.根据权利要求26所述的方法，其中当所述切割刀片正在被延伸时的所述力或扭矩极限的第一量值大于当所述切割刀片正在被回缩和进一步被回缩时的所述力或扭矩极限的第二量值。30.根据权利要求29所述的方法，其中所述第一量值和所述第二量值之间的差异基于由所述限制机构施加的力或扭矩。31.一种非瞬态机器可读介质，其包括多个机器可读指令，所述机器可读指令在由与计算机辅助医疗设备相关联的一个或多个处理器执行时适于使得所述一个或多个处理器执行一种方法，所述方法包括：当末端执行器的切割刀片未使用时将所述切割刀片保持在第一位置，所述保持通过驱动单元的限制机构、通过由马达或主动致动器施加到所述驱动单元的力...

【专利技术属性】
技术研发人员：D·W·威尔，M·吴，M·瓦尔多，
申请(专利权)人：直观外科手术操作公司，
类型：发明
国别省市：美国,US