计算机辅助的远程操作手术系统和方法技术方案

技术编号:21169670 阅读:26 留言:0更新日期:2019-05-22 10:17
计算机辅助的远程操作手术系统包括一个或更多个操纵器装置和其他部件。一种操纵器装置包括第一连杆、联接到第一连杆的远端的第二连杆、联接到第二连杆的第三连杆以及联接到第三连杆的器械致动器。将第二连杆联接到第一连杆的接头限定偏转轴线。将第三连杆联接到第二连杆的接头限定俯仰轴线。器械致动器限定插入轴线。偏转轴线、俯仰轴线和插入轴线被相对于彼此固定并且在远程运动中心处相交。器械致动器可以沿着插入轴线滚动插入手术器械并且可以围绕插入轴线滚动手术器械。第一连杆的近端可以被联接到可重新定位的装配结构,该可重新定位的装配结构可以可选地被机械地接地到手术室桌子。用户控制单元包括用作控制器的处理器,并且用户控制单元处的用户输入经由控制器远程操作操纵器装置。

Computer-aided teleoperation system and system

The computer-assisted teleoperation system includes one or more manipulator devices and other components. A manipulator device includes a first connecting rod, a second connecting rod connected to the far end of the first connecting rod, a third connecting rod connected to the second connecting rod, and an instrument actuator connected to the third connecting rod. The joint connecting the second connecting rod to the first connecting rod defines the deflection axis. The joint connecting the third connecting rod to the second connecting rod defines the pitch axis. The device actuator defines the insertion axis. The deflection axis, pitch axis and insertion axis are fixed relative to each other and intersect at the remote motion center. The instrument actuator can roll into the surgical instrument along the insertion axis and roll around the insertion axis. The proximal end of the first connecting rod can be connected to a relocatable assembly structure, which can optionally be mechanically grounded to the operating room table. The user control unit includes a processor serving as a controller, and the user input at the user control unit operates the manipulator device remotely via the controller.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】计算机辅助的远程操作手术系统和方法版权声明本专利文件的公开内容的一部分包含受版权保护的材料。版权所有者不反对任何人对专利文件或专利公开内容进行传真复制,因为它出现在专利与商标局专利文件或记录中,但在其他方面保留所有版权。相关申请的交叉引用本申请要求(于2016年10月18日提交的)美国临时专利申请No.62/409,625的优先权的权益,该专利申请通过引用并入本文。关于联邦政府资助的研究或开发的声明不适用。
本公开涉及用于微创计算机辅助的远程操作手术的装置和方法。例如,本公开提供用于计算机辅助的远程操作手术系统的操纵器装置。
技术介绍
远程操作手术系统(由于使用机器人技术,远程操作手术系统通常被称为“机器人”手术系统)和其他计算机辅助的装置通常包括一个或更多个器械操纵器以操纵用于在手术工作部位处执行任务的器械和用于支撑捕获手术工作部位的图像的图像捕获装置的至少一个操纵器。操纵器臂包含通过一个或更多个主动控制的接头联接在一起的多个连杆。在许多实施例中,可以提供多个主动控制的接头。机器人臂还可以包括一个或更多个被动接头,这些被动接头不是主动控制的,但依从主动控制的接头的运动。这种主动接头和被动接头可以是各种类型,包括回转接头(revolutejoints)或平移接头/棱柱型接头(prismaticjoints)。操纵器臂及其相关器械或图像捕获装置的运动学姿势可以通过接头的位置和连杆的结构与联接的知识以及已知运动学计算的应用来确定。正在开发用于外科手术的微创远程手术系统,以增加外科医生的灵活性并允许外科医生从远程位置给患者动手术。远程手术是外科医生使用某种形式的远程控制(例如伺服机构等)来操纵手术器械移动而不是用手直接握持和移动器械的手术系统的总称。在这种远程手术系统中,在远程位置处向外科医生提供手术部位的图像。通常在合适的浏览器或显示器上查看手术部位的立体图像(其提供深度的错觉)时,外科医生通过操纵主控制输入装置对患者进行外科手术,主控制输入装置进而控制对应的远程操作器械的运动。远程操作手术器械能穿过小的微创手术孔或天然孔口被插入以治疗患者体内手术部位处的组织,通常避免了一般与由开腹手术技术进入手术工作部位相关的创伤。这些计算机辅助的远程操作系统能够以足够的灵活性移动手术器械的工作末端(末端执行器),以通常通过在微创孔处枢转器械的轴、使所述轴轴向滑动穿过所述孔、在所述孔内旋转所述轴以及诸如此类来执行相当复杂的手术任务。
技术实现思路
本公开提供了使用计算机辅助的远程操作手术装置进行微创机器人手术的装置和方法。例如,本公开提供了用于计算机辅助的远程操作手术系统的操纵器装置。在一些实施例中,操纵器装置包括与装配结构联接的第一连杆、被可旋转地联接到第一连杆的第二连杆以及被可枢转地联接到第二连杆的第三连杆。第三连杆被配置成接收手术器械致动器,该手术器械致动器进而能够接收手术器械。手术器械限定插入轴线。在一些这样的实施例中,使第三连杆相对于第二连杆枢转引起插入轴线的扫掠运动,该扫掠运动跟踪锥形表面的一部分。在一些这样的实施例中,操纵器装置具有硬件约束的远程运动中心(RCM)。RCM是空间中的一个点,围绕该点进行操纵器装置的滚动、俯仰和偏转运动。当操纵器装置用于微创计算机辅助的远程操作手术时,操纵器组件的移动被限制为通过微创手术进入部位或与RCM基本上重合的其他孔的安全运动。因此,操纵器装置的运动将防止体壁进入插管的过度横向运动,否则该过度横向运动可能会撕裂邻近孔的组织或者无意地扩大进入部位。在一个方面,本公开涉及一种计算机辅助的远程操作手术操纵器装置,其包括:第一连杆,其被配置成可释放地与计算机辅助的远程操作手术系统的装配结构联接;第二连杆,其被可旋转地联接到第一连杆,使得第二连杆可相对于第一连杆绕第一轴线旋转;以及第三连杆,其被可枢转地联接到第二连杆,使得第三连杆可相对于第二连杆绕第二轴线枢转。第三连杆被配置成可释放地与患者体壁进入插管联接,所述患者体壁进入插管限定手术器械的插入轴线。第一轴线、第二轴线和插入轴线在第二连杆相对于第一连杆的整个旋转和第三连杆相对于第二连杆的整个枢转中始终在空间中的特定固定点处相交。第三连杆相对于第二连杆的枢转扫掠(sweep)插入轴线以跟踪锥形表面的一部分。这种计算机辅助的远程操作手术操纵器装置可以可选地包括以下特征中的一个或更多个。第二连杆可包括导螺杆、用于旋转导螺杆的马达以及可螺纹联接到导螺杆的螺母。螺母可以被联接到在与第二轴线间隔开的位置处可枢转地联接到第三连杆的联动装置。导螺杆的旋转可以使第三连杆相对于第二连杆枢转。第三连杆可以与计算机辅助的远程操作手术器械致动器可释放地联接。第三连杆可包括用于驱动计算机辅助的远程操作手术器械致动器围绕插入轴线的旋转的马达。第一连杆可包括驱动第二连杆相对于第一连杆的旋转的马达。在一些实施例中,在第二连杆相对于第一连杆的整个旋转和第三连杆相对于第二连杆的整个枢转中,第二轴线可以保持与插入轴线不正交。在一些实施例中,在使用计算机辅助的远程操作手术操纵器装置的手术期间以及在第三连杆相对于第二连杆的所有位置处,第二连杆可相对于第一连杆旋转通过至少120度的弧度,而在操纵器装置与包括空间中的特定固定点的平面之间没有接触。在特定实施例中,在使用计算机辅助的远程操作手术操纵器装置的手术期间,第一轴线相对于包括空间中的特定固定点的平面可以呈小于30度的角度。在另一方面,本公开涉及一种计算机辅助的远程操作手术操纵器装置,其包括:第一连杆,其被配置成可释放地与计算机辅助的远程操作手术系统的装配结构联接;第二连杆,其被可旋转地联接到第一连杆,使得第二连杆可相对于第一连杆绕第一轴线旋转,第二连杆包括导螺杆和可螺纹联接到导螺杆的螺母;和第三连杆,其被可枢转地联接到第二连杆,使得第三连杆可相对于第二连杆绕第二轴线枢转。第三连杆被配置成可释放地与患者体壁进入插管联接,所述患者体壁进入插管限定手术器械的插入轴线。第一轴线、第二轴线和插入轴线在第二连杆相对于第一连杆的整个旋转和第三连杆相对于第二连杆的整个枢转中始终在空间中的特定固定点处相交。螺母被联接到联动装置,所述联动装置在与第二轴线间隔开的位置处被可枢转地联接到第三连杆,并且其中导螺杆的旋转使得第三连杆相对于第二连杆枢转。这种计算机辅助的远程操作手术操纵器装置可任选地包括以下特征中的一个或更多个。当第三连杆相对于第二连杆枢转时,插入轴线可以跟踪锥形表面的一部分。第三连杆可以与计算机辅助的远程操作手术器械致动器可释放地联接。第三连杆可包括用于驱动计算机辅助的远程操作手术器械致动器围绕插入轴线的旋转的马达。第一连杆可包括驱动第二连杆相对于第一连杆的旋转的马达。在第二连杆相对于第一连杆的整个旋转和第三连杆相对于第二连杆的整个枢转中,第二轴线可以保持与插入轴线不正交。在使用计算机辅助的远程操作手术操纵器装置的手术期间以及在第三连杆相对于第二连杆的所有位置处,第二连杆可相对于第一连杆旋转通过至少120度的弧度,而在操纵器装置与包括空间中的特定固定点的平面之间没有接触。在一些实施例中,在使用计算机辅助的远程操作手术操纵器装置的外科手术期间,第一轴线相对于包括空间中的特定固定点的平面成小于30度的角度。在另一方面,本公开涉本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种远程操作手术系统,其包括:细长的第一连杆,其包括近端、远端和限定在所述第一连杆的所述近端和所述远端之间的纵向轴线;第二连杆,其在回转偏转接头处被可旋转地联接到所述第一连杆,所述回转偏转接头具有限定与所述第一连杆的所述纵向轴线重合的器械偏转轴线的旋转轴线;第三连杆,其在回转俯仰接头处被可旋转地联接到所述第二连杆,所述回转俯仰接头具有限定器械俯仰轴线的旋转轴线;手术器械致动器,其包括近端、远端和限定在所述器械致动器的所述近端和所述远端之间的器械插入轴线,其中所述手术器械致动器在所述手术器械致动器的所述远端处被联接到所述第三连杆;其中所述偏转轴线、所述俯仰轴线和所述器械插入轴线被相对于彼此固定并且在所述第一连杆、所述第二连杆和所述第三连杆的组件的远程运动中心处相交;并且其中所述第三连杆围绕所述俯仰轴线相对于所述第二连杆的旋转将所述器械插入轴线扫过在所述远程运动中心处具有顶点的第一锥形表面的一部分。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.10.18 US 62/409,6251.一种远程操作手术系统,其包括:细长的第一连杆,其包括近端、远端和限定在所述第一连杆的所述近端和所述远端之间的纵向轴线;第二连杆,其在回转偏转接头处被可旋转地联接到所述第一连杆,所述回转偏转接头具有限定与所述第一连杆的所述纵向轴线重合的器械偏转轴线的旋转轴线;第三连杆,其在回转俯仰接头处被可旋转地联接到所述第二连杆,所述回转俯仰接头具有限定器械俯仰轴线的旋转轴线;手术器械致动器,其包括近端、远端和限定在所述器械致动器的所述近端和所述远端之间的器械插入轴线,其中所述手术器械致动器在所述手术器械致动器的所述远端处被联接到所述第三连杆;其中所述偏转轴线、所述俯仰轴线和所述器械插入轴线被相对于彼此固定并且在所述第一连杆、所述第二连杆和所述第三连杆的组件的远程运动中心处相交;并且其中所述第三连杆围绕所述俯仰轴线相对于所述第二连杆的旋转将所述器械插入轴线扫过在所述远程运动中心处具有顶点的第一锥形表面的一部分。2.根据权利要求1所述的远程操作手术系统,其中:在所述第三连杆围绕所述俯仰轴线相对于所述第二连杆的独特的第一旋转取向上,所述第二连杆围绕所述偏转轴线相对于所述第一连杆的旋转将所述器械插入轴线扫过在所述远程运动中心处具有中心的圆形扇形表面;并且在所述第三连杆围绕所述俯仰轴线相对于所述第二连杆的除了所述第一旋转取向之外的旋转取向上,所述第二连杆围绕所述偏转轴线相对于所述第一连杆的旋转将所述器械插入轴线扫过在所述远程运动中心处具有顶点的第二锥形表面。3.根据权利要求1所述的远程操作手术系统,其还包括:回转滚动接头;其中所述手术器械致动器经由所述滚动接头被联接到所述第三连杆,所述滚动接头限定与所述器械插入轴线重合的旋转轴线,并且所述手术器械致动器在所述滚动接头处相对于所述第三连杆围绕所述器械插入轴线旋转。4.根据权利要求3所述的远程操作手术系统,其中:在所述第三连杆围绕所述俯仰轴线相对于所述第二连杆的独特的第一旋转取向上,所述第二连杆围绕所述偏转轴线相对于所述第一连杆的旋转将所述器械插入轴线扫过在所述远程运动中心处具有中心的圆形扇形表面;并且在所述第三连杆围绕所述俯仰轴线相对于所述第二连杆的除了所述第一旋转取向之外的旋转取向上,所述第二连杆围绕所述偏转轴线相对于所述第一连杆的旋转将所述器械插入轴线扫过在所述远程运动中心处具有顶点的第二锥形表面。5.根据权利要求1、2或3所述的远程操作手术系统,其中:所述第二连杆包括俯仰驱动组件;所述俯仰驱动组件包括线性致动器和联接到所述线性致动器的俯仰驱动连杆;并且所述俯仰驱动组件被联接在所述第二连杆和所述第三连杆之间并且驱动所述第三连杆围绕所述俯仰轴线的旋转。6.根据权利要求1、2或3所述的远程操作手术系统,其还包括:偏转驱动组件,其被联接到所述第二连杆;其中所述偏转驱动组件与所述...

【专利技术属性】
技术研发人员:J·R·斯蒂格R·C·艾伯特D·H·戈麦斯
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

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