用于手术器械的近端控制的系统和方法_3

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接头356 (在视图上被底盘遮住)、358 之间的致动杆354。球窝和套接接头350耦合至致动器342。器械导向装置352还耦合至 球窝和套接接头358。联接件354、356、358用于将运动从致动器342传输至器械导向装置 352。具体地,联接件可以沿大致X方向或以旋转偏转运动移动器械导向装置352。联动系 统314进一步包括定位在远端桥330中形成的套接内的球窝接头360。球窝接头360耦合 至器械导向装置352以将器械导向装置拴至底盘302。联动系统的组件可以由相对刚性的 金属、塑料或陶瓷形成。联动系统的组件可以是可灭菌的或一次性的。联动系统的组件可 以具有小横截面面积以最小化患者进入点附近的手术装备的体积。例如,杆联接件可以具 有大约1-3_的直径。在可替代实施例中,其它联接组件可以适于传输预定运动。这种可 替代组件可以包括单向铰链接头、鞍形接头、滑动接头、柔性组件,诸如,弹簧和固定接头。
[0031] 底盘302还支撑图像捕获系统316。更具体地,图像捕获系统316的内窥镜器械 370延伸通过支承管332。内窥镜器械370具有可视端372并且可操作地连接至主系统102 中的观察器以显示在外科医生或其它观察者的可视端处捕捉的图像。内窥镜器械370可以 相对于器械底盘302被固定或可以被约束以沿大致与轴线318对齐的插入轴运动。可替代 地,内窥镜器械可以相对于器械底盘是可操纵的、可枢转的或另外地可铰接的以改变可视 端的视点。
[0032] 图4更详细示出了器械接口 304。底盘接口板380(其可以被认为是底盘的一部分 或接口的一部分)旋转地连接至器械接口板382。旋转运动可以由回转接头、球窝/套接接 头或其它已知机构提供以提供完整的或部分的旋转运动。板380、382之间的旋转运动是被 动的,因为运动响应于系统300中的其它致动力,如将更详细描述的。
[0033] 致动器384、386、388、390分别可操作地耦合至接口盘392、394、396、398。例如, 2006年12月10日提交的题为"机器人手术系统的器械接口(Instrument Interface of Robotic Surgical System) "美国专利No. 7, 963, 913充分公开了接口盘及其驱动附接手术 器械中的预定运动的功能的更详细描述,在此通过参过以其整体并入。在该实施例中,每个 致动器包括马达M和编码器E。每个致动器384-390影响手术器械308的末端执行器308a 和/或腕机构308b中的具体运动。作为一个示例,致动器384可以控制腕机构308b的滚 动运动。致动器386可以控制腕机构308b的致动的俯仰运动。致动器388和致动器390 可以协同以控制腕机构的致动的偏转和抓握运动。各个致动器的分配的控制仅仅是示例。 在可替代的实施例中,致动器可以经配置以控制手术末端执行器或腕中的不同运动。例如, 单个致动器可以控制抓握,而两个致动器的协同组合可以控制腕机构的俯仰和偏转。
[0034] 如图3所示,手术器械308包括耦合至接口 304的近端壳体394。器械轴396在近 端壳体394和腕机构308b之间延伸。美国专利No. 5, 792, 135 ;6, 331,181 ;和6, 817, 974 详细解释了手术器械、末端执行器和腕机构的各个实施例,在此通过参考以其整体并入。
[0035] 当装配时,近端壳体394耦合至器械接口 304,并且轴396通过器械导向装置352 插入。响应于系统300中的致动力,轴396被动地在器械导向装置352内滑动。例如,致动 器340、342可以提供围绕轴线X的俯仰耦合运动和围绕轴线Y的偏转耦合运动。当致动器 340、342两者围绕轴线Y在相同方向上移动时,轴396偏转地移动。当致动器340、342两者 围绕轴线Y在相反的方向上移动时,轴396俯仰地移动。致动器340、342的组合移动可以 由2X2耦合矩阵控制以使轴396沿一系列方向移动。
[0036] 如前所述的系统300允许手术器械通过自然或手术产生的小的患者进入点接入 身体组织。该系统可以特别适于经由张开的患者的嘴手术接入喉部或咽喉组织或经由宫颈 接入子宫组织以执行阴道子宫切除术。可替代地,系统300可以用于执行对于外科医生可 能是疲惫的或可能需要不方便的定位的手术,例如乳腺手术。相比于需要多个大型专用操 纵器臂以控制手术器械的旋转和插入运动的机器人手术系统,系统300使用支撑多个手术 器械的最小尺寸的底盘。虽然系统300描述了耦合至共同底盘的两个手术器械的使用,但 在可替代实施例中,三个或更多个手术器械可以从共同底盘安装和控制。将用于控制器械 导向装置的移动的致动系统定位在底盘的近端部分使沿器械轴的中间或远端位置处所需 要的结构的数量和尺寸最小化,以支撑和控制多个手术器械。联动系统允许致动系统远程 地控制器械导向装置的运动。
[0037] 在使用系统300之前,从属操纵器系统104的操纵器臂被定位和锁定到位。例如, 操纵器臂可以是da Vinci?手术系统的臂或可以是较小规模的操纵器,其中联接臂具有多 达六个自由度。在一些实施例中,支撑系统300的操纵器臂并非由马达控制。操纵器臂可 以是被动的可锁定臂,其中一个或更多个平衡接头具有制动器或锁定器。被动的可锁定臂 可以在释放的配置中自由地移动,从而允许该系统以选择的取向定位在手术部位。被动的 可锁定臂然后移动至锁定配置,其中制动器保持选择的取向。在另一些实施例中,系统300 可以由强健的实习医生握持可以手动锁定的被动的多接头不平衡臂。
[0038] 现参考图5,提供了使用系统300的机器人手术的通用方法400。在402处,在手术 器械308的近端处的壳体394被容纳以与器械接口 304接合。在404处,手术器械309的 轴396在器械底盘302的远端处被容纳在器械导向装置352中。更具体地,轴396的远端 或中间部分被容纳在器械导向装置352中。在406处,致动系统312致动联动系统314以 相对于器械底盘302移动器械导向装置352。更具体地,致动器340接收来自控制系统108 的控制信号以驱动联动系统314,包括移动球窝和套接接头348,其移动杆346。进一步地, 致动器342接收来自控制系统108的控制信号以驱动联动系统314,包括移动球窝和套接接 头356,其移动杆354。当杆346和杆354 -起移动时,器械导向装置352沿X轴方向移动。 当杆346和杆354反向移动时,器械导向装置352沿Y轴方向移动。如果仅一个杆346或 354移动,则器械导向装置352以与X轴方向和Y轴方向均成某角度地移动。器械导向装置 352通过球窝接头360被拴到底盘302的远端部分330。
[0039] 在408处,响应于器械导向装置352的马达驱动的致动,手术器械308的近端被允 许以多个旋转自由度被动地移动。更具体地,手术器械308的近端被允许与万向架板336 围绕Y轴方向被动地旋转(偏转)。附加地,手术器械308的近端被允许与器械接口板382 相对于底盘接口板380围绕X轴方向被动地旋转(俯仰)。因为被动旋转接头的近端位置, 所以器械轴396的远端或中间位置附近的器械导向装置352的移动实施在手术器械308的 近端处的较小规模的运动。在手术器械的近端处的较小规模的运动减小或阻止了近端器械 碰撞。为了避免机械臂碰撞,一些现有系统可能在大约8-9cm的器械解剖进入点之间需要 间隔。本公开的系统可以允许更接近的器械间隔,同时避免机械臂碰撞。
[0040] 在可替代实施例中,在底盘的近端处的万向架或其它旋转接头中的一个或更多个 可以被替换为固定接头。在该实施例中,可以使用柔性器械轴,从而允许手术器械相对于底 盘具有有限量的旋转移动。
[0041] 为了向手术器械提供附加自由度和增加插入狭窄患者进入点中的相对平行的器 械之间的工作空间,平行运动机构或"啮合接头"可以被添加至手术器械的远端。平行运动 机构在手术器械的远端、末端执行器的近端处包
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