机器人显微手术组件制造技术

机器人显微手术组件(1)，包括至少一个适于检测人工指令的主工具(2)、至少一个从操作手(3)、至少一个由所述至少一个从操作手(3)操作的手术器械(70)、至少一个控制单元(4)，至少一个控制单元(4)用于接收至少一个包括关于所述人工指令的信息的第一指令信号并将第二指令信号发送至至少一个执行器以控制所述从操作手(3)；其中，所述手术器械包括至少一个关节型子组件(5)，所述关节型子组件(5)包括第一连接件(6)、第二连接件(7)和第三连接件(8)，第一连接件结构体(9)和第二连接件结构体(10)包括至少一个肌腱接触表面(18)，避免所述至少一个肌腱接触表面(18)是孔表面。

Robot microsurgery module

【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。具体而言，本专利技术涉及一种机器人显微手术组件。本专利技术涉及包括主工具和手术器械的类型的机器人显微手术组件。本专利技术还涉及一种手术器械以及用于机器人手术的从组件。
技术介绍
在主-从模式下的机器人辅助或机器人手术中，外科医生通常操作主工具来控制手术器械的运动。主工具(“主手”)会检测外科医生手部的动作。主工具可以与包括执行器的主工具操作手相连以在主工具上提供定位和力反馈。该些主工具与从操作手(“从手”)联接，从操作手包括执行器，其操纵、在内部用关节连接、更一般而言操作医疗或手术器械。这种医疗器械可与从手连接并断开连接。在从手和医疗器械之间通常设置无菌屏障。包括操作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MRI(磁共振成像)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，每条臂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，组织张紧和吻合口缝合)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旋转(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。包括遥控主-从系统的用于外科手术或显微外科手术的机器人组件是众所周知的，例如，如US-6963792中所述，具体用于显微外科手术应用的如US-6385509和US-2014-0135794，其公开了用于使手术器械尖端运动的运动学解决方案，即需要位于一连续运动链上的多个关节的协作，所公开的运动链会使手术区域杂乱。当铰接器械尖端的关节离尖端本身较远时，这种妨碍作业会变得越来越明显。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，由此消除了生理性震颤的影响，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。US-5710870公开了双关节型关节的一种示例，其连接两个相邻的机器人构件，并且，这种双关节型关节适于向通过所述双关节型关节连接的所述两个相邻机器人构件提供单个自由度。包括适于在患者身上作业的关节型子组件的医疗器械在本领域中是众所周知的。例如，WO-2010-009221公开了一种机器人手术器械，其包括远端关节型子组件，其利用四根致动线缆能够提供三个运动自由度，分别是纵摇(pitch)、垂摇(yaw)和抓握。这种线缆在位于铰接式装置本体内的导向通道或护套内滑动。所述技术方案限制了机器人铰接式装置的微型化，这是因为导向通道表面与在其内滑动的线缆之间的摩擦限制了铰接式装置可实现的定位精度。如本领域中已知的，当医疗器械的物理尺寸减小时，就是出现与相较于体积力占主导地位的表面力(如，摩擦力)的相关性的增加相关的困难。这种现象需要诉诸于使摩擦力减小同时使机械空转降到最小的技术方案。铰接式装置定位精度的丧失是使铰接式器械进一步微型化的主要技术障碍，这是因为随着微型化，驱动构件(肌腱)的刚度以其直径的二次幂下降，从而使其更难克服摩擦，难以实现器械尖端的准确定位。此外，这种技术方案需要肌腱导向系统包括围绕线缆的通道和导向表面，这就使纵摇和垂摇连接件以及器械轴很难利用已知的制造方法(例如，注射成型和机加工)微型化，并且很容易使多个位置出现机械性弱点。为了简化手术器械的微型化，所述文献WO-2010-009221指出了将与三个自由度相关联的致动肌腱终端的数量从6个减少到4个的有利机会，利用终止在垂摇连接件上的线缆施加在纵摇连接件上的转矩的致动(参见所引用文献的图4-A)，为此需要借助于包括多个齿轮的运动机构选择性地拉动和释放这些线缆。此外，此专利文献中所述的驱动系统要求致动肌腱的每个端部都要附接到绞盘上，绞盘选择性地缠绕肌腱，从而引起拉动操作。众所周知，所述绞盘和所述齿之类的机械部件的存在容易受到空转的影响，导致难以驱动微型关节，这是因为驱动系统中的空转会在关节处转化为角游隙，该角游隙会随着关节型装置变小而增大。所述驱动系统也不适于在致动线缆上保持较低的预载荷以进一步限制摩擦和磨损。此外，该专利文献所述的用于肌腱末端的技术方案包括用于将肌腱捕获在一些区段中的曲折路径。这种技术方案需要使用足以耐受此类捕获的线缆，例如，钢缆或直径大于其他技术所要求的线缆。例如，US-2002-128661公开了通过设置在器械轴中的导向孔布设的致动线缆，其中，每个致动线缆的远端部都接触单个连接件，并且牢固地固定在其上。US-6676684给出了另一类似例子。US-6371952、US-6394998和WO-2010-005657公开了用于手术器械的致动线缆的其它例子，这些致动线缆适于在被拉动或推动时在例如在滑轮侧表面上获得的护套或导向通道内滑动。具体来说，后一文献公开了这样一种技术方案：致动线缆沿着它们绕滑轮行进时穿过的轨迹，该些滑轮包括导向通道以避免这些线缆彼此干扰，这种情况限制了例如在将一个肌腱捆到另一个肌腱上或使其滑动到另一个肌腱上的情况下其将动作传递给铰接装置的功效。设置惰轮，其直径须接近器械直径的一半(如所引用的文献WO-2010-005657中的图4所示)，并且将其与连接件、具体与连接件的主结构体(例如，与器械轴成一体的连接件)、或与纵摇连接件附接，以引导肌腱通过，是微型化的重要障碍。此外，设置槽和壁实现用于致动线缆的通道是使医疗或手术器械的轴或套管直径微型化的另一障碍。US-2003-0034748公开了一种适于将手术器械的直径减小到5.1mm的技术方案。预知该器械要使用一系列用作椎骨的圆盘，提供本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.机器人显微手术组件(1)，包括：/n-至少一个主工具(2)，适于检测人工指令；/n-至少一个从操作手(3)；/n-至少一个手术器械(70)，其由所述至少一个从操作手(3)操作；/n-至少一个控制单元(4)，配置成接收至少一个包括关于所述人工指令的信息的第一指令信号，并将第二指令信号发送至至少一个执行器以控制所述从操作手(3)；/n其中，所述手术器械(70)包括至少一个关节型子组件(5)；/n并且，其中，所述关节型子组件(5)包括第一连接件(6)、第二连接件(7)和第三连接件(8)；/n并且，其中：/n-所述第一连接件(6)由第一连接件结构体(9)构成，所述第一连接件结构体(9)为单件；/n-所述第二连接件(7)由第二连接件结构体(10)构成，所述第二连接件结构体(10)为单件；/n-所述第三连接件(8)由第三连接件结构体(11)构成，所述第三连接件结构体(11)为单件；/n并且，其中：/n-所述第一连接件结构体(9)包括形成第一关节近端部的第一连接件远端部(12)，所述第二连接件结构体(10)包括形成第一关节远端部的第二连接件近端部(13)，所述第一连接件远端部(12)和所述第二连接件近端部(13)配合以至少部分地形成第一关节(14)，所述第一关节(14)在所述第一连接件(6)和所述第二连接件(7)之间提供单个自由度；/n-所述第二连接件结构体(10)还包括形成第二关节近端部的第二连接件远端部(15)，所述第三连接件结构体(11)包括形成第二关节远端部的第三连接件近端部(16)，所述第二连接件远端部(15)和所述第三连接件近端部(16)配合以至少部分地形成第二关节(17)，所述第二关节(17)在所述第二连接件(7)和所述第三连接件(8)之间提供单个自由度；/n并且，其中，所述手术器械(70)包括至少三个肌腱，所述至少三个肌腱中的每个肌腱包括：/n-肌腱近端部(26)，与所述至少一个执行器(25)相关联；/n-肌腱远端部(27)，固定至所述第二连接件(7)或所述第三连接件(8)并在其上延伸；/n-肌腱中间部(28)，在所述肌腱近端部(26)和所述肌腱远端部(27)之间延伸；/n并且，其中，所述肌腱中的至少两个的所述肌腱中间部(28)仅在所述第一连接件结构体(9)的所述至少一个肌腱接触表面(18)上和所述第二连接件结构体(10)的所述至少一个肌腱接触表面(18)上接触所述关节型子组件(5)；/n并且，其中，所述第一连接件结构体(9)和所述第二连接件结构体(10)包括所述至少一个肌腱接触表面(18)，避免所述至少一个肌腱接触表面(18)为孔表面。/n...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170414 IT 1020170000419801.机器人显微手术组件(1)，包括：
-至少一个主工具(2)，适于检测人工指令；
-至少一个从操作手(3)；
-至少一个手术器械(70)，其由所述至少一个从操作手(3)操作；
-至少一个控制单元(4)，配置成接收至少一个包括关于所述人工指令的信息的第一指令信号，并将第二指令信号发送至至少一个执行器以控制所述从操作手(3)；
其中，所述手术器械(70)包括至少一个关节型子组件(5)；
并且，其中，所述关节型子组件(5)包括第一连接件(6)、第二连接件(7)和第三连接件(8)；
并且，其中：
-所述第一连接件(6)由第一连接件结构体(9)构成，所述第一连接件结构体(9)为单件；
-所述第二连接件(7)由第二连接件结构体(10)构成，所述第二连接件结构体(10)为单件；
-所述第三连接件(8)由第三连接件结构体(11)构成，所述第三连接件结构体(11)为单件；
并且，其中：
-所述第一连接件结构体(9)包括形成第一关节近端部的第一连接件远端部(12)，所述第二连接件结构体(10)包括形成第一关节远端部的第二连接件近端部(13)，所述第一连接件远端部(12)和所述第二连接件近端部(13)配合以至少部分地形成第一关节(14)，所述第一关节(14)在所述第一连接件(6)和所述第二连接件(7)之间提供单个自由度；
-所述第二连接件结构体(10)还包括形成第二关节近端部的第二连接件远端部(15)，所述第三连接件结构体(11)包括形成第二关节远端部的第三连接件近端部(16)，所述第二连接件远端部(15)和所述第三连接件近端部(16)配合以至少部分地形成第二关节(17)，所述第二关节(17)在所述第二连接件(7)和所述第三连接件(8)之间提供单个自由度；
并且，其中，所述手术器械(70)包括至少三个肌腱，所述至少三个肌腱中的每个肌腱包括：
-肌腱近端部(26)，与所述至少一个执行器(25)相关联；
-肌腱远端部(27)，固定至所述第二连接件(7)或所述第三连接件(8)并在其上延伸；
-肌腱中间部(28)，在所述肌腱近端部(26)和所述肌腱远端部(27)之间延伸；
并且，其中，所述肌腱中的至少两个的所述肌腱中间部(28)仅在所述第一连接件结构体(9)的所述至少一个肌腱接触表面(18)上和所述第二连接件结构体(10)的所述至少一个肌腱接触表面(18)上接触所述关节型子组件(5)；
并且，其中，所述第一连接件结构体(9)和所述第二连接件结构体(10)包括所述至少一个肌腱接触表面(18)，避免所述至少一个肌腱接触表面(18)为孔表面。


2.根据权利要求1所述的机器人显微手术组件(1)，其中：
所述第一连接件结构体(9)、所述第二连接件结构体(10)和所述第三连接件结构体(11)中的每一个都包括至少一个肌腱接触表面(18)。


3.根据权利要求1或2所述的机器人显微手术组件(1)，其中，每个肌腱接触表面(18)是由多条直线形成的直纹面，和/或所述多条直线全部平行于关节轴线(X-X、Y-Y)。


4.根据前述任一权利要求所述的机器人显微手术组件(1)，其中，所述肌腱接触表面(18)是所述连接件结构体(9、1...

【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，
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