感测化的机器人手术系统进入端口技术方案

一种机器人手术系统，包括：进入端口，其具有并入其中的多个传感器；和手术器械，其具有末端执行器，所述末端执行器用于与机器人臂一起使用并且连接到机器人臂。当轴被插入穿过进入端口时，传感器测量组织与进入端口之间的荷载参数。传感器将指示荷载参数的信号无线地传输到处理单元。所述手术器械的所述末端执行器的顶端处的估计荷载被实时地提供给用于向用户传送触觉反馈的触觉反馈接口。所述触觉反馈响应于与估计荷载相关的特定事件、偶发事件或操作特性而在强度上增大或减小。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】感测化的机器人手术系统进入端口相关专利的交叉引用本申请要求于2014年10月24日提交的编号为62/068,040的美国临时专利申请的权益和优先权，其全部内容通过引用的方式并入本文。
技术介绍
机器人手术系统已经用于微创医疗操作中。一些机器人手术系统包括支撑机器人臂的控制台和至少一个手术器械，诸如包括钳夹的手术钳或抓紧工具，所述钳夹用于捕获其间的组织。所述至少一个手术器械安装到所述机器人臂。在医疗操作期间，手术器械被插入到患者的小切口(例如，通过插管)或自然孔道中，以将手术器械定位在患者体内的工作部位。在使用机器人手术系统之前或期间，选择手术器械并将其连接到每个机器人臂的器械驱动单元。为了完成正确的安装，手术器械的某些连接部件必须配合地接合到器械驱动单元的相应的连接部件。一旦这些部件被配合地接合，器械驱动单元就会驱动手术器械的致动。当手术器械由驱动单元驱动时，手术器械的顶端受到力和扭矩。传统的机器人手术系统通过将传感器置于由机器人臂(或机器人末端执行器)保持的手术器械的顶端处来测量手术器械的顶端上的力和扭矩。该方法需要通过穿过手术器械进行布线并穿出某种形式的连接器来修改手术器械以将传感器并入到手术器械中，尤其在手术器械的顶端附近。该方法增加了手术器械的复杂性和成本。因此，需要不将传感器直接置于手术器械的顶端上而感测或确定手术器械的顶端处的状况。
技术实现思路
根据本公开的一个方案，提供了一种机器人手术系统。所述机器人手术系统包括进入端口和手术器械，所述进入端口包括并入其中的多个第一传感器，所述进入端口固定在组织内，所述手术器械具有末端执行器，所述末端执行器用于与所述机器人手术系统的机器人臂一起使用并连接到所述机器人臂，所述手术器械包括至少一个轴。第一传感器被配置为：当所述轴被插入穿过进入端口时，测量组织与进入端口之间的至少一个荷载参数。在一些实施例中，第一传感器将指示至少一个荷载参数的信号传输到机器人手术系统的处理单元。信号的传输可以无线地或通过电线进行，并且所述传输可以连续地和实时地进行。在本公开的方案中，所述至少一个荷载参数与施加在手术器械的末端执行器的顶端处的力或扭矩中的至少一个相关。在本公开的另一方案中，机器人手术系统包括多个第二传感器，所述第二传感器用于测量附接到机器人手术系统的机器人臂的手术器械上的力或扭矩中的至少一个。从多个第一传感器和第二传感器接收的测量结果经结合来估计手术器械的末端执行器的顶端处的荷载。在一些情况下，手术器械的末端执行器的顶端处的估计荷载被实时地提供给用于向用户传送触觉反馈的触觉反馈接口。所述触觉反馈响应于与估计荷载相关的特定事件、偶发事件或操作特性而在强度上增大或减小。在一些实施例中，由机器人手术系统的控制装置的至少一个电动机控制末端执行器和/或使末端执行器关节式运动，所述至少一个电动机被配置为接收来自多个第一传感器和第二传感器的信号，以连续地和实时地调节施加在手术器械的末端执行器的顶端处的荷载。根据本公开的另一方案，提供了一种手术进入端口。手术进入端口包括：主体构件，其具有近端和远端，所述主体构件的一部分固定在组织内；以及多个传感器，所述多个传感器嵌入在主体构件内，所述多个传感器被配置成测量组织与手术进入端口之间的至少一个荷载参数。在一些实施例中，多个传感器将指示至少一个荷载参数的信号传送到机械地连接到手术器械的机器人手术系统的处理单元。信号的传输可以无线地或通过电线进行，并且所述传输可以连续地实时进行。还描述了一种用于估计安装在机器人手术系统的机器人臂上的手术器械的末端执行器的顶端处的荷载的方法。该方法可以包括：根据从传感器接收的传感器数据来量化手术器械进入端口的进入端口荷载，所述传感器位于手术患者的联接到所述手术器械进入端口的组织与所述手术器械的在所述进入端口中的轴之间。至少部分地基于所测量到的进入端口荷载来调整所述手术器械的末端执行器处的所确定的顶端荷载。指示进入端口荷载的信号可以从第一传感器通过电线或无线地传输到机器人手术系统的处理单元。信号的传输可以连续地和实时地进行。进入端口荷载可以与施加在手术器械的末端执行器的顶端处的力或扭矩中的至少一个相关。可以根据机器人手术系统的机器人臂中的第二传感器的传感器数据来量化附接到机器人手术系统的机器人臂的手术器械上的力和/或扭矩。从第一传感器和第二传感器接收的量化结果可以经结合来计算手术器械的末端执行器的顶端处的估计荷载。手术器械的末端执行器的顶端处的估计荷载可以实时地提供给用于向用户传送触觉反馈的触觉反馈接口。附图说明当前公开的方法和装置的对象和特征在参照附图来理解其各种实施例的描述时对于本领域普通技术人员将变得显而易见，其中：图1是根据本公开的实施例的机器人手术系统的示意图；图2是根据本公开的实施例的插入穿过嵌入有一个或多个传感器的进入端口的手术器械的示意图；图3A是根据本公开的实施例的进入端口的示意图，所述进入端口具有并入在进入端口的内表面上并且与机器人手术系统的处理单元通信的多个传感器；图3B是根据本公开的实施例的进入端口的示意图，所述进入端口具有并入在进入端口的壁内并且与机器人手术系统的处理单元通信的多个传感器；和图4是示出根据本公开的另一实施例的手术器械的示意图，所述手术器械接近具有嵌有一个或多个传感器的进入端口，所述手术器械附接到机器人手术系统的机器人臂。具体实施方式微创操作可以定义为比用于相同目的的开放手术侵入性更小的任何手术。如在本说明书中使用的，“内窥镜手术”是描述穿过若干小的经皮切口实现进入体腔形式的微创手术的通用术语。虽然内窥镜手术是一个通用术语，但“腹腔镜”和“胸腔镜”分别描述腹腔和胸腔内的内窥镜手术。在微创操作中使用的器械的一些实例包括抓紧器、切割器、手术钳、解剖器、密封器、分隔器或适用于所关注的解剖结构的区域的其它工具。现在将参照附图详细描述当前公开的装置的实施例，其中在若干视图的每一个视图中相同的附图标记指示相同或相应的元件。如本文所使用的，术语“远侧”是指工具或其部件的较远离使用者的那部分，而术语“近侧”是指工具或其部件的较靠近使用者的那部分。现在将详细参考本公开的实施例。虽然将要描述本公开的某些实施例，但是将理解的是，并不旨在将本公开的实施例限于那些所描述的实施例。相反，参考本公开的实施例旨在覆盖可以包括在本公开的实施例的由所附权利要求限定的精神和范围内的替代形式、变型形式和等同形式。图1是根据本公开的实施例的机器人手术系统的示意图。医疗工作站总体地示出为工作站1，并且通常包括多个机器人臂2、3、控制装置4和与该控制装置4联接的操作控制台5。操作控制台5包括：显示装置6，其尤其被设置为显示三维图像；以及手动输入装置7、8，如本领域技术人员原则上已知的，例如外科医生的人员(未示出)通过该手动输入装置能够在第一操作模式下遥控操作机器人臂2、3。显示装置6可以通过电线或以无线方式“B”从至少一个手术器械100接收数据或信息。根据本文描述的若干实施例中的任意一个实施例，机器人臂2、3中的每一个机器人臂包括通过关节连接的多个构件和可以附接有具有末端执行器的手术器械100的附接装置9、11，这将在下面更详细地描述。机器人臂2、3可以由连接到控制装置4的电驱动器(未示出)来驱动。控制装置4(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：进入端口，其包括并入其中的多个第一传感器，所述进入端口固定在组织内；和手术器械，其具有用于与所述机器人手术系统的机器人臂一起使用并连接到所述机器人手术系统的所述机器人臂的末端执行器，所述手术器械至少包括轴；其中，所述多个第一传感器被配置为：当所述轴被插入穿过所述进入端口时，测量组织与所述进入端口之间的至少一个荷载参数。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.10.24 US 62/068,0401.一种机器人手术系统，其包括：进入端口，其包括并入其中的多个第一传感器，所述进入端口固定在组织内；和手术器械，其具有用于与所述机器人手术系统的机器人臂一起使用并连接到所述机器人手术系统的所述机器人臂的末端执行器，所述手术器械至少包括轴；其中，所述多个第一传感器被配置为：当所述轴被插入穿过所述进入端口时，测量组织与所述进入端口之间的至少一个荷载参数。2.根据权利要求1所述的机器人手术系统，其中，所述多个第一传感器将指示所述至少一个荷载参数的信号传输到所述机器人手术系统的处理单元。3.根据权利要求2所述的机器人手术系统，其中，所述信号的传输无线地并且连续地实时进行。4.根据权利要求1所述的机器人手术系统，其中，所述至少一个荷载参数与施加在所述手术器械的所述末端执行器的顶端处的力或扭矩中的至少一个相关。5.根据权利要求1所述的机器人手术系统，其中，所述机器人手术系统的所述机器人臂包括多个第二传感器，所述第二传感器用于测量附接到所述机器人手术系统的所述机器人臂的所述手术器械上的力或扭矩中的至少一个。6.根据权利要求5所述的机器人手术系统，其中，从所述多个第一传感器和第二传感器接收的测量结果经结合来估计所述手术器械的所述末端执行器的顶端处的荷载。7.根据权利要求6所述的机器人手术系统，其中，所述手术器械的所述末端执行器的所述顶端处的估计荷载被实时地提供给用于向用户传送触觉反馈的触觉反馈接口。8.根据权利要求7所述的机器人手术系统，其中，所述触觉反馈响应于与所述估计荷载相关的特定事件、偶发事件或操作特性而在强度上增大或减小。9.根据权利要求8所述的机器人手术系统，其中，由所述机器人手术系统的控制装置的至少一个电动机控制所述末端执行器和/或使所述末端执行器关节式运动，所述至少一个电动机被配置成接收来自所述多个第一传感器和第二传感器的信号，以连续地和实时地调节施加在所述手...

【专利技术属性】
技术研发人员：德怀特·梅格兰，
申请(专利权)人：柯惠LP公司，
类型：发明
国别省市：美国,US