机器人显微手术组件制造技术

技术编号:23102380 阅读:26 留言:0更新日期:2020-01-14 21:15
机器人手术组件(1)包括从操作手(3),从操作手包括执行器(25)、与所述执行器(25)相连的推动装置(53)、检测所述推动装置(53)上的接触力的传感器(71、72)、位置感测系统、无菌屏障(55)、配置成接收关于所述传感器的信息以控制所述执行器(25)的至少一个控制单元(4)、手术器械(70),所述手术器械(70)由所述从操作手(3)操作并且可拆卸地附接到所述从操作手上,并通过所述无菌屏障(55)与所述从操作手(3)分开。所述手术器械(70)还包括框架(52)、相对于所述框架(52)铰接在关节上的连接件(6、7、8、43)、与所述执行器(25)相关联的肌腱(19)、传动装置(54)及弹性装置(56),其中,所述肌腱(19)具有肌腱近端部(26)和肌腱远端部(27),所述肌腱远端部固定在所述连接件(6、7、8、43)上;所述传动装置(54)与所述肌腱近端部(26)接触以在所述肌腱(19)上施加牵引动作;所述传动装置(54)被联接装置约束以相对于所述框架(52)具有单一的运动自由度;所述弹性装置(56)附接在所述传动装置(54)上;其中,每当所述手术器械(70)附接到所述从操作手上时:所述推动装置(53)可释放地且选择性地与所述传动装置(54)连接以将推动动作通过所述无菌屏障(55)传递给所述传动装置(54);所述传感器(71,72)检测所述推动装置(53)与所述传动装置(54)之间的接触力;所述弹性装置(53)使所述传动装置(54)远离所述推动装置(53)地对其进行偏置,以在所述肌腱(19)上施加牵引动作。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】机器人显微手术组件
本专利技术的目的在于提供一种机器人手术组件。本专利技术涉及一种包括从操作手和手术器械的机器人显微手术组件。本专利技术还涉及控制手术器械的方法。
技术介绍
包括终端接有手术器械的多关节型机械臂的用于外科手术或显微外科手术的机器人组件在本领域是已知的。例如,文献US-7155316公开了一种用于在磁共振成像(MRI)指导下进行脑显微外科手术的机器人组件,包括基于MRI的图像采集系统和两条多关节型臂,每条具有三个具有纵轴的旋转关节以避免直接重力载荷(如文献US7155316的图7所示),每个旋转关节与其各自的末端执行器相连,该些末端执行器被赋予内部运动自由度以进行抓握。还值得注意的是,执行主要的手术原语(例如,组织拉紧和吻合口缝合)需要使手术器械尖端沿较大空间椎方向定向及使器械绕其纵轴侧倾的能力,例如,以与人手在腕关节和肘关节处接合的类似方式用针保持器械的尖端引导针穿过组织。包括遥操作的主-从系统的用于外科手术或显微外科手术的机器人组件通常是已知的,例如,如文献US-6963792中所述;更具体地,US-6385509和US-2014-0135794的显微外科手术应用描述了手术器械尖端的运动的运动学解决方案,其需要连续运动链上的堆满手术区的多个关节的协作。当与器械尖端用关节连接的关节远离尖端本身时,这种妨碍效应会越来越明显。此外,当在距离皮肤表面仅10厘米的病变内的手术部位中时,所述显微手术系统不允许器械尖端充分运动,更具体来说,是不允许其进行充足的重新定向。采用机器人技术可以带来巨大的益处,既可以使器械高度小型化,还可以扩大在手术区中运动的范围,由此消除了生理学震颤的影响,同时减轻了手工作业。例如,在对包括小直径脉管和神经的生物组织进行重建的若干阶段进行显微外科手术,例如,在执行血管吻合时。进行此类手术是为了在出现创伤性病变或对组织进行手术摘除产生的病变后重建身体结构、重新接上断肢以及使组织重新血管化,鉴于表面病灶的预先存在,所有这些都是在开放式手术装置中进行的。在移植手术、神经外科或血管外科手术,以及在眼部周围和眼内部的手术及在内耳的手术(如,在人工耳蜗的情况下)中均可以发现应用显微外科技术的其它示例。此外,心脏搭桥的突出外科手术包括冠状动脉吻合的关键步骤。在其它外科技术中也需要器械小型化,例如,在以限制手术器械在生物组织上的侵入力为目的的腹腔镜手术和内窥镜手术等微创手术中。对于腹腔镜手术,本领域已知的技术方案不能令人满意地使在单切口腹腔镜手术或单孔手术中采用的腹腔镜器械的直径小型化。此外,值得注意的是,微创手术(MIS)中通常采用的内窥镜具有直径为1~3.2mm的器械通道。这样的尺寸限制了当前可通过内窥镜器械通道的手术仪器的功能性,其当前通常仅能够进行抓握动作。因此,迫切需要将用于机器人手术的手术器械小型化。文献US-6951535公开了一种医疗器械,包括安装在机器人组件上的末端执行器(图6)。通过可推拉的杆使动作沿着器械轴传递到末端执行器,单个执行器通过适配器与该杆双向接合以将推力和拉力都传递至关节。力传感器感测由执行器传递至杆的力。尽管这些杆具有超过肌腱的可同时传递推力和拉力且不需要张紧构件的优点,但是这些杆相对于线缆具有不能通过例如肌腱可以通过的急转弯和陡然弯曲的关节布设的缺点,使得所提出的方案不适于驱动诸如腕关节等微型关节子组件。例如,US-9173713公开了一种医疗器械,具体而言是一种导管,其由牵引线致动,包括张力传感器,用于控制由执行器施加给该些牵引线的力。通入导管内腔中的牵引线相对于肌腱具有不需要张紧构件的优点。另一方面,牵引线不能通过例如肌腱能够通过的急转弯和陡然弯曲的接头布设,使得所提出的方案不适于驱动诸如腕关节等微型关节子组件。此外,US-5797900在图6和图7中公开了一种手术器械的线缆驱动系统。该系统包括通过由绞盘或驱动轮组成的摩擦驱动器直接作用于线缆的执行器。该线缆经过提供线缆预张力的后张紧轮。通过摩擦驱动器直接作用于线缆的执行器不允许器械与执行器分离,也不允许在执行器和器械之间引入无菌屏障。此外,摩擦驱动器具有总是使执行器和线缆之间存在一定打滑的缺点。打滑对精确控制手术器械远端关节的位置的能力产生负面影响,当手术器械具有例如低于5mm的较小直径时这种影响更大。文献US-6331181公开了一种包括无菌盖布和无菌适配器的机器人手术器械以及一种包括由肌腱驱动的铰接的远端关节的手术器械。该文献在图4B中描述了一种不具有任何肌腱张紧装置的肌腱驱动系统。该方案的缺点是在器械中的肌腱松开其预张力或预载荷时其不能消除执行器和远端关节之间的空转。失去预紧力对于钢缆是显著的,对于用于在张力下随时间拉伸或蠕变的肌腱的器械的整个使用寿命更显著,例如,聚合物线缆。这种影响可通过在组装器械时对肌腱施加较大的预张力来减轻,但是较大的预张力又会增加铰接的远端关节处的摩擦,损害其运动精度,尤其是在器械远端关节具有较小尺寸的情况下。因此,所公开的方案不适于致动具有直径小于5mm的远端关节的显微器械或使用聚合物肌腱的器械。国际专利申请WO-2012-068156公开了一种用于医疗器械的肌腱驱动系统,包括通过肌腱和移动滑轮装置的差动机构。所提出的方案缺乏吸收肌腱松弛或向肌腱提供张力的装置,并且不能消除器械中肌腱松开其预张力时出现在执行器和远端关节之间的空转。文献US-2015-0209965公开了一种包括铰接的远端关节的肌腱驱动式医疗器械。机器人组件包括执行器组。该器械包括与执行器组相连的耦合单元。所述器械的耦合单元包括感测肌腱张力的传感器。所述器械的耦合单元还包括附接至电机轴上的卷轴,当器械安装在机器人组件上时,所述卷轴可以吸收线缆上的松弛。所提出的方案的缺点是将所述张力传感器定位在器械耦合单元内,增加了可以舍弃的部件的成本。当器械从执行器分离后,没有提供预张紧肌腱和吸收肌腱松弛的装置。这样的方案不能被需要吸收肌腱松弛以正常工作的肌腱驱动系统采用,例如,在负载下肌腱易于蠕变或拉伸的情况下。此外,WO-2017-015599公开了一种包括铰接的远端关节的肌腱驱动式医疗器械。该器械提供了一种适于将力从执行器传递至肌腱的传动装置,该些肌腱包括执行器单侧接合在其上的输入指。所提出的单侧接合方式具有允许使用连续薄片(其具有覆盖输入指的波纹管)形式的简单无菌屏障的优点。另一方面,其并没有公开对肌腱进行预张紧并在器械与执行器分离后吸收肌腱松弛的装置。这样的方案不能被需要肌腱中具有最小预载荷以实现正常功能的肌腱驱动系统采用,例如,在负载下肌腱易于蠕变或拉伸的情况下。US-2014-0128849公开了医疗器械的多种肌腱驱动系统,其包括由绞盘构成的摩擦驱动器,该绞盘借由摩擦将力传递至肌腱。该文献公开了一种位于执行器和绞盘之间的接合机构,以允许移除器械并通过无菌屏障将执行器保持在无菌区域之外。当器械未附接至执行器上时向肌腱提供预张力的多种解决方案都是基于连接在器械框架和肌腱之间的弹簧元件,或者,这些方案是向肌腱在其上布线的预张紧轮提供本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.机器人手术组件(1),包括:/n-从操作手(3),其包括:/n-执行器(25);/n-至少一个推动装置(53),其与所述执行器(25)相连;/n-至少一个传感器(71,72),其检测所述推动装置(53)上的接触力;/n-位置感测系统;/n-无菌屏障(55);/n-至少一个控制单元(4),其配置成接收关于所述传感器的信息以控制所述执行器(25);/n-手术器械(70),其由所述从操作手(3)操作,可拆卸地附接到所述从操作手上,并且通过所述无菌屏障(55)与所述从操作手(3)分开;/n所述手术器械(70)还包括:/n-框架(52);/n-连接件(6,7,8,43),相对于所述框架(52)铰接在关节(14,17)上;/n-肌腱(19),其与所述执行器(25)相关联,具有肌腱近端部(26)和肌腱远端部(27),所述肌腱远端部(27)固定在所述连接件(6,7,8,43)上;/n-至少一个传动装置(54),其与所述肌腱近端部(26)接触以在所述肌腱(19)上施加牵引动作;所述传动装置(54)由联接装置(93)约束以相对于所述框架(52)具有单一的运动自由度;/n-至少一个弹性装置(56),其附接在所述器械框架(52)与所述传动装置(54)之间;/n其中,每当所述手术器械(70)附接到所述从操作手上时:/n-所述至少一个推动装置(53)可释放地且选择性地与所述传动装置(54)连接以将推动动作通过所述无菌屏障(55)传递给所述传动装置(54);/n-所述至少一个传感器(71,72)检测所述推动装置(53)与所述传动装置(54)之间的接触力;/n-所述至少一个弹性装置(53)使所述至少一个传动装置(54)远离所述推动装置(53)地对其进行偏置,以在所述肌腱(19)上施加牵引动作。/n...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170414 IT 1020170000421161.机器人手术组件(1),包括:
-从操作手(3),其包括:
-执行器(25);
-至少一个推动装置(53),其与所述执行器(25)相连;
-至少一个传感器(71,72),其检测所述推动装置(53)上的接触力;
-位置感测系统;
-无菌屏障(55);
-至少一个控制单元(4),其配置成接收关于所述传感器的信息以控制所述执行器(25);
-手术器械(70),其由所述从操作手(3)操作,可拆卸地附接到所述从操作手上,并且通过所述无菌屏障(55)与所述从操作手(3)分开;
所述手术器械(70)还包括:
-框架(52);
-连接件(6,7,8,43),相对于所述框架(52)铰接在关节(14,17)上;
-肌腱(19),其与所述执行器(25)相关联,具有肌腱近端部(26)和肌腱远端部(27),所述肌腱远端部(27)固定在所述连接件(6,7,8,43)上;
-至少一个传动装置(54),其与所述肌腱近端部(26)接触以在所述肌腱(19)上施加牵引动作;所述传动装置(54)由联接装置(93)约束以相对于所述框架(52)具有单一的运动自由度;
-至少一个弹性装置(56),其附接在所述器械框架(52)与所述传动装置(54)之间;
其中,每当所述手术器械(70)附接到所述从操作手上时:
-所述至少一个推动装置(53)可释放地且选择性地与所述传动装置(54)连接以将推动动作通过所述无菌屏障(55)传递给所述传动装置(54);
-所述至少一个传感器(71,72)检测所述推动装置(53)与所述传动装置(54)之间的接触力;
-所述至少一个弹性装置(53)使所述至少一个传动装置(54)远离所述推动装置(53)地对其进行偏置,以在所述肌腱(19)上施加牵引动作。


2.根据权利要求1所述的机器人手术组件(1),其中,所述从操作手(3)包括:
-至少一个第二推动装置(153),用作拮抗推动装置(153);
-至少一个第二执行器(25),与所述拮抗推动装置(153)相连;
-至少一个第二传动装置(154),用作拮抗传动装置(154);
-第二力传感器(72);
其中,所述手术器械(70)包括至少一个用作拮抗肌腱(20)的第二肌腱(20)和附接在所述第二传动装置(154)上的第二弹性装置(156),每当所述手术器械(70)附接到所述从操作手(3)上时,所述拮抗推动装置(153)可释放地且选择性地与所述拮抗传动装置(153)连接以将推动动作通过所述无菌屏障(55)传递给所述拮抗传动装置(154);和/或
所述第二传感器(72)检测所述拮抗推动装置(153)和所述拮抗传动装置(154)之间的接触力;和/或
所述拮抗弹性装置(156)使所述拮抗传动装置(154)远离所述拮抗推动装置(153)地对其进行偏置,以在所述拮抗肌腱(20)上施加牵引动作;和/或
所述肌腱(19)和所述拮抗肌腱(20)向连接件(6、7、8、43)提供相反运动。


3.根据权利要求1或2所述的机器人手术组件(1),其中,所述推动装置(53)选择性地与至少一个传动装置(54)连接以通过所述无菌屏障与所述传动装置(54)之间的单侧接合装置传递所述推动动作(75)。


4.根据前述任一权利要求所述的机器人手术组件(1),其中,所述无菌屏障(55)包括可伸缩无菌盖布(77),当所述推动装置(53)连接至所述传动装置(54)以传递所述推动动作(75)时,所述可伸缩无菌盖布(77)的一部分被捕获在所述推动装置(53)和所述传动装置(54)之间。


5.根据前...

【专利技术属性】
技术研发人员:马西米利亚诺·西米朱塞佩·玛丽亚·普里斯科切萨雷·史蒂芬妮
申请(专利权)人:医疗显微器具股份公司
类型:发明
国别省市:意大利;IT

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