弯曲套管和机器人操纵器制造技术

一种机器人手术系统配置有(多个)刚性的弯曲套管(416a)，这些套管延伸穿过同一个开口进入病人体内。具有(多个)被动柔性轴(506)的手术器械(500)延伸穿过这些弯曲套管。这些套管被定向为朝手术部位引导器械。公开了一种远程操作控制系统，该系统以一种允许外科医生体验直观控制的方式移动这些弯曲套管及其相关联的器械。这些柔性轴器械被控制为就好像沿着一条虚拟的直线插入和抽出轴线进行延伸。公开了在该单个开口内支撑弯曲套管的各种端口构件(1402)。公开了在插入到该单个开口以及安装至机器人操纵器上的过程中支撑这些套管的(多个)套管支撑固定件(1902)。

【技术实现步骤摘要】
弯曲套管和机器人操纵器本申请是申请日为2010年11月10日、名称为“弯曲套管和机器人操纵器”的中国专利申请201080051192.9的分案申请。相关申请的交叉引用本申请是美国专利申请No.12/618,549(于2009年11月13日提交)[律师卷号ISRG02390/US](公开了“弯曲套管(CurvedCannula)”)的部分继续，该申请要求美国临时专利申请No.61/245,171(2009年9月23日提交)(公开了“弯曲套管(CurvedCannula)”)的权益，这两个申请均通过引用结合到本文。本申请可能涉及以下申请：美国专利申请No.12/618,583(2009年11月13日提交)[律师卷号ISRG02391/US](公开了“弯曲套管手术系统(CurvedCannulaSurgicalSystem)”)、美国专利申请No.12/618,608(2009年11月13日提交)[律师卷号ISRG02393/US](公开了“弯曲套管器械(CurvedCannulaInstrument)”)、美国专利申请No.12/618,621(2009年11月13日提交)[律师卷号ISRG02394/US](公开了“手术端口构件(SurgicalPortFeature)”)以及美国专利申请No.12/618,631(2009年11月13日提交)[律师卷号ISRG02395/US](公开了“套管安装固定件(CannulaMountingFixture)”)，所有这些申请都通过引用结合到本文。
本专利技术各方面涉及微创手术，更具体地涉及微创机器人手术系统，并且还更具体地涉及穿过单个进入点进入病人体内工作的微创机器人手术系统。
技术介绍
微创手术的益处是众所周知的，并且与传统的开放式切口手术相比它们包括病人的更少创伤、更少失血和更快的恢复时间。此外，机器人手术系统(例如，提供远程呈现的遥控机器人系统)诸如加利福尼亚州Sunnyvale的直观外科手术公司(IntuitiveSurgical,Inc.)的da手术系统的使用是已知的。与手动微创手术相比，此类机器人手术系统可以允许外科医生以直观控制和提高的精确度来进行操作。为了进一步减少病人创伤并且保留机器人手术系统的益处，外科医生已经开始执行通过经皮肤的单个切口来研究或处理病人状况的手术程序。在一些情况下，这样的“单端口入路(portaccess)”手术已经采用手动器械或采用现有机器人手术系统执行。因此，期望的是改进的设备和方法，与使用现有的设备和方法相比，其能够使外科医生更有效地进行单端口入路手术。还期望的是能够容易地修改一般用于执行这种单端口入路手术的多切口(多端口)手术的现有机器人手术系统。
技术实现思路
在一个方面，手术系统包括机器人操纵器、弯曲套管以及延伸穿过该弯曲套管的具有被动柔性轴的器械。该机器人操纵器使该弯曲套管绕远程运动中心移动，该运动中心被设置在病人体内的开口处(例如切口、天然孔口)，从而使得该弯曲套管提供该手术器械在手术部位处的三角测量角度。在一个实现方式中，使用内窥镜以及两个这样的弯曲套管，其中弯曲套管的远端被定向为朝向手术部位呈不同的角度，从而使得实现有效的器械三角测量，这允许外科医生在该手术部位处有效地工作并观看该手术部位。在另一方面，该弯曲套管包括直区段和相邻的弯曲区段。机器人操纵器安装支架被耦连至该直区段上。第二直区段可以被耦连至该弯曲区段的相反末端上，以便有助于从该套管的远端延伸出的被动柔性的手术器械朝手术部位的对齐。在另一方面，手术器械包括被动柔性轴和耦连至该轴的远端的手术末端执行器。该柔性轴延伸穿过弯曲套管，并且该柔性轴的远端区段延伸至悬出该弯曲套管的远端。该柔性轴的远端区段是足够刚性的，以便在手术部位提供有效的手术动作，而它是足够柔性的，以便允许其穿过该弯曲套管插入和抽出。在一些方面，该器械轴的远端区段的硬度大于在手术程序中该套管的弯曲区段中剩余的轴的区段的硬度。在另一方面，手术端口构件是单个主体，该单个主体在其顶表面与底表面之间包括(多个)通道。这些通道在相反方向上成角度，以便以期望的角度来夹持这些弯曲套管的直区段。该主体是足够柔性的，以便允许弯曲套管绕远程运动中心移动，远程运动中心大体位于通道内。在一些方面，该端口构件包括用于内窥镜套管的通道和/或一个或多个辅助通道。这些通道可以包括不同的密封件。在另一个方面，公开第二端口构件，该第二端口构件包括上部漏斗状部分和下部舌状件。用于手术器械的通道(如弯曲套管)被限定在腰部区段中，该腰部区段将该漏斗状部分与该舌状件连结起来。在一个方面，该第二端口构件被用于要求器械以相对小的角度(锐角)进入病人体内的手术，因为该端口构件有助于防止器械与病人身体之间的不必要的应力，反之亦然。在另一方面，公开套管安装固定件。这些固定件支撑套管以便插入并对接到它们的相关联的机器人操纵器上。在一个方面，固定件包括(多个)臂，这些臂夹持内窥镜套管和弯曲的器械套管。在另一方面，固定件被配置为帽，这个帽夹持内窥镜和弯曲套管的远端。这个帽的指向有助于插入病人内的开口之中。在另一方面，公开了带有弯曲套管的机器人手术系统的控制系统。该控制系统使用与该弯曲套管相关联的运动学数据。为了给外科医生提供直观控制体验，该控制系统命令机器人操纵器响应于外科医生在主操纵器处的输入而使该弯曲套管及其器械移动，就好像该器械被定位成沿着从该弯曲套管的远端延伸的一条直轴线与该套管的弯曲区段的远端大致相切。附图说明图1A是机器人手术系统中病人侧推车的前向正视图。图1B是机器人手术系统中外科医生控制台的前向正视图。图1C是机器人手术系统中视频推车的前向正视图。图2A是器械臂的侧面正视图。图2B是安装有器械的操纵器的透视图。图2C是安装有摄像机的摄像机臂的一部分的侧面正视图。图3是穿过体壁插入而抵达手术部位的多个套管和相关联的器械的图解视图。图4A是病人侧机器人操纵器的一部分的示意图，该操纵器支撑并移动弯曲套管和被动柔性手术器械的组合。图4B是示出加在图4A的视图上的第二病人侧机器人操纵器的示意图，该第二病人侧机器人操纵器支撑并移动第二弯曲套管和被动柔性手术器械的组合。图4C是示出加在图4B视图上的内窥镜摄像机操纵器的示意图，该内窥镜摄像机操纵器支撑内窥镜。图5是柔性器械的图解视图。图6A是拉动(pull/pull)式器械设计的图解视图。图6B是推拉(push/pull)式器械设计的图解视图。图7A是力传递机构的底视图。图7B是用于拉动式器械设计中的力传递机构的平面图。图7C是用于推拉式器械设计中的力传递机构的平面图。图7D是用于推拉式器械设计中的另一力传递机构的平面图。图8A是器械轴的一部分的剖视透视图。图8B是另一器械轴设计的图解透视截面视图。图8C是另一器械轴的一部分的剖视透视图。图8D是又一器械轴设计的图解透视图。图9A是柔性轴器械的远端的分解透视图。图9B是图9A中描绘的实现方式的截面视图。图9C是拉动型末端执行器的图解视图。图9D是另一柔性轴器械的远端的分解透视图。图9E是推拉型末端执行器的图解视图。图9F是器械轴端帽的图解透视图。图10是弯曲套管的图解视图。图10A是对齐的键构件(keyfeature)的图解视图。图10B本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种手术系统，其包括：主控操纵器；机器人从动操纵器；耦连到所述机器人从动操纵器的弯曲套管；被动柔性器械轴，其延伸越过所述弯曲套管的远端；和控制系统；其中直线的器械插入和抽出轴线被限定为在所述弯曲套管的远端处从所述弯曲套管的纵向中心轴线延伸；并且其中响应于所述主控操纵器的移动，所述控制系统命令所述机器人操纵器使所述弯曲套管的所述远端围绕远程运动中心移动，就好像所述器械轴是沿着所述器械插入和抽出轴线直线地定位。

【技术特征摘要】
2009.11.13 US 12/618,598;2009.11.13 US 12/618,5491.一种手术系统，其包括：主控操纵器；从动操纵器，其响应于所述主控操纵器处的输入是可控的；耦连到所述从动操纵器的弯曲套管，所述弯曲套管绕所述弯曲套管的运动中心可移动；器械，其包括：具有远端的被动柔性轴，在所述被动柔性轴的远端处的腕部机构，和手术末端执行器，其耦连到所述腕部机构，其中所述被动柔性轴的远端可推进越过所述弯曲套管的远端；和控制系统，其与所述主控操纵器和所述从动操纵器通信，其中直线的器械插入和抽出轴线通过从所述弯曲套管的远端的纵向轴线延伸的直线限定；其中所述控制系统被配置成基于运动学控制参数确定所述弯曲套管的移动，所述运动学控制参数在所述被动柔性轴沿所述直线的器械插入和抽出轴线定位时限定所述被动柔性轴，并且其中所述控制系统被配置成基于所述弯曲套管的确定的运动，命令所述从动操纵器绕所述套管的运动中心移动所述弯曲套管的远端。2.如权利要求1所述的手术系统：其中所述器械插入和抽出轴线沿着所述弯曲套管的远端的纵向轴线延伸。3.如权利要求1所述的手术系统：其中当所述被动柔性轴的远端被推进越过所述弯曲套管的远端时，所述被动柔性轴的远端部分沿所述直线的插入和抽出轴线延伸。4.如权利要求1所述的手术系统：其中所述控制系统阻止所述被动柔性轴的一部分推进越过所述弯曲套管的远端超过一个预设极限距离；并且其中所述预设极限由所述被动柔性轴的所述一部分的硬度决定。5.如权利要求1所述的手术系统：其中所述控制系统阻止所述主控操纵器的移动使所述套管或所述器械移动，直到所述器械的至少远侧尖端推进越过所述套管的所述远端。6.如权利要求1所述的手术系统：其中所述运动学控制参数包含Denavit-Hartenberg参数。7.如权利要求1所述的手术系统：其中所述腕部机构被配置成使所述末端执行器以俯仰运动和偏转运动中的至少一个运动相对于所述被动柔性轴运动。8.如权利要求7所述的手术系统：其中所述腕部机构被配置成使所述末端执行器以俯仰运动和偏转运动相对于所述被动柔性轴运动。9.如权利要求1所述的手...

【专利技术属性】
技术研发人员：G·M·普里斯科，S·K·W·奥，
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