用于机器人手术系统的主控制器组件和方法技术方案

用于机器人手术系统的主控制器组件(202)，该机器人手术系统还包括：至少一个从动机器人组件(203)，该从动机器人组件包括能够提供位于预限定的从动夹持平面(218)中的具有夹持自由度的运动的从动手术夹持装置(217)；以及控制单元(205)；其中，所述主控制器组件(202)包括至少便携的手持式主输入工具(206)，所述主控制器组件(202)操作性地连接到所述从动机器人组件(203)；所述主输入工具(206)包括主工具本体(209)；所述主工具本体(209)包括至少一个待操纵表面(210)，所述待操纵表面被设计成通过外科医生的手指(211、212)被手持，所述主输入工具(206)没有机械地受约束于所述从动机器人组件(203)，所述至少一个待操纵表面(210)是凸状表面，所述主输入工具(206)包括夹持命令检测器装置(213)；包括的所述操作部分(214)包括适合于面向外科医生的手指(211、212)的至少一个操作表面(215)，通过所述手动命令能够操作所述操作部分(214)，所述手动命令是施加在操作表面(214)的任何点处的径向导向的压力作用(216)；所述主输入工具(206)包括至少一个感测组件(222)，所述至少一个感测组件检测所述径向导向的压力作用(216)，使得施加在所述操作表面(215)的任何点处的所述径向导向的压力作用(216)确定所述手术从动夹持装置(217)的成对的从动夹持运动作用(221)，所述手术夹持装置(217)的所述成对的夹持运动位于所述预限定的从动夹持平面(218)中。所述预限定的从动夹持平面(218)中。所述预限定的从动夹持平面(218)中。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于机器人手术系统的主控制器组件和方法


[0001]本专利技术的目的是用于机器人手术系统的主控制器组件。
[0002]本专利技术还涉及机器人手术系统。
[0003]本专利技术还涉及控制机器人手术系统的方法。

技术介绍

[0004]包括主对接件和从动(slave，从属、辅助、附属)手术工具的机器人手术组件在本领域中通常是已知的。具体地，已知类型的机器人手术组件包括能够控制从动手术端部执行器(effector，效应器)的运动的主控制站，如在文件US-5876325中所示的。该文件公开了一种非便携式、机器人悬挂的铰接附件，其被悬挂至固定地约束于主控制站的梁，所述附件包括主工具以控制在患者身体(anatomy：解剖体、人体、解剖学结构)上进行操作的从动手术端部执行器。
[0005]例如在文件US-6424885和US-6594552中示出了类似的非便携式机器人握持的主工具的方案，其中，充当主工具以控制从动手术端部执行器的主控制站的附件包括被严格约束至主控制站的附件本体。运动传递到从动端部执行器是基于对机械应力的检测，该机械应力是通过在不同空间方向上推动主控制站的附件本体而引起的。这样的附件本体可以与一对相反的鳍片相关联，所述鳍片中的每一个在其端部之一上被约束到附件本体，以此方式形成悬臂式鳍片，适合于接收针对启用从动端部执行器的夹持自由度的手动命令。
[0006]但是，以上描述类型的非便携式、机器人悬挂的或机器人握持的主工具方案表现出一些缺点。机械地约束到机器人手术组件的主控制站的这种控制附件的设置强烈地限制了在手术期间外科医生的自然运动自由度，并迫使外科医生在预限定的位置进行操作，从该预限定位置容易达到主控制站且特别是附接于该主控制站的控制附件。由于不能在手术期间实时调整这种附件的位置例如离地高度，因此仍会增强外科医生的不适感。这导致外科医生在手术期间不合时宜地劳累并导致失去早期集中。
[0007]此外，这些已知的方案在操作(operating，手术)室内具有巨大的体积负担(encumber，阻碍、拖累)，并且同时铰接的附件能够进行最小范围的运动。另外，外科医生被迫留在沉浸式主控制台内，该主控制台通常放置在操作室的无菌区域外的预确定的固定位置。此外，这样的主附件由组装在一起的若干机械零件和部件制成，导致高的制造时间和成本。
[0008]通常，外科医生已经被培训了多年以适当地操纵适合于直接地在患者身体上进行操作的手术工具。手术工具通常是便携式工具并且包括适合于由外科医生手持和操纵的工具手柄，所述手柄机械地直接连接至适合于在患者身体上进行操作的工具尖端。传统眼科手术的手术工具的一些示例在文件US-5634918和WO-2012-064361中示出。这种传统的手术工具确保了外科医生会知道工具尖端在何时没有接触患者身体，以这种方式允许外科医生安全地(即，不会在患者身体上传递任何动作)使工具手柄在手指之间绕该工具手柄的纵向轴线滚转，手势应力减小的需要在外科医生中相当普遍，例如可用于在手术期间放松手部
肌肉并防止肌肉痉挛。而且，使工具手柄绕纵向轴线在手指之间滚转能够增加不是由外科医生腕关节驱动的至少一个运动自由度。
[0009]相反，机器人显微手术迫使外科医生使用主工具来控制在患者身体上进行操作的关联的从动端部执行器的运动，并且通常所述主工具限制了手术期间外科医生的舒适性，并且常常迫使外科医生培训额外的时间段以用于适当地使用主工具来控制从动端部执行器。如果主工具的形状和功能与传统的手术工具相异，则额外的培训时间段甚至可能变长。
[0010]如例如在文件US-8996173中公开的，已经提供了可穿戴的主工具，其中，一对环被设计成被装配在外科医生的手指上并被连线至机器人从动组件。外科医生手指的一组经编码的手势触发患者身体上的预限定的从动端部执行器动作。显然，该方案需要对外科医生进行非常长时间的培训，以适当地管理这种可穿戴的主环，以便避免将意外的命令传递到从动端部执行器。出于患者安全原因，应避免将意外命令传递到从动部。
[0011]为了克服上述已知方案的不足，并为了提供一种手持式待操纵(即根据拉丁文：“待操纵的某事物”)的具有大多数外科医生所熟悉的形状的主工具，为同一申请人的名义的文件WO-2017-064303和WO-2017-064306示出了一种基本上复制传统的手术镊子的外观的主工具装置。这种主工具装置包括一对柔性金属条，该对柔性金属条在它们的端部之一被焊接在一起，以形成镊子状主输入装置。合适地放置的传感器帮助磁性垫追踪镊子的运动并检测镊子何时闭合，并将检测到的运动传递到从动手术端部执行器。
[0012]尽管令人满意地提高了手术期间外科医生的舒适性，但是这种类型的方案易于产生缺陷。特别地，形成镊子状装置的这种柔性金属条迫使放置在金属条的自由端上的传感器的非线性运动，因此对用于模拟某种物体握抓的手动地引起的镊子闭合运动的检测通常导致测量不确定性和低感测分辨率。每个金属条弹性弯曲期间在其中产生的机械振动生成由追踪垫检测到的噪音。这可能导致从动端部执行器的不令人满意的运动响应，其甚至可能导致手术后患者身体中的严重的并发症。此外，追踪垫适合于仅从该垫的一侧生成追踪磁场，以迫使外科医生不在该垫的背侧上移动待操纵的手持式主工具，在该状况下该运动不能被追踪，因此命令信号无法传递到端部执行器。
[0013]此外，文件WO-2014-151621和US-2015-038981公开了一种通过外科医生在操作场所的不同位置移动时外科医生可操纵的便携的手持式主输入工具。该方案利用视频摄像机追踪经适宜地设计的球状体，球状体从便携的手持式主工具本体中悬臂状伸出。换言之，安装在主工具上的一组三个非对称球状体可以由设置在机器人上的摄像机设备追踪，以确定主输入工具的位置和定向，目的是将命令信号传递至从动手术端部执行器。文件WO-2018-107062和WO-2016-171757公开了便携的手持式控制器的其他示例。这些方案均包括在控制器本体内的内部环形室，该内部环形室寄宿电机以向用户提供触觉反馈。
[0014]尽管在某些观点下是令人满意的，但是这些方案易于产生缺陷。由于基于视觉线索的追踪系统允许外科医生在操作场所的不同位置移动时来进行操作，因此同时迫使机器人具有强大的控制系统，并且可能导致运动传递到从动端部执行器的不需要的延迟，导致外科医生的不舒适。而且，该方案没有复制传统手术工具的形状，导致外科医生不熟悉，而迫使外科医生延长了专门的培训时间。
[0015]需要提供一种能够克服参考现有技术列举的缺点的用于机器人手术的主输入工具方案。
[0016]需要提供一种适合于改进外科医生的舒适性并且同时能够提供高感测准确度的用于机器人手术的主输入工具。
[0017]需要提供一种能够将外科医生培训的长度减少到最小的用于机器人手术的主输入工具。
[0018]需要提供一种能够利用手指的移动性来操纵以避免通过外科医生的腕部移动的需要的用于机器人手术的手持式主输入工具。
[0019]需要提供本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.用于机器人手术系统(201)的主控制器组件(202)，所述机器人手术系统(201)还包括：至少一个从动机器人组件(203)，所述从动机器人组件包括被设计成在患者身体上进行操作的从动手术器械(204)，所述从动手术器械(204)包括至少从动手术夹持装置(217)，所述从动手术夹持装置能够为所述手术器械(204)提供位于预限定的从动夹持平面(218)中的具有夹持自由度的运动；以及控制单元(205)，所述控制单元适合于接收包含关于所述手动命令的信息的第一命令信号，并且适合于将包含关于所述手动命令的信息的第二命令信号传递到从动机器人组件(203)，以便致动所述从动手术器械(204)；其中，所述主控制器组件(202)适合于检测手动命令并且包括至少便携的手持式主输入工具(206)，所述便携的手持式主输入工具适合于在手术期间由外科医生从操作场所的不同位置进行手持和操纵；所述主输入工具(206)适合于接收所述手动命令；并且其中：-所述主控制器组件(202)操作性地连接到所述从动机器人组件(203)；-所述主输入工具(206)包括主工具本体(209)；-所述主工具本体(209)限定：与所述主工具本体(209)的纵向发展轴线基本上一致的工具纵向轴线(X-X)；正交于所述工具纵向轴线(X-X)的工具径向方向(R-R)；以及与所述工具纵向轴线(X-X)和所述工具径向方向(R-R)两者正交的工具周向方向(C-C)；-所述主工具本体(209)包括至少一个待操纵表面(210)，所述待操纵表面被设计成通过外科医生的手指(211、212)被手持；-所述主输入工具(206)没有机械地受约束于所述从动机器人组件(203)，使得所述主工具本体(209)能够由外科医生自然地移动、转动和旋转；-所述至少一个待操纵表面(210)是凸状表面，使得所述主工具本体(209)能够在外科医生的手指(211、212)之间绕所述工具纵向轴线(X-X)滚转；并且其中：-所述主输入工具(206)还包括夹持命令检测器装置(213)，所述夹持命令检测器装置检测所述手动命令，所述手动命令用于致动所述从动手术夹持装置(217)的具有夹持自由度的运动；-所述夹持命令检测器装置(213)包括围绕所述工具纵向轴线(X-X)的操作部分(214)；-所述操作部分(214)包括背向所述工具纵向轴线(X-X)的且适合于面向外科医生的手指(211、212)的至少一个操作表面(215)；-所述操作部分(214)能够由所述手动命令操作，所述手动命令是施加在所述操作表面(214)的任何点处的径向导向的压力作用(216)；-所述主控制器组件(202)还包括至少一个感测组件(222)，所述至少一个感测组件检测所述径向导向的压力作用(216)，使得施加在所述操作表面(215)的任何点处的所述径向导向的压力作用(216)确定所述手术从动夹持装置(217)的成对的从动夹持运动作用(221)，使得所述手术夹持装置(217)的所述成对的夹持运动位于所述预限定的从动夹持平面(218)中。2.根据权利要求1所述的主控制器组件(202)，其中，所述操作部分(214)完全围绕所述工具纵向轴线(X-X)。3.根据权利要求1或2所述的主控制器组件(202)，其中，所述主工具本体(209)是可延
伸的，以便在处于操作状况时修改所述主工具(206)的体积负担。4.根据前述权利要求中任一项所述的主控制器组件(202)，其中，所述主工具本体(209)包括第一本体部分(223)和第二本体部分(224)，其中，所述第一本体部分(223)和所述第二本体部分(224)能够相对于彼此移动，并且其中所述夹持命令检测器装置(213)与所述第一本体部分(223)和所述第二本体部分(224)协作，使得施加在所述操作表面(215)的任何点处的所述径向导向的压力作用(216)确定所述第一本体部分(223)和所述第二本体部分(224)沿预限定的移动轴线的相对运动；以及/或者其中-所述预限定的移动轴线是所述工具纵向轴线(X-X)。5.根据前述权利要求中任一项所述的主控制器组件(202)，其中，所述感测组件(222)检测所述第一本体部分(223)和所述第二本体部分(224)沿预限定的移动轴线的相对运动。6.根据前述权利要求中任一项所述的主控制器组件(202)，其中，所述第一本体部分(223)和所述第二本体部分(224)的所述相对运动被导向成使所述第一本体部分(223)和所述第二本体部分(224)移动远离彼此。7.根据前述权利要求中任一项所述的主控制器组件(202)，其中，在所述第一本体部分(223)和所述第二本体部分(224)之间包括至少一个引导装置(225)，所述引导装置引导所述第一本体部分(223)和所述第二本体部分(224)的相对运动。8.根据前述权利要求中任一项所述的主控制器组件(202)，其中：所述感测组件(222)包括至少一个第一传感器(237)；以及/或者其中所述第一传感器(237)与所述主工具本体(209)的所述第一本体部分(223)成一体；以及/或者其中-所述第一本体部分(223)界定接收所述感测组件(222)的至少一部分的至少一个第一凹槽(238)；以及/或者其中-以可拆卸的方式，使得包括或不包括所述感测组件(222)的所述主输入工具(206)是一次性的；以及/或者其中-所述第一凹槽(238)接收所述第一传感器(237)；以及/或者其中-所述感测组件(222)包括至少一个第二传感器(240)；以及/或者其中-所述第二传感器(240)与所述主工具本体(209)的所述第二本体部分(224)成一体；以及/或者其中-所述第二本体部分(224)界定接收所述感测组件(222)的至少一部分的至少一个第二凹槽(241)；以及/或者其中-以可拆卸的方式，使得包括或不包括所述感测组件(222)的所述主输入工具(206)是一次性的；以及/或者其中-所述第二凹槽(241)接收所述第二传感器(240)；以及/或者其中-所述第一凹槽(238)相对于所述第二凹槽(241)面向相反方向，以便允许所述感测组件(222)的独特布置；以及/或者其中-所述第一凹槽(238)关于所述工具纵向轴线(X-X)与所述第二凹槽(241)相反；以及/或者其中-所述第一传感器连接(239)和所述第二传感器连接(242)二者都为有线连接，并且其
中，所述第一传感器连接(239)和所述第二传感器连接(242)的接线均聚集在所述主工具本体(209)的同一纵向侧上。9.根据前述权利要求中任一项所述的主控制器组件(202)，其中，所述感测组件(222)包括至少一个无菌传感器容器(263)，所述至少一个无菌传感器容器包围所述第一传感器(237)和/或所述第二传感器(240)中的至少一者；以及/或者其中-所述无菌传感器容器(263)是包围所述传感器中的每个传感器的塑料袋和/或塑料盒。10.根据前述权利要求中任一项所述的主控制器组件(202)，其中：-所述操作表面(215)是不连续表面；以及/或者其中-所述操作表面(215)在周向方向(C-C)上是不连续表面；以及/或者其中，-所述至少一个待操纵表面(210)被定位到所述主夹持命令检测器装置(213)的所述操作部分(214)上；以及/或者其中，-所述操作部分(214)包括基本上在所述纵向方向(X-X)上被定向地布置的多个条状元件(235)，所述多个条状元件在所述操作部分(214)的所述第一连接部分(227)和所述第二连接部分(228)之间纵向地延伸，在所述多个条状元件之间限定纵向孔(236)。11.根据前述权利要求中任...

【专利技术属性】
技术研发人员：马西米利亚诺，
申请(专利权)人：医疗显微器具股份公司，
类型：发明
国别省市：