多端口手术机器人系统架构技术方案

本发明专利技术涉及一种机器人手术系统，其包括定向平台、可移动地支承定向平台的支承联动装置、多个手术器械操纵器，和多个装配联动装置。操纵器中的每个均包括器械夹持器，并且可操作用来使器械夹持器围绕远程操纵中心(RC)旋转。操纵器中的至少一个包括再定向机构，该再定向机构当被致动时，通过将关联的RC维持在固定位置的运动来移动附连的操纵器。

Multi port operating robot system architecture

The invention relates to a robot operating system, which includes a directional platform, a supporting linkage device capable of supporting a directional platform, a plurality of surgical instrument manipulators, and a plurality of assembly linkage devices. Each of the manipulators includes an instrument holder and is operable to rotate the instrument holder around the remote control center (RC). At least one of the manipulators includes a redirected mechanism, which moves the attached manipulator by maintaining the associated RC at a fixed position when it is actuated.

【技术实现步骤摘要】
多端口手术机器人系统架构本申请是于2013年5月31日提交的名称为“多端口手术机器人系统架构”的中国专利申请201380028484.4(PCT/US2013/043612)的分案申请。相关文献的交叉参考本申请要求2012年6月1日提交的美国临时专利申请第61/654,367号的利益，其全部内容通过参考的方式并入本文。

技术介绍
微创医疗技术旨在减少在诊断或手术程序期间受损的外部组织的量，从而缩短患者的恢复时间、减轻患者的不适并且减少有害的副作用。微创手术的一方面效果是例如缩短术后的住院恢复时间。因为标准手术的平均住院天数通常比类似的微创手术的平均住院天数明显更长，所以微创技术的增加的使用每年可以节约数百万美元的住院费用。尽管在美国每年执行的许多手术都可以潜在地以微创方式执行，但是由于微创手术器械和涉及掌控它们的附加手术训练的限制，仅有一部分当前手术使用这些有利的技术。微创机器人手术或远程手术系统已经被开发出，用于增加外科医生的灵巧性并且避免常规微创技术的一些限制。在远程手术中，外科医生使用一些远程控制形式(例如，伺服机构等)来操纵手术器械运动，而不是直接用手握住并移动器械。在远程手术系统中，在手术工作台可以为外科医生提供有手术部位的图像。当外科医生在显示器上查看手术部位的二维图像或三维图像时，外科医生通过操纵主控制设备而对患者执行手术程序，主控设备反过来控制伺服机械操作器械的动作。用于远程手术的伺服机构经常接收来自两个主控制器(一个用于外科医生的每只手)的输入，并且可以包括两个或更多机器人臂，其中手术器械安装在两个或更多机器人臂中的每个臂上。在主控制器与关联机器人臂和器械组件之间的有效通信通常通过控制系统实现。控制系统通常包括至少一个处理器，该处理器将来自主控制器的输入命令传递至关联的机器人臂和器械组件，并且在例如力反馈等的情况下，将输入命令从器械和臂组件传递回关联的主控制器。机器人手术系统的一个示例是可从加利福尼亚州Sunnyvale的直观外科公司(IntuitiveSurgical,Inc.)购买的DA系统。在机器人手术期间，各种结构布置可以用于在手术部位支承手术器械。从动联动装置或“从动装置”经常称为机器人手术操纵器，并且在微创机器人手术期间用作机器人手术操纵器的示例性联动装置布置描述在美国专利US7,594,912；US6,758,843；US6,246,200和US5,800,423中；其全部公开以参考的方式并入本文。这些联动装置经常利用平行四边形布置，以保持具有轴的器械。此类操纵器结构会约束器械的运动，使得器械围绕远程操纵中心转动，其中远程操纵中心位于沿着刚性轴的长度的空间中。通过将远程操纵中心与到内部手术部位的切口点对齐(例如，在腹腔镜手术期间，在腹壁使用套管针或套管)，可以通过使用操纵器联动装置来移动轴的近端，而安全地设置手术器械的末端执行器，而不会对腹壁施加潜在危险力。可替换的操纵器结构被描述在例如美国专利US7,763,015；US6,702,805；US6,679,669；US5,855,583；US5,808,665；US5,445,166和US5,184,601中；其全部公开以参考的方式并入本文。在机器人手术期间，各种结构布置也可以被用来在手术部位支承并且设置机器人手术操纵器和手术器械。有时称为装配关节(set-upjoint)或装配关节臂的支承联动机构经常用于设置每个操纵器并且将其与患者体内的相应切口点对齐。支承联动机构利于手术操纵器与期望手术切口点和目标解剖结构的对齐。示例性的支承联动机构在美国专利US6,246,200和US6,788,018中描述，其全部公开以参考的方式并入本文。尽管新的远程手术系统和设备已经被证明是高效且有利的，但进一步的改进仍是令人期望的。一般地，改进的微创机器人手术系统是令人期望的。如果这些改进的技术提高效率并且使机器人手术系统易于使用将是特别有益的。例如，增加可操控性、提高在手术室中的空间利用、提供更快且更简单的装配(set-up)、在使用期间抑制在机器人设备之间的碰撞和/或减少这些新的手术系统的机械复杂性和尺寸将是特别有益的。
技术实现思路
为提供本专利技术的基本理解，下文呈现了本专利技术的一些实施例的简化的总结。该总结不是本专利技术的广泛概述。这并不旨在确定本专利技术的关键/重要的要素，或描绘本专利技术的范围。它的唯一目的是，作为稍后呈现的更具体的说明的序言，以简化的形式呈现本专利技术的一些实施例。本专利技术公开了用于在机器人手术系统中使用的改进的机器人手术系统和模块化操纵器支承件。改进的机器人手术系统包括用于支承多个装配联动装置的定向平台，多个装配联动装置中的每个支承一个关联的手术器械操纵器，或支承多个关联的手术器械操纵器。支承联动装置用于可移动地支承定向平台。支承联动装置中的一个或多个可以包括再定向机构，该机构可操作用来经由将关联的远程操纵中心(RC)维持在固定位置的运动重新设置操纵器，从而允许在未在切口位置处引起对患者的潜在危险力风险的情况下重新设置支承的操纵器。支承联动装置中的一个或多个也可以包括：可旋转地耦连到定向平台的第一连杆，可滑动地安装到第一连杆以相对于第一连杆水平滑动的第二连杆，可滑动地安装到第二连杆以相对于第二连杆垂直滑动的第三连杆，和可旋转地耦连到第三连杆以围绕垂直轴线相对于第三连杆旋转的第四连杆。支承联动装置可以包括可移动的地面支承的安装基座，和耦连到安装基座并且可移动地支承定向平台的可调节的联动装置。例如，通过直接附连到地面或其他固定结构，安装基座也可以是不动的。所公开的机器人手术系统和模块化操纵器支承件提高了可操控性、增加了在手术室中的空间利用、提供了更快且更容易的装配、在使用期间抑制了在机器人设备之间的碰撞，并且相对于具有可比性能的现有系统和支承件具有减小的机械复杂性。因此，在一方面中，所公开的机器人手术系统包括定向平台，可移动地支承定向平台的支承联动装置，多个操纵器和多个装配联动装置。操纵器中的每个可以包括器械夹持器。操纵器中的每个可以被配置成支承安装到器械夹持器的关联的手术器械，通过关联的远程操纵中心(RC)将关联的手术器械沿着插入轴线插入到患者体内，使器械夹持器围绕与关联的RC相交的第一操纵器轴线旋转，并且使器械夹持器围绕与关联的RC相交的第二操纵器轴线旋转。第一操纵器轴线和第二操纵器轴线横向于插入轴线。第二操纵器轴线横向于第一操纵器轴线。装配联动装置中的每个将操纵器中的其中之一耦连到定向平台，并且可操作用来相对于定向平台重新设置关联的操纵器，并且相对于定向平台将关联的操纵器固定支承在选择位置。装配联动装置中的每个包括耦连到定向平台的近端连杆和耦连到关联的操纵器的远端连杆。装配联动装置中的至少一个包括再定向机构，当该再定向机构致动时，其通过使关联的RC相对于近端连杆维持在固定位置的运动，使远侧连杆相对于近端连杆移动。在许多实施例中，再定向机构包括旋风(tornado)旋转关节和旋风连杆。旋风连杆具有耦连到旋风旋转关节的旋风连杆近端和连接到关联的操纵器的旋风连杆远端。旋风旋转关节的致动使旋风连杆围绕旋风轴线旋转，其中旋风轴线与RC相交并且与第一操纵器轴线和第二操纵器轴线中的任何一个都不对齐。旋风连杆被配置成，对于围绕旋风本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种机器人手术系统，其包括：定向平台；可移动地支承所述定向平台的支承联动装置；多个操纵器；所述操纵器中的每个包括器械夹持器；所述操纵器中的每个被配置成支承安装到所述器械夹持器的关联的手术器械，通过关联的远程操纵中心即RC沿着插入轴线将所述关联的手术器械插入到患者体内，使所述器械夹持器围绕与所述关联的远程操纵中心相交的第一操纵器轴线旋转，并且使所述器械夹持器围绕与所述关联的远程操纵中心相交的第二操纵器轴线旋转，所述第一操纵器轴线和所述第二操纵器轴线中的每个均横向于所述插入轴线，所述第二操纵器轴线横向于所述第一操纵器轴线；以及多个装配联动装置，所述装配联动装置中的每个均将所述操纵器中的其中一个耦连到所述定向平台，并且可操作用来相对于所述定向平台重新设置关联的操纵器，并且在选择的位置中相对于所述定位平台固定地支承所述关联的操纵器，所述装配联动装置中的每个包括耦连到所述定向平台的近端连杆和耦连到所述关联的操纵器的远端连杆，所述装配联动装置中的至少一个包括再定向机构，所述再定向机构当被致动时，通过使所述关联的远程操纵中心相对于所述近端连杆维持在固定位置的运动来使所述远端连杆相对于所述近端连杆移动。...

【技术特征摘要】
2012.06.01 US 61/654,3671.一种机器人手术系统，其包括：定向平台；可移动地支承所述定向平台的支承联动装置；多个操纵器；所述操纵器中的每个包括器械夹持器；所述操纵器中的每个被配置成支承安装到所述器械夹持器的关联的手术器械，通过关联的远程操纵中心即RC沿着插入轴线将所述关联的手术器械插入到患者体内，使所述器械夹持器围绕与所述关联的远程操纵中心相交的第一操纵器轴线旋转，并且使所述器械夹持器围绕与所述关联的远程操纵中心相交的第二操纵器轴线旋转，所述第一操纵器轴线和所述第二操纵器轴线中的每个均横向于所述插入轴线，所述第二操纵器轴线横向于所述第一操纵器轴线；以及多个装配联动装置，所述装配联动装置中的每个均将所述操纵器中的其中一个耦连到所述定向平台，并且可操作用来相对于所述定向平台重新设置关联的操纵器，并且在选择的位置中相对于所述定位平台固定地支承所述关联的操纵器，所述装配联动装置中的每个包括耦连到所述定向平台的近端连杆和耦连到所述关联的操纵器的远端连杆，所述装配联动装置中的至少一个包括再定向机构，所述再定向机构当被致动时，通过使所述关联的远程操纵中心相对于所述近端连杆维持在固定位置的运动来使所述远端连杆相对于所述近端连杆移动。2.根据权利要求1所述的机器人手术系统，其中所述再定向机构包括旋风旋转关节和旋风连杆，所述旋风连杆具有耦连到所述旋风旋转关节的旋风连杆近端与耦连到所述关联的操纵器的旋风连杆远端，所述旋风旋转关节的致动使所述旋风连杆围绕旋风轴线旋转，其中所述旋风轴线与所述关联的远程操纵中心相交并且与所述第一操纵器轴线和第二操纵器轴线中的任何一个都不对齐，所述旋风连杆被配置成响应于所述旋风旋转关节的致动，使所述关联的远程操纵中心相对于所述近端连杆维持在固定位置。3.根据权利要求1所述的机器人手术系统，其中所述操纵器中的至少一个被机械约束，以在所述器械夹持器围绕所述第一操纵器轴线的旋转期间和在所述器械夹持器围绕所述第二操纵器轴线的旋转期间，维持所述关联的远程操纵中心相对于所述远端连杆的固定位置。4.根据权利要求3所述的机器人手术系统，其中所述操纵器中的每个被机械约束，以在所述器械夹持器围绕所述第一操纵器轴线的旋转期间和在所述器械夹持器围绕所述第二操纵器轴线的旋转期间，维持所述关联的远程操纵中心相对于所述远端连杆的固定位置。5.根据权利要求3所述的机器人手术系统，其中所述操纵器中的至少一个被机械配置成响应于所述操纵器的第一关节的致动，通过被机械限制为围绕所述第一轴线旋转的第一运动来移动所述器械夹持器，并且响应于所述操纵器的第二关节的致动，通过被机械限制为围绕所述第二轴线旋转的第二运动来移动所述器械夹持器。6.根据权利要求4所述的机器人手术系统，其中所述操纵器中的每个被机械配置成响应于所述操纵器的第一关节的致动，通过被机械限制为围绕所述第一轴线旋转的第一运动来移动所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：B·M·斯凯纳，R·L·迪万根佐，S·卢克，D·马丁，T·G·库珀，T·W·布朗，
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