相关申请的交叉引用
本申请主张2015年9月25日提交的第62/232,623号美国临时专利申请的权益和优先权，所述申请的全部公开内容以引用的方式并入本文中。
背景技术：
机器人手术系统已用于微创医疗手术。一些机器人手术系统包含支撑机械臂的控制台和安装到所述机械臂的手术器械。机械臂向手术器械提供机械功率以用于其操作和移动。每个机械臂可包含以操作方式连接到手术器械的器械驱动单元。
在使用机器人系统之前或在使用机器人系统期间，手术器械经选择且连接到每个机械臂的器械驱动单元。对于待完成的恰当的安装来说，手术器械的某些连接构件必须以配合方式接合到器械驱动单元的对应连接构件。一旦这些构件以配合方式接合，器械驱动单元就可以驱动手术器械的致动。
使用受限于患者(在无菌场地中)与机器人手术系统的某些组件(在无菌场地之外)之间的严格无菌性要求。然而为了实现恰当的无菌性，通常将无菌塑料或橡胶罩盖(所谓的无菌屏障)覆盖在(本身非无菌)装置上，或用于为装置提供无菌覆盖物。
因此，需要提供较易于移除和附接到机器人手术系统的无菌屏障组合件。
技术实现要素：
本公开描述了机器人装置、系统和方法，所述机器人装置、系统和方法展示了满足性能要求并克服与机器人装置的灭菌相关联的可用性难题的实用方法。一般来说，本公开描述了机器人手术系统，所述机器人手术系统包含器械驱动单元和耦接到器械驱动单元的手术器械。所述手术器械包含末端执行器，所述末端执行器可控制以响应于器械驱动单元中的致动器的远程操纵而进行手术。所述器械驱动单元包含无菌屏障组合件。在无菌屏障组合件中将弹性材料用作主要材料使得能够在一个或多个方向上传递来自一个或多个致动器的移动。
根据本公开的一实施例，提供包含线性驱动部分和旋转驱动部分的无菌屏障组合件。所述线性驱动部分包含与非无菌侧上的器械驱动单元的轴向输出介接的波纹部分以及与无菌侧上的手术器械的工具组合件介接的接合部分。所述旋转驱动部分包含与非无菌侧上的器械驱动单元的旋转输出介接的第一接合部分以及与无菌侧上的手术器械的工具组合件介接的第二接合部分。
在一实施例中，波纹部分可配置成在伸长状态与收缩状态之间转变，同时在非无菌侧上的器械驱动单元与无菌侧上的手术器械之间提供不透流体密封。具体地说，所述波纹部分可包含波纹管。此外，所述波纹部分可具有不同厚度。在一实施例中，波纹部分可包含松弛部分，所述松弛部分随着线性驱动部分的接合部分在一个方向上移动而拉紧。
在另一实施例中，波纹部分可界定配置成与器械驱动单元的轴向输出介接的凹槽。
在另一实施例中，线性驱动部分的接合部分可邻近波纹部分的凹槽。
在一实施例中，线性驱动部分可整体地或一体地形成。此外，旋转驱动部分也可整体地或一体地形成。具体地说，无菌屏障组合件可由弹性材料形成。
在一实施例中，无菌屏障组合件可进一步包含由相对刚性材料形成的支撑壁，以促进波纹部分在收缩状态与伸长状态之间的线性转变。
根据本公开的另一实施例，提供机器人手术系统。所述机器人手术系统包含无菌器械、非无菌驱动单元和无菌屏障组合件。所述无菌器械具有可由多个工具驱动器在多个方向上操纵的手术工具。所述非无菌驱动单元包含多个从动输出。所述无菌屏障组合件分隔成耦接到所述无菌器械的无菌侧和耦接到所述非无菌驱动单元的非无菌侧。无菌屏障组合件包含线性驱动部分和旋转驱动部分。所述线性驱动部分包含与非无菌驱动单元的多个从动输出中的一个介接的波纹部分以及与无菌器械的多个工具驱动器中的一个介接的接合部分。所述旋转驱动部分包含与非无菌驱动单元的多个从动输出中的一个介接的第一接合部分以及与无菌器械的多个工具驱动器中的一个介接的第二接合部分。
在一实施例中，波纹部分可配置成对应于非无菌驱动单元的多个从动输出中的一个的轴向位移而在伸长状态与收缩状态之间转变。
在一实施例中，非无菌驱动单元的多个从动输出中的一个可将平移移动传递到无菌器械的多个工具驱动器中的一个。此外，非无菌驱动单元的多个从动输出中的一个可将旋转传递到无菌器械的多个工具驱动器中的一个。
在另一实施例中，无菌屏障组合件可由以下中的至少一种形成：硅酮、丁腈橡胶、氯丁橡胶、乙烯、乳胶或epdm。
在另一实施例中，无菌屏障组合件可在无菌侧与非无菌侧之间提供不透流体密封。
附图说明
并入在本说明书中且构成本说明书的部分的附图说明本公开的实施例，且与上文所给出的本公开的一般描述及下文给出的一个或多个实施例的详细描述一起用以解释本公开的原理，其中：
图1为根据本公开的机器人手术系统的示意性说明；
图2为具有安装于其上的手术组合件的机械臂的透视图；
图3为图2的机械臂和手术组合件的正视图；
图4为图1的机器人手术系统的器械驱动单元的致动器组合件的透视图，其中移除所述致动器组合件的一部分，示出用于所述致动器组合件中的无菌屏障组合件；且
图5为图4的无菌屏障组合件的透视图。
具体实施方式
参考图式，详细地描述本公开的实施例，其中在若干视图中的每一个中，相同附图标号指定相同或对应元件。如本文中所使用，术语“远端”是指装置的较远离于用户的那个部分，而术语“近端”是指装置的较接近于用户的那个部分。
参考图1，提供机器人手术系统1，所述机器人手术系统包含：多个机械臂2、3；控制装置4；以及与控制装置4耦接的操作控制台5。操作控制台5包含显示装置6和手动输入装置7、8，临床医师借助于其能够远程操纵机械臂2、3。
多个机械臂2、3中的每一个包含通过接头连接的多个部件。机器人手术系统1还包含连接到机械臂2、3中的每一个的远端的手术组合件100。手术组合件100包含器械驱动单元300和以可拆卸方式耦接到器械驱动单元300的手术器械200。手术器械200包含末端执行器230。
机械臂2、3可以由连接到控制装置4的电驱动器(未示出)驱动。控制装置4(例如计算机)尤其借助于计算机程序来设置以激活驱动器，以这种方式使得相应机械臂2、3的手术组合件100根据借助于手动输入装置7、8所界定的移动来执行所需移动。还可以设置控制装置4使得其调节机械臂2、3和/或驱动器的移动。
继续参考图1，机器人手术系统1配置成用于对放置在患者检查台12上的患者13借助于末端执行器230进行微创手术。机器人手术系统1可包含多于两个机械臂2、3。额外机械臂也可以连接到控制装置4且可以借助于操作控制台5远程操纵。一个或多个额外手术组合件100和/或手术器械200也可以附接到额外机械臂。
控制装置4可以控制多个电动机(电动机1……n)，其中每个电动机配置成驱动耦接到手术器械200的末端执行器230的一个或多个线缆的推动或拉动。虽然示出并描述了线缆，但是预期线缆可以用杆或类似物来替换。在使用中，当推动和/或拉动这些线缆时，所述线缆实现手术器械200的末端执行器230的操作和/或移动。预期控制装置4协调各个电动机(电动机1……n)的激活以协调一个或多个线缆的推动或拉动运动，以便协调一个或多个末端执行器230的操作和/或移动。在实施例中，除了一个或多个线缆以外或代替一个或多个线缆，每个电动机可以配置成致动驱动杆或杠杆臂以实现末端执行器230的操作和/或移动。
控制装置4可以包含适于执行计算和/或根据一组指令而操作的任何合适逻辑控制电路。控制装置4可配置成通过无线(例如wi-fitm、
控制装置4可包含与机器人手术系统1的组件介接(例如通过驱动电路)的多个输入和输出。控制装置4可配置成接收输入信号和/或产生输出信号以控制机器人手术系统1的各种组件(例如一个或多个电动机)中的一个或多个。输出信号可包含算法指令和/或可基于算法指令，所述算法指令可由用户预编程和/或输入。控制装置4可配置成从用户接口(例如操作控制台5的开关、按钮、触摸屏等)接收多个用户输入，所述用户接口可耦接到远程系统“rs”。
数据库14可直接地和/或间接地耦接到控制装置4。数据库14可配置成存储来自活体和/或解剖图谱的手术前数据。数据库14可包含可为远程系统“rs”的部分和/或以可操作方式耦接到远程系统“rs”的存储器。可参考2011年11月3日提交的题目为“《医疗工作站(medicalworkstation)》”的美国专利公开案第2012/0116416号，所述公开案的全部内容以引入的方式并入本文中，以供对机器人手术系统1的构造和操作进行详细讨论。
现在转向图2和图3，器械驱动单元300耦接到机械臂2的支架5(图3)，且手术器械200以可操作方式耦接到器械驱动单元300。现在参考图4，器械驱动单元300包含支撑多个致动器或电动机314a、314b、314c、314d、316的致动组合件302和以可操作方式耦接到所述多个电动机314a、314b、314c、314d、316的电动机控制板306。致动组合件302进一步包含根据本公开的一实施例的无菌屏障组合件1000。无菌屏障组合件1000在手术器械200的无菌部分与器械驱动单元300的致动组合件302的非无菌部分之间建立不透流体密封。
每个电动机314a、314b、314c、314d耦接到由轴承324以可旋转方式支撑于致动组合件302上的相应导螺杆320。每个导螺杆320包含以可螺接方式安装于其上的线性驱动螺母322。在这种配置下，导螺杆320由相应电动机314a、314b、314c、314d旋转使得线性驱动螺母322在导螺杆320上轴向平移，如下文中将描述。电动机316耦接到导螺杆325。以这种方式，电动机314a、314b、314c、314d的旋转输出使得线性驱动螺母322轴向位移，且电动机316的旋转输出使得导螺杆325旋转。
现在参考图4和图5，无菌屏障组合件1000以可移除方式放置在致动组合件302中，以隔开手术器械200的无菌部分与致动组合件302的非无菌部分，同时使得能够在一个或多个方向上传递导螺杆320、325的线性和/或旋转运动。无菌屏障组合件1000包含由弹性或柔韧材料形成的基架1002。举例来说，无菌屏障组合件1000可由例如硅酮、丁腈橡胶、氯丁橡胶、乙烯、乳胶和epdm形成。具体地说，无菌屏障组合件1000可形成为单一构建体。替代地，基架1002可包含层压、重叠、结合、胶合、联锁或超声波焊接的多个组件。举例来说，多次注射成型技术可用于组合使用多种材料的个例中。
基架1002包含配置成支撑致动组合件302中的基架1002的安装壁1003。安装壁1003可包含塑料、金属、陶瓷或任何其它材料，所述材料提供结构加固或刚性以隔离导螺杆320、325的相应动作和/或增加或限制线性驱动部分1020的移动。基架1002进一步包含配置成将电动机316的旋转输出传递到手术器械200的旋转驱动部分1010以及配置成将导螺杆320的相应轴向运动传递到手术器械200的线性驱动部分1020。基架1002可整体地或一体地形成。替代地，线性驱动部分1020或旋转驱动部分1010可整体地或一体地形成。
特别参考图5，旋转驱动部分1010包含配置成以可操作方式接合耦接到电动机316的导螺杆325的接合部分1012(图5中仅展示一个)。接合部分1012以密封关系容纳导螺杆325。接合部分1012可与基架1002整体地或一体地形成。举例来说，基架1002或接合部分1012中的至少一个可具有减小的厚度或硬度，以促进旋转驱动部分1010的接合部分1012的旋转。替代地，接合部分1012可形成为在界定于基架1002中的孔(未示出)内旋转的独立组件。以这种方式，导螺杆325的旋转将伴随旋转传递到手术器械200的对应旋转致动接口构件。
继续参考图5，线性驱动部分1020中的每一个配置成以可操作方式接合电动机314a、314b、314c、314d的相应导螺杆320。线性驱动部分1020中的每一个包含固定部分1022、旋绕或波纹部分1024和安置为邻近于固定部分1022的接合部分1026。波纹部分1024可在伸长状态与收缩状态之间转变。波纹部分1024可包含例如波纹管或螺旋配置。波纹部分1024包含第一部分1024a和第二部分1024b。线性驱动部分1020的固定部分1022插入于波纹部分124的第一部分1024a与第二部分1024b之间。固定部分1022界定空腔1022a，所述空腔配置和大小经设置成将线性驱动螺母322(图4)牢牢容纳于其中，以使得线性驱动螺母322沿导螺杆320的轴向移动使波纹部分1024在收缩状态与伸长状态之间转变，其继而引起接合部分1026的轴向移动。
波纹部分10224包含松弛部分，所述松弛部分随着线性驱动部分1020的接合部分1026在一个方向上移动而拉紧。波纹部分1024可提供松弛部分以防止非所需拉力施加到线性驱动部分1020的第一部分1024a和第二部分1024b。线性驱动螺母322以可螺接方式安装于导螺杆320上，以使得导螺杆320的旋转引起线性驱动螺母322在导螺杆320上的轴向移动。在这种配置下，线性驱动螺母322的轴向移动引起第一部分1024a和第二部分1024b的收缩或伸长。
线性驱动部分1020的接合部分1026安置为邻近于固定部分1022以向线性驱动螺母322提供伴随轴向移动。另外，线性驱动部分1020的接合部分1026配置成接合手术器械200的线性致动接口构件(未示出)，以将轴向移动传递到所述线性致动接口构件。以这种方式，线性驱动螺母322的轴向移动将伴随轴向移动传递到线性驱动部分1020的接合部分1026，其继而将轴向运动传递到手术器械200的对应线性致动接口构件。
在操作中，参考图3和图4，器械驱动单元300安装于机械臂2的支架5上，且手术器械200以可拆卸方式耦接到器械驱动单元300。致动组合件302的每个线性驱动螺母322牢牢接合无菌屏障组合件1000的相应线性驱动部分1020的相应固定部分1022。每个线性驱动部分1020的接合部分1026以可操作方式与手术器械200的相应线性致动接口构件耦接。另外，导螺杆325以可操作方式与手术器械200的旋转致动接口构件耦接。随着手术器械200以可操作方式耦接到器械驱动单元300，多个电动机314a、314b、314c、314d中的一个或多个被激活以旋转导螺杆320中的一个或多个，其继而引起无菌屏障组合件1000的一个或多个接合部分1026的平移。一个或多个接合部分1026的致动引起手术器械200的对应线性致动接口部件的平移。此外，电动机316的致动引起导螺杆325的旋转，其继而将旋转传递到手术器械200的旋转致动接口构件。手术器械200的旋转或线性致动接口部件或其组合的致动将移动(例如旋转、枢转、铰接、纵向/橫向平移等)传递到末端执行器230(图1)或其部分。
尽管本文中已参考附图描述本公开的说明性实施例，但以上描述、公开内容和图不应视为限制性的，而应仅仅视为特定实施例的例证。举例来说，每个线性驱动部分1020的波纹部分1024可具有不同厚度。因此，应理解，本公开不限于那些精确实施例，且所属领域的技术人员可在不脱离本公开的范围或精神的情况下实现各种其它改变和修改。