微创手术系统技术方案

本发明专利技术涉及一种微创手术系统。一种手术器械的远端可以以全部六个笛卡尔自由度移动，与远程操作的手术系统的其他组件无关。所述手术器械延伸通过导管。所述远端由致动装置移动，所述致动装置是以远程操作方式被控制的。

【技术实现步骤摘要】
微创手术系统本申请是于2007年6月13日提交的名称为“微创手术系统”的中国专利申请200780030036.2的分案申请。
本专利技术的方面与用于微创手术的系统和程序相关，特别是用于该手术的远程操作的系统。
技术介绍
已知的微创手术具有不同名称(例如内窥镜检查法、腹腔镜检查、关节镜检查、血管内窥、锁孔(keyhole)等等)，通常针对解剖区域进行工作。该手术包括使用手持式装置和远程操作/远程操纵/远程呈现(机器人辅助/远程机器人技术)设备，诸如加利福尼亚Sunnyvale的直观外科手术(IntuitiveSurgical)股份有限公司制造的da手术系统。可以完成诊断(例如，活组织检查)和治疗两个程序。器械通过手术切口或自然腔口经由皮肤插入病人体内。经自然腔道内窥镜手术(NOTES)是新的实验性的微创手术变体，其中器械通过自然腔口(例如，口、鼻孔、耳道、肛门、阴道、尿道)进入并通过身体内的腔内切口(例如，在胃壁或结肠壁上)继续进入到手术位置。与很多手持式程序相比，尽管使用da手术系统的远程操作手术提供了很大的好处，但是对于一些病人和一些解剖区域，da手术系统不能有效地接近手术位置。另外，进一步减小切口的大小和数量帮助病人恢复并且有助于减小病人的创伤和不适。自由度(DOF)数量是唯一确定系统的位姿/配置的独立变量的个数。因为机器人操纵器是将(输入)关节空间映射到(输出)笛卡尔空间的运动链，DOF的概念可以在这两个空间的任何一个中表示。特别地，关节DOF的集合为用于所有被独立控制关节的关节变量的集合。不失一般性，关节为提供单独平移(柱状关节)或转动(转动关节)自由度的机构。从运动学建模的观点，提供多于一个DOF运动的任何机构被认为是两个或多于两个的独立关节。笛卡尔DOF的集合通常由三个平移(位置)变量(例如纵荡、升沉、横荡)和三个转动(方向)变量(例如，欧拉角或滚动角/俯仰角/平摇角)表示，其相对于给定的笛卡尔参考系描述了末端执行器(或尖端)坐标系(frame)的位置和方向。例如，平面机构具有安装在两条垂直的独立轨道上的末端执行器，该平面机构具有在两条轨道(棱柱状自由度)的跨度区域内控制x/y位置的能力。如果末端执行器可以围绕垂直于轨道平面的轴旋转，那么有三个输入DOF(两个轨道位置和平摇角)对应三个输出DOF(末端执行器的x/y位置和方向角)。尽管笛卡尔DOF的个数最多为六，在所有平移变量和方向变量被独立控制的情况下，关节DOF的个数通常为设计选择的结果，包括机构的复杂性和任务说明的考虑。因此，关节DOF的个数可以多于、等于、或小于六。对于非冗余运动学链，被独立控制的关节的个数等于末端执行器坐标系的可移动度。对于某数量的棱柱形和旋转关节DOF，末端执行器坐标系将和笛卡尔空间具有相同数目的DOF(除了奇异配置时)，该自由度数目对应平移运动(x/y/z位置)和旋转运动(滚动/俯仰/平摇方向角)。输入DOF和输出DOF之间的区别在冗余或“有缺陷的”运动链(例如机械操纵器)的情况下非常重要。具体地说，“有缺陷的”操纵器具有小于六个的独立控制关节并且因此不具有完全控制末端执行器位置和方向的能力。作为替代，有缺陷的操纵器仅限于控制位置变量和方向变量的子集。另一方面，冗余操纵器具有多于六个的关节DOF。这样，冗余操纵器可以使用多于一个关节配置建立期望的6-DOF末端执行器位姿。换句话说，附加的自由度不只可以用于控制末端执行器位置和方向，也可以控制操纵器自身的“形状”。除运动学自由度之外，机构可以具有其他DOF，诸如抓取夹具或剪刀刀片的绕杆旋转运动。为指定了DOF的空间考虑参考系也很重要。例如，关节空间中的单个DOF变化(例如，两个旋转连杆之间的关节)可能导致运动，该运动结合坐标系的笛卡尔平移变量和方向变量的变化，该坐标系被附加到连杆的其中之一的远端(位于远端的坐标系通过空间旋转并平移)。运动学描述从一个测量空间转变成另一测量空间的过程。例如，使用关节空间测量确定在运动链的尖端的参考系的笛卡尔空间位置和方向是“正向”运动学。对在运动链的尖端的参考坐标，使用笛卡尔空间位置和方向确定期望的关节位置为“反向”运动学。如果有任何旋转关节，运动学包括非线性(三角)函数。
技术实现思路
本专利技术各方面的目的是提供多个远程操纵手术器械，每个手术器械相对于另一个独立工作，并且每个手术器械具有末端执行器，该末端执行器通过病人身体的单一入口并且具有笛卡尔空间中的至少六个被主动控制的自由度(即，纵荡、升沉、横荡、滚动、俯仰、平摇)。本专利技术各方面的进一步目的是提供多个远程操纵手术器械，每个手术器械相对于另一个独立工作并且每个手术器械具有末端执行器，该末端执行器通过病人身体的单一入口并穿过限制刚性器械体横向运动的中间组织，并且具有笛卡尔空间中的至少六个被主动控制的自由度(即纵荡、升沉、横荡、滚动、俯仰、平摇)。根据本专利技术各方面，手术器械通过导管被插入。手术器械的远端是可移动的，并且致动装置可以以全部六个笛卡尔自由度移动远端。这六个自由度独立于导管的运动。致动装置可通过远程操纵控制。附图说明图1为微创手术器械及其关于由切口或自然腔口表示的关于枢轴点的运动的图示。图2A为另一微创手术器械及其运动的图示。图2B为又一微创手术器械及其运动的图示。图3为微创手术器械的示意图。图4为说明了微创手术器械装置的方面的示意图。图4A和图4B为说明了被约束在导管内的位置的可移除的器械各方面的立体图。图5为说明了第二微创手术器械组件的各方面的示意图。图6为说明了第三微创手术器械组件的各方面的示意图。图7为说明了第四微创手术器械组件的各方面的示意图。图8为说明了第五微创手术器械组件的各方面的示意图。图9为说明了第六微创手术器械组件的各方面的示意图。图9A为说明了图9的替代方面的细节的示意图。图10为说明了第七微创手术器械组件的各方面的示意图。图11为说明了第八微创手术器械组件的各方面的示意图。图11A和图11B为手术器械组件的端视图。图12为说明了第九微创手术器械组件的各方面的示意图。图12A和图12B为向后弯曲位置的图示。图13为说明了第十微创手术器械组件的各方面的示意图。图14为说明了第十一微创手术器械组件的各方面的示意图。图15A到图15D为说明了插入一个可弯曲的、可操纵的手术器械和手术器械组件的示意图。图16为说明了第十二微创手术器械组件的各方面的示意图。图16A为包括平行运动机构的微创手术器械的远端段实施例的侧视图。图16B为平行运动机构中关节的实施例的立体图，并且图16C为平行运动机构中关节的实施例的横断面视图。图16D和图16E为说明了平行运动机构的设计和操作方面的侧视图。图16F和图16G为平行运动机构中连接盘的侧视图。图16H和图16I为平行运动机构中加强支架的的透视图。图16J为加强支架的侧视图。图17为说明了第十三个微创手术器械装置的方面的示意图。图17A为图17细节的示意侧视图。图17B为手术器械装置的透视图。图18为说明了第十四个微创手术器械装置的方面的示意图。图18A为说明了器械装置远端的成像系统的方面的示意图。图18B为示出了说明成像系统运动的方面的示意图。图18C为微创手术器械装置的透视图。图18D为说明了手术器械装置的远端怎样上仰本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种微创手术系统，包括：导管；手术器械，其包括远端，其中所述手术器械延伸通过所述导管；多个远程操纵致动装置，其以全部六个笛卡尔自由度移动所述手术器械的所述远端；和其中所述手术器械的所述远端的所述自由度独立于所述导管的自由度。

【技术特征摘要】
2006.06.13 US 60/813,028;2006.06.13 US 60/813,029;1.一种手术装置，其包括：导管(2308)，其包括通道；手术器械(2306)，其包括第一传动机构(2306a)、主体部分和末端执行器(2306b)，所述第一传动机构被耦合到主体部分和所述末端执行器，所述末端执行器处于所述手术器械的远端，并且所述主体部分被耦合到所述末端执行器，其中沿着所述主体部分在长度方向上限定纵轴，其中所述手术器械延伸穿过所述导管中的所述通道，以及其中所述末端执行器延伸超过所述导管的所述远端至插入深度；第一致动器机构(2312)，其耦合到所述第一传动机构；以及远程操纵控制系统(2320)，其耦合到所述第一致动器机构，所述远程操纵控制系统被配置为发送第一控制信号给所述第一致动器机构，其中响应于所述第一控制信号，所述第一致动器机构促使从所述主体部分的所述纵轴横向移位所述末端执行器而不改变所述末端执行器的方向，并且在从所述主体部分的所述纵轴横向移位所述末端执行器的情况下促使移动所述主体部分以将所述末端执行器保持在所述插入深度。2.根据权利要求1所述的装置：其中所述导管中的所述通道被配置为允许所述手术器械在所述导管内滚动；以及其中响应于在所述导管内滚动所述手术器械，所述末端执行器相对于所述导管的纵轴滚动。3.根据权利要求1所述的装置：其中所述导管中的所述通道被配置为允许所述手术器械在所述导管内纵荡；以及其中响应于在所述导管内纵荡所述手术器械，所述末端执行器相对于所述导管的纵轴纵荡。4.根据权利要求1所述的装置：其中所述导管包括配件；以及其中所述配件可释放地将所述手术器械固定在所述导管中。5.根据权利要求1所述的手术装置：所述导管进一步包括可主动弯曲远端段(712)；所述手术装置进一步包括：第二传动机构(2308a)，其被耦合到所述可主动弯曲远端段；以及第二致动器机构(2314)，其被耦合到所述第二传动机构；所述远程操纵控制系统(2320)被耦合到所述第二致动器机构，所述远程操纵控制系统被配置为发送第二控制信号给所述第二致动器机构；其中响应于所述第二控制信号，所述第二致动器机构促使所述导管的所述可主动弯曲远端段在至少两个方向自由度上移动所述末端执行器。6.根据权利要求5所述的装置：其中所述导管的所述远端段包括弯曲传感器。7.根据权利要求5所述的装置：其中所述导管的所述远端段包括机械限制件，该机械限制件建立防止约束所述手术器械或末端执行器的操作的最小曲率半径。8.根据权利要求5所述的装置：其中所述远程操纵控制系统为所述导管的所述远端段建立防止约束所述手术器械或末端执行器的操作的最小...

【专利技术属性】
技术研发人员：D·Q·拉金，T·G·库伯，E·F·杜奥，A·麦克哥卢根，C·J·莫尔，D·J·罗沙，B·M·谢纳，D·C·沙弗，M·R·威廉姆斯，
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