專利名稱：外科手術(shù)附件夾具及系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
0001木發(fā)明--般涉及外科機(jī)器人系統(tǒng)，更特別地，涉及機(jī)器
人臂部件的附件夾具。
背景技術(shù)：
0002在機(jī)器人輔助或遠(yuǎn)程機(jī)器人外科手術(shù)中，外科醫(yī)生一般 從遠(yuǎn)離病人的位置(如手術(shù)室對(duì)面，不同的房間或與病人所處位置完 全不同的建筑物內(nèi))操縱主控制器以遠(yuǎn)程控制外科手術(shù)部位外科手術(shù) 器械的動(dòng)作。主控制器通常包括一個(gè)或多個(gè)手輸入裝置，如操縱桿、 外骨骼手套等，使用鉸接外科手術(shù)部位器械的伺服電動(dòng)機(jī)將其連接于 外科手術(shù)器械。伺服電動(dòng)機(jī)一般是支撐并控制已被直接引入打開的外 科手術(shù)部位或通過(guò)外套管引入病人腹部等體腔內(nèi)的外科手術(shù)器械的機(jī) 電裝置或外科操縱器("從動(dòng)")的一部分。在手術(shù)中，外科操縱器 提供機(jī)械鉸接并控制組織抓鉗、針狀打入器、電外科燒灼探針等多種 外科手術(shù)器械，各自執(zhí)行外科醫(yī)生的各種功能，如固定并打入針、抓 住血管或解剖、燒灼或凝結(jié)組織。
0003這種通過(guò)遠(yuǎn)程操縱執(zhí)行遠(yuǎn)程機(jī)器人外科手術(shù)的新方法當(dāng) 然已產(chǎn)生了許多新的挑戰(zhàn)。挑戰(zhàn)之一來(lái)自于部分機(jī)電外科操縱器將直 接接觸外科手術(shù)器械，也將臨近手術(shù)部位定位的事實(shí)。因此，外科操 縱器會(huì)在外科手術(shù)期間受污染，且通常在手術(shù)后丟棄或在手術(shù)之間消 毒。從成本的角度考慮，對(duì)裝置進(jìn)行消毒是優(yōu)選的。但是伺服電動(dòng)機(jī)、 傳感器、編碼器以及機(jī)器人控制電動(dòng)機(jī)所必須的電連接一般不能使用 蒸氣、熱壓或化學(xué)制品等常規(guī)方法消毒，這是因?yàn)橄到y(tǒng)部件可能在消 毒過(guò)程中受損或損壞。
0004遠(yuǎn)程機(jī)器人外科手術(shù)系統(tǒng)的另一挑戰(zhàn)是手術(shù)過(guò)程中外科 醫(yī)生一般使用大量的不同外科手術(shù)器械。由于器械夾持器的數(shù)量因空 間限制和成本而有限，因此手術(shù)期間需多次將許多外科手術(shù)器械連接到同一器械夾持器并從該器械夾持器拆除。例如在腹腔鏡手術(shù)過(guò)程中， 由于空間有限，而且希望避免病人體內(nèi)不必要的切口，手術(shù)期間進(jìn)入 病人腹部的入口端數(shù)量一般有限。因此，手術(shù)期間一般通過(guò)相同的外 套管引入大量不同的手術(shù)器械。同樣，在開放手術(shù)中，手術(shù)部位周圍 通常沒(méi)有足夠的空間來(lái)放置多于一個(gè)或兩個(gè)外科操縱器，因此，外科 醫(yī)生的助手將不得不頻繁的將器械從夾持器上移除，并更換其它外科 手術(shù)工具。但是，在過(guò)去，器械夾持器難以使用或使用較笨重，要求 使用雙手。另外，過(guò)去的器械夾持器需要在每次手術(shù)程序后被拆除并 消毒。
0005因此，需要用于遠(yuǎn)程控制病人手術(shù)部位的外科手術(shù)器械 的改進(jìn)的遠(yuǎn)程機(jī)器人系統(tǒng)及其方法。這些系統(tǒng)和方法應(yīng)配置為將消毒 的需要最小化以提高成本效率。另外，這些系統(tǒng)和方法應(yīng)設(shè)計(jì)為在外 科手術(shù)過(guò)程中最小化器械的更換時(shí)間和難度。因此，非常需要具有改 進(jìn)的功效和成本效率的機(jī)器人外科手術(shù)的附件夾具和系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
0006本發(fā)明提供了夾持用于遠(yuǎn)程機(jī)器人外科手術(shù)的外科手術(shù) 附件的有利系統(tǒng)、設(shè)備和方法。
0007根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，提供了機(jī)器人外科手術(shù)系統(tǒng)的外 科手術(shù)附件夾具，該附件夾具包括用于連接到操縱器臂部件遠(yuǎn)端的底 座以及用于接收外科手術(shù)附件的兩個(gè)夾鉗，所述兩個(gè)夾鉗可操作地連 接到底座。夾鉗還包括兩個(gè)夾鉗上的消毒簾部分，和能夠致動(dòng)或驅(qū)使 兩個(gè)夾鉗至打開位置或閉合位置的控制桿部分。
0008根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，提供了機(jī)器人外科手術(shù)系統(tǒng) 的外科手術(shù)夾具，所述附件夾具包括用于連接到操縱器臂部件遠(yuǎn)端的 底座，該底座包括第一安裝部分、第一安裝部分上的消毒簾部分以及 用于夾持或松開第一和第二安裝部分間的外科手術(shù)的第二安裝部分。
0009根據(jù)本發(fā)明的又一實(shí)施例，提供了用于在消毒區(qū)內(nèi)執(zhí)行 手術(shù)過(guò)程的機(jī)器人外科手術(shù)系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括操縱器臂部件、用于連 接外科手術(shù)至操縱器臂部件遠(yuǎn)端部分的外科手術(shù)附件夾具以及覆蓋附 件夾具和操縱器臂部件以將附件夾具和操縱器臂部件從消毒區(qū)隔離的消毒簾。
0010根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，提供了用于在消毒區(qū)內(nèi)執(zhí)行
手術(shù)過(guò)程的機(jī)器人外科手術(shù)系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括外科手術(shù)工具、包括具 有近端和遠(yuǎn)端部分的操縱器臂部件的操縱器組件、確定容納外科手術(shù) 工具的內(nèi)腔并提供穿透病人皮膚通路的套管、用于連接套管至操縱器 臂部件遠(yuǎn)端部分的套管調(diào)節(jié)器以及覆蓋套管調(diào)節(jié)器和操縱器臂部件以 將套管調(diào)節(jié)器和操縱器臂部件從消毒區(qū)隔離的消毒簾。
0011根據(jù)本發(fā)明的又一實(shí)施例，提供了機(jī)器人外科手術(shù)系統(tǒng)
中夾持外科手術(shù)附件的方法，該方法包括提供上述外科手術(shù)附件夾具、 定位消毒簾于兩個(gè)夾鉗上、驅(qū)使該附件夾具至打開位置、提供外科手 術(shù)附件于兩個(gè)夾鉗之間以及驅(qū)使該附件夾鉗至閉合位置。
0012根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，提供了機(jī)器人外科手術(shù)系統(tǒng) 中夾持外科手術(shù)附件的方法，該方法包括連接外科手術(shù)附件夾具至操 縱器臂部件的遠(yuǎn)端部分、使用消毒簾覆蓋操縱器臂部件和附件夾具以 將操縱器臂部件和附件夾具從消毒區(qū)隔離以及連接附件至消毒區(qū)內(nèi)的 附件夾具。
0013有利地，本發(fā)明提供了不要求重新消毒并可輕松更換器 械、工具或附件的機(jī)器人外科手術(shù)系統(tǒng)的改進(jìn)的夾持設(shè)備和方法，從 而提高了成本效率和功效。
0014本發(fā)明的范圍由結(jié)合于本部分以供參考的權(quán)利要求界定。 對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員，通過(guò)考慮以下一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的詳細(xì)說(shuō)明， 可更完整地理解本發(fā)明的實(shí)施例及其附加優(yōu)點(diǎn)的實(shí)現(xiàn)。首先將簡(jiǎn)短說(shuō) 明將參照的附圖。
0015

圖1是手術(shù)室的示意圖，其示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的 遠(yuǎn)程機(jī)器人外科手術(shù)系統(tǒng)和方法。
0016圖2是圖1所示手術(shù)室的放大圖，其示出了根據(jù)本發(fā)明 的連接到手術(shù)臺(tái)的一對(duì)安裝接頭。
0017圖3A是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的局部由消毒簾覆蓋的機(jī)器 人外科手術(shù)操縱器的透視圖。0018圖3B是圖3A所示的沒(méi)有覆蓋消毒簾的機(jī)器人外科手術(shù) 操縱器的透視圖，以示出連接驅(qū)動(dòng)組件和腕單元、外科工具的多自由 度臂部件。
0019圖4示出了結(jié)合有觀看外科手術(shù)部位的攝像機(jī)和內(nèi)窺鏡 的圖3A—3B所示機(jī)器人外科手術(shù)操縱器。
0020圖5是圖3A—3B所示機(jī)器人操縱器的局部視圖，其示 出了臂部件和腕單元之間的機(jī)電連接。
0021圖6是圖3A和3B所示操縱器的前臂和滑架的局部剖視閣。
0022圖7是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的腕單元的透視圖。
0023圖8是部分機(jī)器人操縱器的側(cè)面橫向剖視圖，其示出了 臂部件和驅(qū)動(dòng)組件。
0024圖9A是根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的局部由消毒簾覆蓋的機(jī) 器人外科手術(shù)操縱器的透視圖。
0025圖犯一9C是圖9A所示的沒(méi)有消毒簾的機(jī)器人外科手術(shù) 操縱器的視圖，以示出將驅(qū)動(dòng)組件與外科手術(shù)附件夾具、腕單元、外 科工具連接的多自由度臂部件。
0026圖IO是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的外科手術(shù)附件夾具、外科手 術(shù)附件以及設(shè)置在其間的消毒簾部分的橫向剖視圖。
0027圖11A—11C示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的作為外科手術(shù) 附件的套管和該附件的傳感機(jī)構(gòu)的橫截面。
0028圖12A—12C示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的外科手術(shù)附件 夾具的不同視圖。
0029圖13A—13B示出了固定于根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的圖12A 一12C所示外科手術(shù)附件夾具中的外科手術(shù)附件的透視圖。
0030圖14A—14C示出了將外科手術(shù)附件定位并夾持在根據(jù) 本發(fā)明實(shí)施例的圖12A—12C所示外科手術(shù)附件夾具中的透視圖和側(cè) 視圖。
0031圖15和16示出了裝配在附件夾具的夾鉗之上的兩個(gè)消 毒簾部分。
0032圖17A—17E示出了將消毒簾部分定位于附件夾具的夾鉗上且之后將附件夾持于夾鉗之間的透視圖。
0033圖8A—18C示出了根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的滑動(dòng)附件 夾具的視圖。
0034圖19A和19B示出了根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的樞軸轉(zhuǎn)動(dòng) 附件夾具。
0035圖20示出了根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的另一樞軸轉(zhuǎn)動(dòng)附件 夾具。
0036圖21A—21B示出了根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的另一樞軸轉(zhuǎn) 動(dòng)附件夾具。
0037圖22A—22C示出了將外科手術(shù)附件定位并夾持于根據(jù)本 發(fā)明實(shí)施例的圖21A—21B所示外科手術(shù)附件夾具內(nèi)的透視圖。
0038圖23A—23C示出了根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的另一樞軸轉(zhuǎn) 動(dòng)附件夾具。
0039圖24A—24F示出了將外科手術(shù)附件定位并夾持于根據(jù)本 發(fā)明另一實(shí)施例的外科手術(shù)附件夾具內(nèi)的透視圖。
0040圖25A—25B示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的第一安裝部分的 透視圖。
0041圖26A—26B示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的第二安裝部分的 透視圖。
0042參照以下詳細(xì)說(shuō)明可最好地理解本發(fā)明的實(shí)施例及其優(yōu) 點(diǎn)。應(yīng)理解，在一個(gè)或多個(gè)附圖中，相同參照數(shù)字指相同元件。也應(yīng) 理解附圖不必按照比例繪制。
具體實(shí)施例方式
0043本發(fā)明提供了用于對(duì)病人執(zhí)行機(jī)器人輔助外科手術(shù)過(guò)程的 多部件系統(tǒng)和方法，尤其包括開放外科手術(shù)過(guò)程、立體定向等神經(jīng)外 科過(guò)程以及如腹腔鏡、關(guān)節(jié)鏡、胸腔鏡等內(nèi)窺鏡手術(shù)程序。本發(fā)明的 系統(tǒng)和方法作為允許外科醫(yī)生從離病人較遠(yuǎn)的位置通過(guò)伺服機(jī)構(gòu)操縱 外科手術(shù)器械的遠(yuǎn)程機(jī)器人外科手術(shù)系統(tǒng)的部分尤其有用。為此目的, 本發(fā)明的操縱器設(shè)備或從動(dòng)設(shè)備通常由運(yùn)動(dòng)等效的主控驅(qū)動(dòng)以形成帶有力反饋的遠(yuǎn)程呈現(xiàn)系統(tǒng)。適當(dāng)主從系統(tǒng)的說(shuō)明可參見1995年8月21 fl提交的美國(guó)專利申請(qǐng)第08/517,053號(hào)，其全部公開被并入本文以供 參考。
0044詳細(xì)參照附圖，其中相同數(shù)字代表相同元件，根據(jù)本發(fā)明 實(shí)施例示出了遠(yuǎn)程機(jī)器人外科手術(shù)系統(tǒng)2。如圖1所示，遠(yuǎn)程機(jī)器人系 統(tǒng)2 --般包括安裝于手術(shù)臺(tái)O或其附近的一個(gè)或多個(gè)外科操縱器組件 4，以及用于允許外科醫(yī)生S觀看外科手術(shù)部位并控制操縱器組件4的 控制組件6。系統(tǒng)2也包括一個(gè)或多個(gè)觀察儀組件19和適于可拆裝地 連接于操縱器組件4 (如下文詳細(xì)所述)的多個(gè)手術(shù)器械組件20。遠(yuǎn) 程機(jī)器人系統(tǒng)2通常包括至少兩個(gè)操縱器組件4，且優(yōu)選包括三個(gè)操縱 器組件4。操縱器組件4的準(zhǔn)確數(shù)量取決于手術(shù)過(guò)程和手術(shù)室內(nèi)的空間 限制以及其他因素。如下詳細(xì)所述，操縱器組件4中之一一般運(yùn)行用 于觀看手術(shù)部位的觀察儀組件19 (如內(nèi)窺鏡手術(shù))，而其他操縱器組 件4運(yùn)行用于對(duì)病人P執(zhí)行各種手術(shù)程序的手術(shù)器械20。
0045控制組件6可位于通常與手術(shù)臺(tái)0處于相同房間內(nèi)的外 科醫(yī)生操縱臺(tái)C處，使得外科醫(yī)生可以和他/她的(若干)助手A對(duì)話， 并直接監(jiān)控手術(shù)過(guò)程。但是，可以理解，外科醫(yī)生S可處于與病人P 不同的房間或完全不同的建筑物內(nèi)?？刂平M件6—般包括支架8、用于 向外科醫(yī)生S顯示外科手術(shù)部位圖像的監(jiān)控器10以及用于控制操縱器 組件4的一個(gè)或多個(gè)控制器12。(若干)控制器12可包括多個(gè)輸入裝 置，如操縱桿、手套、觸發(fā)槍、手動(dòng)控制器、語(yǔ)音識(shí)別裝置等。(若 干)控制器12優(yōu)選與相關(guān)外科手術(shù)器械組件20具有相同的自由度， 以為外科醫(yī)生提供遠(yuǎn)程呈現(xiàn)或控制器12與器械20整合的感知度，使 得外科醫(yī)生有直接控制器械20的強(qiáng)烈感覺。位置、力度和觸覺反饋傳 感器(未示出)也可用于器械組件20上以在外科醫(yī)生操作遠(yuǎn)程機(jī)器人 系統(tǒng)時(shí)將位置、力度和觸覺感覺從外科手術(shù)器械傳回外科醫(yī)生的手部。 用于為手術(shù)人員提供遠(yuǎn)程呈現(xiàn)的一個(gè)適當(dāng)系統(tǒng)和方法在1995年8月21 曰提交的美國(guó)專利申請(qǐng)第08/517,053號(hào)中描述，該申請(qǐng)?jiān)谇拔闹幸驯?并入本文以供參考。
0046監(jiān)控器10可適當(dāng)連接到觀察儀組件19，使得外科手術(shù)部 位的圖像提供于外科手術(shù)控制臺(tái)C上外科醫(yī)生手部附近。監(jiān)控器10優(yōu)選在顯示器18上顯示被定向的反轉(zhuǎn)圖像，使得外科醫(yī)生感覺他/她自己 正實(shí)際向下直接看到手術(shù)部位。為此目的，外科手術(shù)器械20的圖像好 像基本被定位于手術(shù)人員的手部位置，即使觀察點(diǎn)(即內(nèi)窺鏡或觀察 攝像機(jī))并不來(lái)自于該圖像的觀察視角。另外，實(shí)時(shí)圖像優(yōu)選地被轉(zhuǎn) 換為透視圖像使得手術(shù)人員像觀看基本真實(shí)呈現(xiàn)的工作空間那樣操縱 末端執(zhí)行器和手控制器。真實(shí)呈現(xiàn)指圖像的展現(xiàn)是模擬實(shí)際操縱外科 手術(shù)器械20的手術(shù)人員的視角的真實(shí)透視圖像。因此，控制器(未示 出)將外科手術(shù)器械20的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為感知位置，使得透視圖像是攝像 機(jī)或內(nèi)窺鏡位于手術(shù)器械20正后方人們的所見圖像。用于提供這個(gè)虛 擬圖像的適當(dāng)坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換系統(tǒng)參見1994年5月5日提交的美國(guó)專利申 請(qǐng)第08/239,086號(hào)即目前的美國(guó)專利第5,631,973號(hào)，其全文結(jié)合于此 以供參考。0047如圖1所示，提供了伺服機(jī)構(gòu)16用以將控制器12的機(jī)械 動(dòng)作傳遞至操縱器組件4。伺服機(jī)構(gòu)16可獨(dú)立于操縱器組件4或與其 整合。伺服機(jī)構(gòu)16通常提供來(lái)自外科手術(shù)器械20的力和力矩反饋至 手動(dòng)控制器12。另外，伺服機(jī)構(gòu)16包括安全監(jiān)控控制器(未示出)， 該安全監(jiān)控控制器響應(yīng)識(shí)別的情況(如對(duì)病人用力過(guò)度、操縱器組件4 "失控"等)而停止或至少抑制所有機(jī)器人動(dòng)作。伺服機(jī)構(gòu)優(yōu)選具有 至少10 hz的3 dB截止頻率的伺服帶寬，使得系統(tǒng)可快速準(zhǔn)確地響應(yīng) 外科醫(yī)生使用的快速手部動(dòng)作。為有效地使用該系統(tǒng)進(jìn)行手術(shù)，操縱 器組件4的慣性相對(duì)較低，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)170 (見圖8)具有相對(duì)較低的 傳動(dòng)比的齒輪或滑輪連接。任何適當(dāng)?shù)某Ｒ?guī)或?qū)Ｓ盟欧C(jī)構(gòu)可用于本 發(fā)明的實(shí)踐中，并且尤其優(yōu)選結(jié)合力和力矩反饋的那些結(jié)構(gòu)用于本系 統(tǒng)的遠(yuǎn)程呈現(xiàn)。0048參照?qǐng)D7，外科手術(shù)器械20各自包括腕單元22和可拆裝 地連接于腕單元22的外科手術(shù)工具24 (圖3A和3B)。如下詳細(xì)所 述，各腕單元22 —般包括可樞軸轉(zhuǎn)動(dòng)地連接于外科工具24的近端具 有蓋58且遠(yuǎn)端具有腕60的細(xì)長(zhǎng)軸件56。各腕單元22基本相同，且根 據(jù)手術(shù)程序的需要，可將不同或相同的外科工具24連接到腕單元22 上?？商娲?，腕單元22可具有設(shè)計(jì)用于各個(gè)手術(shù)工具24的專用腕 60，使得腕單元22可與常規(guī)工具24—起使用。如圖l所示，器械組件20通常臨近手術(shù)臺(tái)0組裝到桌子T或其他適當(dāng)支架上。根據(jù)本發(fā)明 的方法(如下所述)，腕單元22及其相關(guān)外科工具24可在外科手術(shù) 過(guò)程中通過(guò)從操縱器組件4連接、分離腕單元軸件56而迅速更換。0049參照?qǐng)D2，各操縱器組件4優(yōu)選通過(guò)安裝接頭30安裝于 手術(shù)臺(tái)O。安裝接頭30為組件4提供了多個(gè)(優(yōu)選至少為5個(gè))自由 度，并且這些安裝接頭30包括制動(dòng)器(未示出)使得組件4可固定于 相對(duì)病人的適當(dāng)位置和方向。接頭30安裝于插座32，該插座32用于 將安裝接頭30安裝至手術(shù)臺(tái)O并連接各操作器組件4至伺服機(jī)構(gòu)16。 另外，插座32可連接接頭30至其他系統(tǒng)，如射頻(RF)電源、抽吸 沖水系統(tǒng)等。插座32包括安裝臂部件34，該安裝臂部件34可沿手術(shù) 臺(tái)0的外軌36滑動(dòng)地安置。操縱器組件4也可使用其他機(jī)構(gòu)定位于手 術(shù)臺(tái)O上方。例如，系統(tǒng)可結(jié)合在病人上方移動(dòng)并固定一個(gè)或多個(gè)操 縱器組件4的支承系統(tǒng)(被連接于手術(shù)室的天花板或墻壁)。0050現(xiàn)參照?qǐng)D3—8，將進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明操縱器組件4。操縱器 組件4是三部件設(shè)備，其包括非消毒驅(qū)動(dòng)與控制部件、可消毒的末端 執(zhí)行器或外科手術(shù)工具(如外科手術(shù)器械組件20)以及中間連接器組 件。中間連接器包括用于連接外科手術(shù)工具24和驅(qū)動(dòng)與控制部件以及 用于從驅(qū)動(dòng)部件傳遞動(dòng)作至外科手術(shù)工具24的機(jī)械元件。如圖3B所 示，驅(qū)動(dòng)與控制部件一般包括驅(qū)動(dòng)組件40和連接于安裝托架44的多 自由度機(jī)器人臂部件42，該驅(qū)動(dòng)與控制部件適于安裝在安裝接頭30(圖 2)上。驅(qū)動(dòng)組件40和機(jī)器人臂部件42優(yōu)選可繞X軸樞軸轉(zhuǎn)動(dòng)地連接 于托架44， X軸延伸穿過(guò)球形旋轉(zhuǎn)45的遠(yuǎn)程中心(見圖8，如下進(jìn)一 步詳述)。操縱器組件4還包括固定于臂部件42遠(yuǎn)端48的前臂組件 46以及連接于前臂組件46用于將腕單元22和外科手術(shù)工具24安裝至 操縱器組件4的腕單元調(diào)節(jié)器52。0051對(duì)于內(nèi)窺鏡手術(shù)過(guò)程，操縱器組件4還包括連接于前臂 46下部用以安裝套管66至操縱器組件4的套管調(diào)節(jié)器64?；蛘撸?管66可為嵌入前臂組件46的整體套管(未示出)(即不可拆裝)。 套管66可包括安裝至套管66內(nèi)的環(huán)形軸承的力傳感元件(未示出)， 如應(yīng)變儀或力傳感電阻器。力傳感軸承在外科手術(shù)期間支承外科手術(shù) 工具24，允許工具旋轉(zhuǎn)并軸向移動(dòng)穿過(guò)軸承的中心孔。另外，軸承將由外科手術(shù)工具24所施橫向力傳遞至連接于伺服機(jī)構(gòu)16以將這些橫 向力傳遞至控制器12的力傳感元件。這樣，可不受如外科手術(shù)切口周 圍的組織等作用于套管66上的力或作用于操縱器組件4上的重力和慣 性力的干擾而探測(cè)到作用亍外科手術(shù)工具24上的力。這有助于將操縱 器組件4用于機(jī)器人系統(tǒng)中，因?yàn)橥饪漆t(yī)生可直接感應(yīng)到反作用于外 科手術(shù)工具24上的力。0052如圖3A所示，操縱器組件4還包括尺寸可基本覆蓋整個(gè) 操縱器組件4的消毒簾70。簾70具有一對(duì)孔72、 74，孔72、 74按尺 寸制作并且被排列以使腕單元調(diào)節(jié)器52和套管調(diào)節(jié)器64可穿過(guò)孔72、 74以安裝腕單元22和套管66至操縱器組件4。消毒簾70包括布料， 該布料被配置為有效從手術(shù)部位隔離操縱器組件4，使得組件4的多數(shù) 部件(即臂部件42、驅(qū)動(dòng)器組件40和前臂組件46)不必在外科手術(shù) 程序之前或之后消毒。0053如圖3A所示，腕單元調(diào)節(jié)器52和套管調(diào)節(jié)器64穿過(guò)簾 70的孔72、 74，使得前臂組件46和操縱器組件4的其他部分在手術(shù) 過(guò)程期間保持與病人隔離。在一實(shí)施例中，腕單元調(diào)節(jié)器52和套管調(diào) 節(jié)器64被制造為需消毒的可重復(fù)使用部件，因?yàn)檫@些部件伸入手術(shù)部 位的消毒區(qū)。腕單元和套管調(diào)節(jié)器52、 64可通過(guò)如蒸氣、熱壓、化學(xué) 制品等普通方法消毒。再次參照?qǐng)D3B，腕單元調(diào)節(jié)器52包括接收腕 單元22的軸件56的開口 80。如下詳細(xì)所述，軸件56可橫向穿過(guò)幵口 80并卡入或搭扣配合調(diào)節(jié)器52，使得腕單元的調(diào)節(jié)器52的非暴露部 分保持消毒(即保持在消毒區(qū)對(duì)面的消毒簾70的消毒側(cè))。腕單元調(diào) 節(jié)器52也可包括用于固定腕單元22于其內(nèi)的插銷(未示出)。同樣， 套管調(diào)節(jié)器64包括用于卡合套管66的開口 82，使得調(diào)節(jié)器64的非暴 露部分在外科手術(shù)過(guò)程期間保持消毒。0054如圖4所示，腕單元調(diào)節(jié)器52也可配置為接收觀看外科 手術(shù)部位的觀察儀100。對(duì)于內(nèi)窺鏡手術(shù)過(guò)程，觀察儀100可為常規(guī)內(nèi) 窺鏡， 一般包括剛性長(zhǎng)管102，該長(zhǎng)管102包括透鏡系統(tǒng)(未示出)和 管102近端的攝像機(jī)座104。小型攝像機(jī)106優(yōu)選附于攝像機(jī)座104， 并且連接到視頻監(jiān)控器10以提供手術(shù)過(guò)程的視頻圖像。觀察儀100優(yōu) 選具有被配置為允許相對(duì)于管102橫向或成角度觀察的遠(yuǎn)端(未示出)。該觀察儀也可具有可引導(dǎo)尖端，該可引導(dǎo)尖端可通過(guò)在操縱管102近 端的啟動(dòng)器轉(zhuǎn)向或旋轉(zhuǎn)。該類型的觀察儀可從伊利諾斯州Deerfield的 Baxter Healthcare公司或加利福尼亞州Menlo Park市的Origin Medsystems公司買至lj。0055如圖4所示，觀察儀IOO還包括連接觀察儀IOO至腕單元 調(diào)節(jié)器52的觀察儀調(diào)節(jié)器110。觀察儀調(diào)節(jié)器110可消毒，能經(jīng)受住 環(huán)氧乙烷(ETO)消毒和髙壓加熱消毒，且包括用于從驅(qū)動(dòng)組件40傳 遞動(dòng)作至觀察儀100的多個(gè)動(dòng)作饋通(feed-through)(未示出)。在 優(yōu)選配置中，動(dòng)作包括俯仰和偏轉(zhuǎn)動(dòng)作、繞Z軸的旋轉(zhuǎn)以及沿Z軸的 移動(dòng)。0056現(xiàn)參照?qǐng)D5和6，將進(jìn)一步詳述前臂組件46。如圖5所示， 前臂組件46包括固定至臂部件42的外殼120和可滑動(dòng)連接于外殼120 的可移動(dòng)滑架122。滑架122可滑動(dòng)安裝腕單元調(diào)節(jié)器52至外殼120， 以沿Z軸方向移動(dòng)腕單元調(diào)節(jié)器52和腕單元20。另外，滑架122確定 了用于從前臂組件46傳遞動(dòng)作和電信號(hào)至腕單元調(diào)節(jié)器52的多個(gè)開 口 123。如圖6所示，多個(gè)可旋轉(zhuǎn)軸件124安裝于外殼120內(nèi)以從臂部 件42通過(guò)開口 123傳遞動(dòng)作至腕單元調(diào)節(jié)器52和腕單元22。旋轉(zhuǎn)軸 件124優(yōu)選為腕單元22提供至少4個(gè)自由度，包括外科手術(shù)工具24 繞腕單元22的腕60的俯仰和偏轉(zhuǎn)動(dòng)作、腕單元22繞Z軸的旋轉(zhuǎn)以及 工具24的致動(dòng)。如果需要，系統(tǒng)也可配置為提供更多或更少自由度。 工具24的致動(dòng)可包括多種動(dòng)作，如打開和關(guān)閉夾鉗、抓鉗或剪刀、使 用固定夾或釘子等。腕單元22和工具24沿Z軸方向的動(dòng)作是由延伸 于前臂外殼120各端上可旋轉(zhuǎn)滑輪128、 129之間的一對(duì)滑架纜線驅(qū)動(dòng) 器126提供。纜線驅(qū)動(dòng)器126用于相對(duì)前臂外殼120沿Z軸方向移動(dòng) 滑架122和腕單元22。0057如圖6所示，臂部件42的遠(yuǎn)端48包括連接組件130，該 連接組件130具有從臂部件42傳遞動(dòng)作至前臂組件46的多個(gè)動(dòng)作饋 通132。另外，連接組件130包括從臂部件42傳遞電信號(hào)至腕單元22 的多個(gè)電連接(未示出)。同樣，腕單元調(diào)節(jié)器52包括多個(gè)動(dòng)作饋通 (未示出)和電連接(未示出)，這些動(dòng)作饋通和電連接用于傳遞動(dòng) 作并且發(fā)送電信號(hào)至腕單元22和從腕單元22接收電信號(hào)(如，發(fā)送、接收從外科手術(shù)部位至控制器12的力和力矩反饋信號(hào))。連接組件130 和腕單元調(diào)節(jié)器52各側(cè)部件的動(dòng)作范圍有限。通常，這一運(yùn)動(dòng)范圍至 少在1周轉(zhuǎn)并且優(yōu)選大于1周轉(zhuǎn)。當(dāng)前臂組件46機(jī)械連接于連接組件 130吋以及當(dāng)腕單元調(diào)節(jié)器52機(jī)械連接于前臂46時(shí)，這些動(dòng)作范圍相 互對(duì)齊。0058參照?qǐng)D7，將進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明腕單元22。如圖所示，腕單 元22包括空心軸件56，該空心軸件56近端連接有蓋58，遠(yuǎn)端連接有 腕60。腕60包括用于可拆裝地連接多個(gè)外科手術(shù)工具24至軸件56的 連接頭(未示出)。軸件56可轉(zhuǎn)動(dòng)地連接于蓋58以提供軸件56和工 具24繞軸件56縱軸(即Z軸)的旋轉(zhuǎn)。蓋58容納有用于從腕單元調(diào) 節(jié)器52傳遞動(dòng)作至軸件56內(nèi)的驅(qū)動(dòng)纜線(未示出)的機(jī)構(gòu)(未示出)。 驅(qū)動(dòng)纜線可適當(dāng)連接以驅(qū)動(dòng)軸件56內(nèi)的滑輪從而繞腕60旋轉(zhuǎn)工具24， 并致動(dòng)或啟動(dòng)工具24上的末端執(zhí)行器140。腕60也可由其他機(jī)構(gòu)操作， 如差動(dòng)齒輪、推桿等。0059工具24可拆裝地連接于腕單元22的腕60。工具24優(yōu)選 包括末端執(zhí)行器65 (圖3A和3B)，該末端執(zhí)行器65具有用于為外 科醫(yī)生提供觸覺反饋的觸覺傳感器陣列(未示出)。工具24可包括具 有由線鏈路、離心凸輪、推桿或其他機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)的末端執(zhí)行器的多種鉸 接工具，如夾鉗、剪刀、抓鉗、持針器、顯微切割儀、釘合器、釘機(jī)、 抽吸沖洗工具、施夾鉗等。另外，工具24可包括非鉸接器械，如切割 刀片、探頭、沖洗器、導(dǎo)液管或抽吸孔?；蛘?，工具24可包括用于消 融、切除、切割、或凝結(jié)組織的電外科探針。在后一實(shí)施例中，腕單 元22包括導(dǎo)電元件，如連接于穿過(guò)軸件56至工具24的導(dǎo)線或桿的近 端香蕉插頭。0060參照?qǐng)D4和8，將進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的驅(qū)動(dòng)與控制部 件(即機(jī)器人臂部件42和驅(qū)動(dòng)組件40)的具體結(jié)構(gòu)。如上所述，臂部 件42和驅(qū)動(dòng)組件40繞從安裝托架44伸出的一對(duì)銷150可旋轉(zhuǎn)連接。 臂部件42優(yōu)選包括細(xì)長(zhǎng)的基本剛性的主體152，遠(yuǎn)端48連接于前臂組 件48，近端154可樞軸轉(zhuǎn)動(dòng)地連接于驅(qū)動(dòng)組件40和托架44，以進(jìn)行 俯仰、偏轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)或繞X、 Y軸旋轉(zhuǎn)(注意Y軸垂直于紙面并延伸穿過(guò) 點(diǎn)45，見圖8)。臂部件40可有其它配置，如肘臂(類似人的手臂)、展)等。靜止偏轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)156安裝于安裝托架44 以繞X軸旋轉(zhuǎn)臂部件42和驅(qū)動(dòng)組件40。驅(qū)動(dòng)組件40也包括連接于臂 部件42以繞Y軸旋轉(zhuǎn)臂部件的俯仰電動(dòng)機(jī)158。 一對(duì)基本剛性聯(lián)動(dòng)元 件160、 124從托架44伸至機(jī)器人臂部件42，可繞Y軸樞軸轉(zhuǎn)動(dòng)地連 接臂部件42至托架44。聯(lián)動(dòng)元件160之一可樞軸轉(zhuǎn)動(dòng)地連接于臂部件 42，另一聯(lián)動(dòng)元件124可樞軸轉(zhuǎn)動(dòng)地連接于平行于臂部件42延伸的第 三聯(lián)動(dòng)元件164。機(jī)器人臂部件42優(yōu)選為槽形剛性元件，其至少部分 容納第三聯(lián)動(dòng)元件164。聯(lián)動(dòng)元件160、 124、 164和臂部件42形成平 行四邊形聯(lián)動(dòng)裝置，其中的各構(gòu)件按平行四邊形連接在一起，僅能在 由構(gòu)件形成的平面內(nèi)相對(duì)移動(dòng)。0061固定于臂部件42遠(yuǎn)端48的腕單元22的Z軸與上述平行 四邊形聯(lián)動(dòng)裝置的x軸相交。腕單元22具有繞圖8所示的數(shù)字45所 指位置球形旋轉(zhuǎn)的遠(yuǎn)程中心。因此，腕單元22的遠(yuǎn)端可繞自身的軸或 X和Y軸旋轉(zhuǎn)，而旋轉(zhuǎn)的遠(yuǎn)程中心45保持位置不變。遠(yuǎn)程中心定位裝 置的更完整的說(shuō)明可參見1995年7月20日提交的美國(guó)專利申請(qǐng)第 08/504,301號(hào)即目前的美國(guó)專利第5，931，832號(hào)，其完整公開為所有目 的結(jié)合于此以供參考。應(yīng)注意臂部件42和驅(qū)動(dòng)組件40可與以上所述 以及圖8所示以外的范圍廣泛的定位裝置一起使用，如立體定向定位 器、固定平衡環(huán)/固定萬(wàn)向常平架等。0062再次參照?qǐng)D8,驅(qū)動(dòng)組件40還包括連接于臂部件42以隨 之旋轉(zhuǎn)的多個(gè)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)170。俯仰和偏轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)156、 158控制臂部 件42 (和驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)170)繞X和Y軸的動(dòng)作，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)170控制 腕單元22和外科手術(shù)工具24的動(dòng)作。優(yōu)選至少五個(gè)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)170 連接于臂部件42，為腕單元22提供至少5個(gè)自由度。驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)170 優(yōu)選包括用于響應(yīng)伺服機(jī)構(gòu)16的編碼器(未示出)和用于傳遞力和力 矩反饋至外科醫(yī)生S的力傳感器(未示出)。如上所述，5個(gè)自由度優(yōu) 選包括滑架122和腕單元22沿Z軸方向的移動(dòng)，腕單元22繞Z軸的 旋轉(zhuǎn)，外科手術(shù)工具24繞腕60的俯仰和偏轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)以及工具24的致動(dòng)。0063如圖所示，纜線172從各電動(dòng)機(jī)170繞臂部件42內(nèi)的電 動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)滑輪174、空轉(zhuǎn)滑輪176以及沿相對(duì)較大的罐式絞盤178延伸 以最小化摩擦力矩對(duì)纜線172的影響。纜線172各自繞臂部件42的遠(yuǎn)端48的另一空轉(zhuǎn)滑輪180、繞連接驅(qū)動(dòng)滑輪182延仲并回到電動(dòng)機(jī)170。 纜線172優(yōu)選在電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)滑輪174和連接驅(qū)動(dòng)滑輪182處張緊并固 定。如圖8所示，連接驅(qū)動(dòng)滑輪182經(jīng)多條纜線186連接于連接組件 130內(nèi)多個(gè)較小滑輪184以從電動(dòng)機(jī)170傳遞動(dòng)作至腕單元調(diào)節(jié)器52。0064現(xiàn)將參照?qǐng)Dl一9說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的對(duì)病人執(zhí)行外科手術(shù) 過(guò)程的方法。如圖2所示，安裝接頭30連接于通過(guò)沿軌道36滑動(dòng)安 裝臂部件34連在手術(shù)臺(tái)0上的插座32上。之后各操縱器組件4連接 于各安裝接頭30并鉸接于相對(duì)于病人P的適當(dāng)位置和方向。插座32 然后連接于伺服機(jī)構(gòu)16和外科手術(shù)程序期間所需的其他系統(tǒng)，如RF 電源、抽吸/沖洗系統(tǒng)等。消毒簾70在病人麻醉之前、期間或之后置于 操縱器組件4上(圖3A)。為準(zhǔn)備外科手術(shù)過(guò)程，操縱器組件4在用 簾70覆蓋前可進(jìn)行化學(xué)清潔或可不進(jìn)行化學(xué)清潔。腕單元調(diào)節(jié)器52、 套管調(diào)節(jié)器64以及觀察儀調(diào)節(jié)器110卡在操縱器組件4的前臂組件46 上(見圖3B和5)。觀察儀調(diào)節(jié)器110和腕單元調(diào)節(jié)器52的數(shù)量和 相對(duì)位置當(dāng)然取決于各個(gè)外科手術(shù)過(guò)程(如開放式外科手術(shù)過(guò)程中無(wú) 需套管調(diào)節(jié)器64)。0065在外科手術(shù)程序期間，外科手術(shù)器械組件20通過(guò)橫推各 腕單元軸件56穿過(guò)腕單元調(diào)節(jié)器52的開口 80而連接于各個(gè)操縱器組 件4。各腕單元22可具有適當(dāng)識(shí)別裝置(未示出)以快速并輕松指示 連接于腕單元22的工具24的類型。當(dāng)外科醫(yī)生希望更換外科手術(shù)工 具24時(shí)，他/她可操縱控制器(若干控制器)12使得滑架122沿前臂 組件46移至行程的頂部或近端位置(見圖3B)。在這個(gè)位置，外科 手術(shù)工具24處于套管66內(nèi)或在開放式手術(shù)過(guò)程中從手術(shù)部位移除。 助手(若干助手)A之后上拉腕蓋58以松開插銷(未示出)，從而允 許腕單元22進(jìn)一步向上滑動(dòng)，滑出套管66。之后助手(若干助手)A 可橫拉腕單元22使其從腕單元調(diào)節(jié)器52分離。當(dāng)腕單元22不再連接 于調(diào)節(jié)器52時(shí)，控制機(jī)構(gòu)認(rèn)為系統(tǒng)處于"工具更換模式"，并驅(qū)動(dòng)滑 架122至近端位置，如果外科醫(yī)生沒(méi)有將其移至該位置。0066要連接另一外科手術(shù)器械組件20至操縱器組件4，助手 (若干助手)A從桌子T上抓取另一組件20，將腕單元軸件56橫向推 入腕單元調(diào)節(jié)器52的開口 80,之后下移腕單元22使得外科手術(shù)工具24處于套管66內(nèi)(見圖1和3B)。腕單元22的這種下移自動(dòng)配合腕 蓋58和腕單元調(diào)節(jié)器52內(nèi)的電連接和動(dòng)作饋通(未示出)。系統(tǒng)可 包括被配置為鎖定頂部或近端位置處的滑架122行程的控制機(jī)構(gòu)，如 通過(guò)啟動(dòng)制動(dòng)器(未示出)，直至連接頭配好并且腕單元22不再下移。 此吋，外科醫(yī)生S可繼續(xù)外科手術(shù)程序。0067本發(fā)明的系統(tǒng)和方法優(yōu)選包括用于計(jì)數(shù)腕單元22與腕單 元調(diào)節(jié)器52分離和連接次數(shù)的機(jī)構(gòu)。這樣，制造商可限制腕單元22 可使用的次數(shù)。在具體配置中，集成電路芯片(未示出)位于腕蓋58 內(nèi)。電路芯片計(jì)數(shù)腕單元22連接于腕單元調(diào)節(jié)器52的次數(shù)，如20次， 并在外科醫(yī)生的控制臺(tái)C上顯示預(yù)警?？刂葡到y(tǒng)之后通過(guò)減少其可運(yùn) 送的負(fù)載或增加明顯后沖而降低系統(tǒng)的工作性能。0068現(xiàn)參照?qǐng)D9A，示出了根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的包括局部 由消毒簾270覆蓋的機(jī)器人外科手術(shù)操縱器204的機(jī)器人外科手術(shù)系 統(tǒng)200。圖9B和9C是圖9A所示的而沒(méi)有覆蓋消毒簾的機(jī)器人外科手 術(shù)操縱器的視圖，以示出連接驅(qū)動(dòng)組件和外科手術(shù)夾具、腕單元、外 科手術(shù)工具的多自由度臂部件。系統(tǒng)200與以上參照?qǐng)Dl一8所示和描 述的系統(tǒng)相似，但外科手術(shù)夾具264不穿過(guò)消毒簾270，并與外科手術(shù) 附件266 (如套管)接口連接，手術(shù)程序期間，部分簾270從外科手術(shù) 的消毒區(qū)有效隔離附件夾具264。有利地，外科手術(shù)過(guò)程前，附件夾具 264不要求被消毒或更換，因此節(jié)省了成本，由于穿過(guò)消毒簾的開口減 少了一個(gè)，系統(tǒng)200更好地與消毒區(qū)隔離，從而可以更好地隔離了系 統(tǒng)設(shè)備。0069上述包括(功能性相同或相似的)驅(qū)動(dòng)組件40、臂部件 42、前臂組件46、腕單元調(diào)節(jié)器52、腕單元22以及工具24的相同或 相似的操縱器組件4可用于系統(tǒng)200中，并且與附件夾具264 —起使 用，因而省去了對(duì)相同或相似部分的重復(fù)說(shuō)明。但是，圖9A—9C示 出了不同的驅(qū)動(dòng)組件240、臂部件242、前臂組件246和接口 252，它 們使用軸256和末端執(zhí)行器265致動(dòng)或啟動(dòng)工具224。驅(qū)動(dòng)組件240、 臂部件242、前臂組件246、接口 252以及其他適用部件或工具的實(shí)施 例參見例如美國(guó)專利第6，331，181號(hào)、第6,491,701號(hào)、第6,770,081號(hào)， 其全部公開為所有目的結(jié)合于此以供參考。現(xiàn)在將更詳細(xì)地說(shuō)明夾具264、附件266以及簾270部分的實(shí)施例。0070圖10是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的外科手術(shù)夾具264、外科手 術(shù)附件266以及其間消毒簾270的消毒簾部分270a的橫向剖視圖。外 科手術(shù)夾具264包括兩個(gè)夾鉗264a，這些夾鉗264a被致動(dòng)以在其間"捕 獲或抓住"附件266。 一個(gè)或兩個(gè)夾鉗264a可為有源的或可致動(dòng)的。 在一實(shí)施例中，控制桿部分可通過(guò)滑動(dòng)動(dòng)作或樞軸轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)作來(lái)致動(dòng)夾 鉗264a。0071圖11A—11C示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的外科手術(shù)附件 266的示例，如套管300。套管300可選包括環(huán)302，這些環(huán)302用于 為外科系統(tǒng)200自動(dòng)識(shí)別套管類型，提供例如核實(shí)該附件與特定機(jī)器 人系統(tǒng)兼容的信息、需要時(shí)系統(tǒng)重新配置參數(shù)以及附件具體信息，如 工具壽命數(shù)據(jù)、套管長(zhǎng)度、整體外觀等。為從環(huán)302讀取信息，印刷 電路板(PCB) 304、磁體306以及傳感器308可為附件夾具264或前 臂組件246的一部分(圖9B和9C)。注意本發(fā)明不限于套管附件， 各種附件266都屬于本發(fā)明的范圍內(nèi)，包括但不限于在外科手術(shù)過(guò)程 的任何時(shí)間可與機(jī)器人臂部件連接或從其上移除的可重復(fù)使用的或一 次性附件，如內(nèi)窺鏡/攝像機(jī)組件以及外科手術(shù)器械(如牽開器和穩(wěn)定 器)。0072圖12A—12C示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的外科手術(shù)附件夾 具400的不同視圖。附件夾具400包括用于連接至機(jī)器人操縱器臂部 件(如前臂組件246)的遠(yuǎn)端的底座402、兩個(gè)夾鉗404以及用于致動(dòng) 兩個(gè)夾鉗404至打開位置或閉合位置的控制桿部分406。圖12A和12B 突出示出了附件夾具400的不同部件，圖12C示出了組件的剖面透視 圖 圖13A和13B示出了夾有附件的整個(gè)組件。0073如圖12A所示，在夾具的這一特定實(shí)施例中，隨著控制 桿部分406相對(duì)底座402上下移動(dòng)以引導(dǎo)控制桿平滑操作過(guò)程中，凸 輪從動(dòng)件408沿控制桿部分406中的槽410移動(dòng)。隨著控制桿上移， 第二凸輪從動(dòng)件408—1與控制桿410—1的坡道部分相互作用，該控 制桿410—1在打開位置和閉合位置間致動(dòng)夾鉗404(如圖14A—14C)。 坡道部分用作部分確定施于附件負(fù)載以及閉合控制桿所需負(fù)載的凸輪 和彈簧。另外，凸輪具有髙點(diǎn)，該高點(diǎn)產(chǎn)生過(guò)中心特征以保持夾具閉合并將夾具被嚙合的正反饋傳給用戶。定位螺釘403允許導(dǎo)向凸輪從 動(dòng)件的冗余固定法?，F(xiàn)參照?qǐng)D12B，預(yù)組裝在塊414中的傳感器412 通過(guò)定位銷417定位于底座402內(nèi)，使得傳感器末端412a具有感測(cè)套 管300 (圖11A—11C)等夾持附件識(shí)別信息的理想固定位置。螺釘415 使底座402連接于操縱器臂部件。應(yīng)理解也可使用各種其它裝置將底 座402連接于操縱器臂部件，如通過(guò)粘合劑或焊接材料。圖12C示出 了樞軸銷420 (如8—32螺紋418)，該樞軸銷420用作夾鉗404在打 開和閉合位置間移動(dòng)時(shí)的旋轉(zhuǎn)軸。在這個(gè)實(shí)施例中，夾鉗404由夾鉗 間的彈簧416偏壓入打開位置，夾鉗沒(méi)有通過(guò)控制桿部分406被驅(qū)使 至閉合位置時(shí)，該彈簧416保持夾鉗處于打開位置。應(yīng)理解，夾具也 可設(shè)計(jì)以使夾鉗在沒(méi)有致動(dòng)至打開位置時(shí)自然處于閉合位置。0074圖13A和13B示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的組裝的圖12A 一12C所示外科手術(shù)夾具400的透視圖。套管300鎖定在處于閉合位 置的夾鉗404之間。0075圖14A—14C示出了將套管300定位并夾持在根據(jù)本發(fā)明 實(shí)施例的圖12A—12C所示外科手術(shù)夾具400內(nèi)的透視圖和側(cè)視圖。 圖14A示出了處于第一 (打開)位置的附件夾具400，夾鉗404由其 間的彈簧偏壓打開。圖14B示出了定位在夾鉗404間的附件400。圖 14C示出了控制桿部分406相對(duì)底座部分沿箭頭A所指方向朝向夾鉗 404上推從而驅(qū)使夾鉗404至閉合位置時(shí)處于第二 (閉合)位置的附件 夾具400。因此，通過(guò)朝向夾鉗404滑動(dòng)控制桿部分406致動(dòng)夾鉗404。 下文將參照?qǐng)D19一23示出并說(shuō)明其他實(shí)施例中的旋轉(zhuǎn)控制桿部分。0076圖15和16示出了裝配在圖12A—12C所示附件夾具400 的夾鉗404之上的消毒簾部分270a的兩個(gè)示例的不同視圖。消毒簾部 分270a被制成與夾鉗404的形狀相配，沿夾鉗的有源部件折曲。因此 處于閉合位置時(shí)，簾部分270a的表面被塑型(此情形中為圓柱形)以 容納并夾持附件。0077消毒簾部分270a優(yōu)選由剛性和強(qiáng)度足以允許正常置于非 消毒附件夾具上且甚至在沿各種方向施加循環(huán)負(fù)載的情況下耐撕裂的消毒簾部分270a可被制成單個(gè)消毒簾的部分或可由粘合劑、熱、RF焊接或其它方式連接于主消毒簾270的獨(dú)立的一塊。0078圖17A—17E示出了用于將消毒簾部分270a定位于附件 夾具的夾鉗404上、之后將套管300夾持于夾鉗之間且消毒簾部分270a 位于夾鉗和附件之間的透視圖。圖17A示出了安裝-丁-機(jī)器人臂部件遠(yuǎn) 端的附件夾具400，如前臂組件246末端的套管安裝部分246a。圖17B 示出了定位于夾鉗404上的消毒簾部分270a，圖17C示出了完全定位 于附件夾具400上的簾部分270a。在一實(shí)施例中，消毒簾部分270a可 包括連接于簾部分270a頂面的強(qiáng)化物或增強(qiáng)部分270b，例如通過(guò)粘結(jié) 或熱熔連接在一起。強(qiáng)化物270b可由各種耐用材料制成，在一個(gè)示例 中由高密度聚乙烯(HDPE )或聚氨酯制成。0079圖17D示出了定位于夾具400上的套管300。有利地，套 管300可在夾持在處于閉合位置的夾鉗間之前被定位于所需任何軸向 方向。附件的特點(diǎn)可實(shí)物限制用戶不正確連接套管。在一示例中，附 件上確定有用于夾持的兩個(gè)具體直徑夾持部分300A和300B。直徑大 小不同以確保附件正確夾持。夾鉗404的較大直徑大到足以使較小直 徑夾持部分300B置于夾鉗內(nèi)側(cè)區(qū)域時(shí)控制桿閉合后附件不能固定。夾 鉗404的較小直徑和夾鉗有限的打開角度使得較大直徑夾持部分300A 不能實(shí)體地適合該區(qū)域。0080圖17E示出了夾鉗404隨控制桿部分406沿箭頭A所指 方向上移而沿箭頭C所指方向向內(nèi)移動(dòng)時(shí)套管300完全夾持于夾具400 的夾鉗404之間，夾鉗404處于閉合位置。套管300剛性并精確地連 至機(jī)器人臂部件，消毒簾部分處于套管和夾具之間。0081有利地，外科手術(shù)可在外科手術(shù)程序期間與操縱器臂部件 連接并從其上移除，而不要求使用中間消毒附件夾具，從而消除了對(duì) 需要清潔和消毒的可拆卸附件座或調(diào)節(jié)器的需要，提高了功效和成本 效率。本發(fā)明還可輕松移除和連接器械、工具或附件至機(jī)器人外科手 術(shù)系統(tǒng)，而不破壞消毒狀態(tài)，例如， 一些示例中允許僅用單手更換附 件。0082圖18A—18C示出了根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的固定套管 300的滑動(dòng)附件夾具500的視圖。將夾具500與消毒區(qū)有效隔離的套管 300和夾具500間的消毒簾部分未示出。夾具500包括兩個(gè)夾鉗502和經(jīng)滑動(dòng)移動(dòng)致動(dòng)夾鉗502從打幵位置至閉合位置的控制桿部分504。圖 18B示出了鎳基合金銷506和可過(guò)中心移動(dòng)以鎖定附刊吁夾鉗502之 間的控制桿部分504的控制桿手柄512。圖18C示出了磁鐵508和具 有用于從套管300的識(shí)別環(huán)感測(cè)附件識(shí)別信息的傳感器510的PCB。0083圖19A和19B示出了根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的樞軸轉(zhuǎn)動(dòng) 附件夾具600。將夾具600與消毒區(qū)有效隔離的套管300和夾具600之 間的消毒簾部分未示出。夾具600包括兩個(gè)夾鉗602和可過(guò)中心移動(dòng) 以鎖定附件于夾鉗之間的控制桿手柄604。夾鉗602也包括用于保持控 制桿打開的棘爪606。附件夾具600還包括具有傳感器和連接裝置的底 座608，如以上參照其他實(shí)施例所述。0084圖20示出了根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的樞軸轉(zhuǎn)動(dòng)附件夾具 700。將夾具700與消毒區(qū)有效隔離的套管300和夾具700之間的消毒 簾部分未示出。夾具700包括兩個(gè)夾鉗702和也可過(guò)中心移動(dòng)以鎖定 附件于夾鉗之間的控制桿手柄704。在此實(shí)施例中，底座708包括用于 保持夾鉗處于打開位置的棘爪706,也可包括傳感器和連接裝置，如以 上參照其他實(shí)施例所述。夾具700還包括用于使兩個(gè)夾具在打開和閉 合位置間移動(dòng)的單個(gè)樞軸點(diǎn)710，從而允許減小夾具的尺寸?？蛇x僅一 個(gè)夾具需要打開以松開附件。0085圖21A—21B示出了根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的捕獲有套管 300的樞軸轉(zhuǎn)動(dòng)附件夾具800。將夾具800與消毒區(qū)有效隔離的套管300 和夾具800之間的消毒簾部分未示出。夾具800包括兩個(gè)夾鉗802和 從打開位置移至閉合位置以鎖定附件于夾鉗之間的控制桿手柄804。控 制桿部分還包括使夾鉗從打開位置轉(zhuǎn)動(dòng)至閉合位置的樞軸銷810。底座 808可包括用于連接夾具800至機(jī)器人操縱器臂部件的連接裝置，如以 上參照其他實(shí)施例所述。圖21B示出了用于樞軸轉(zhuǎn)動(dòng)控制桿手柄804 的樞軸銷812、沿夾具804的凸輪表面滾動(dòng)的凸輪從動(dòng)件814、允許凸 輪從動(dòng)件稍變形但仍傳遞力至夾鉗的彈簧柱塞816、阻止彈簧柱塞退出 組件的彈簧銷818以及保持旋轉(zhuǎn)夾鉗802處于正常打開位置并允許夾 鉗在控制桿手柄804移動(dòng)時(shí)閉合的扭矩彈簧822。夾具800還包括用于 從附件感測(cè)附件信息的傳感器820。Q086圖22A—22C示出了定位并夾持外科手術(shù)套管300于根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的圖21A—21B所示外科手術(shù)夾具800內(nèi)的透視圖。圖 22A中套管300定位于夾鉗之間。圖22B中控制桿手柄804樞軸轉(zhuǎn)動(dòng) 直到凸輪從動(dòng)件814合入棘爪。之后圖22C中的套管300鎖定于夾鉗 之間。有利地，閉合的組件可制造為不高于附件使得套管300的頂面 與附件夾具800的頂面(即夾鉗的頂面〉齊平。0087圖23A—23C示出了根據(jù)本發(fā)明另一 實(shí)施例的捕獲有套管 300的樞軸轉(zhuǎn)動(dòng)附件夾具卯0。將夾具卯0與消毒區(qū)有效隔離的套管300 和夾具卯O之間的消毒簾部分未示出。夾具卯0包括兩個(gè)夾鉗902、控 制桿手柄卯4和用于安裝夾具900至操縱器臂部件遠(yuǎn)端的底座卯8。圖 23B和23C示出了包括用于定位控制桿手柄卯4于打開和閉合位置之 間的棘爪906的夾具卯0部分。圖23C示出了使夾鉗卯2在打開和閉 合位置之間樞軸轉(zhuǎn)動(dòng)的樞軸銷910以及磁體912和具有用于從夾持附 件感測(cè)附件信息的傳感器914的PCB。0088圖24A—24F示出了定位并夾持套管300于根據(jù)本發(fā)明另 一實(shí)施例的外科手術(shù)夾具1000內(nèi)的透視圖。附件夾具1000包括捕獲 或夾持套管300于其間的第一安裝部分1002和第二安裝部分1004。消 毒簾部分(未示出)可定位于第一安裝部分1002和套管300之間。在 另一實(shí)施例中，夾具部件(如第一安裝部分)可為消毒簾的部分，因 而可被提供消毒并在之后被丟棄或被重新消毒供以后使用。圖24A和 24B示出了第一安裝部分1002在外科手術(shù)過(guò)程之前或開始時(shí)連接于機(jī) 器人臂部件(如前臂組件246)的遠(yuǎn)端。圖24C和24D示出了定位于 第一安裝部分1002上方以及其上的套管300。第一安裝部分1002包括 形成"凹處"以容納部分套管300的頂面1006。盡管在此特定實(shí)施例 中，頂面1006被塑型為部分圓柱形以符合圓柱形附件的表面，其他形 狀和凹處也屬于本發(fā)明的范圍。圖24E和24F示出了第二安裝部分1004 置于第一安裝部分1002上方以及連接于第一安裝部分1002，套管300 固定其間。0089圖25A—25B示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的第一安裝部分 1002的透視圖。圖25A示出了包括固定凸緣(retaining lips) 1008的 第一安裝部分1002，該固定凸緣1008與第二安裝部分1004的固定凸 緣匹配。第一安裝部分1002還包括繩環(huán)(tether loop) 1010，為使用方便該繩環(huán)1010經(jīng)纜線(未示出)連接到第二安裝部分1004以保持部 件于一體。圖25B示出了第一安裝部分1002，其包括用于連接固定夾 的槽1012和用于連接消毒簾的邊緣1014。00卯圖26A—26B示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的第二安裝部分 1004的透視圖。圖26A示出了第二安裝部分1004，其包括用于經(jīng)纜線 (未示出)連接第一安裝部分1002的繩環(huán)1010的繩環(huán)1016。第二安 裝部分1004還包括與第一安裝部分1002上的固定凸緣1008匹配的固 定凸緣1018。0091上述實(shí)施例說(shuō)明但不限制本發(fā)明。還應(yīng)理解根據(jù)本發(fā)明的 原理可以做出多種修改和變動(dòng)。例如，盡管上述實(shí)施例中說(shuō)明的夾鉗 和簾部分為圓柱形，用于接收非圓柱形附件的其他形狀和凹處也屬于 本發(fā)明的范圍內(nèi)。因此，本發(fā)明的范圍僅由所附權(quán)利要求限定。
權(quán)利要求
1.機(jī)器人外科手術(shù)系統(tǒng)的外科手術(shù)附件夾具，所述附件夾具包括用于連接至操縱器臂部件遠(yuǎn)端的底座；用于接收外科手術(shù)附件的兩個(gè)夾鉗，所述兩個(gè)夾鉗可操作地連接于所述底座；所述兩個(gè)夾鉗上的消毒簾部分；和能夠致動(dòng)所述兩個(gè)夾鉗至打開位置或閉合位置的控制桿部分。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的外科手術(shù)附件夾具，其中所述底座能夠通過(guò) 螺釘、粘合劑或焊接材料連接于操縱器臂部件。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的外科手術(shù)附件夾具，其中處于所述打開位置 的所述兩個(gè)夾鉗允許所述外科手術(shù)附件沿長(zhǎng)度方向的軸旋轉(zhuǎn)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的外科手術(shù)附件夾具，其中所述兩個(gè)夾鉗繞單 個(gè)樞軸轉(zhuǎn)動(dòng)軸或兩個(gè)樞軸轉(zhuǎn)動(dòng)軸進(jìn)行樞軸轉(zhuǎn)動(dòng)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的外科手術(shù)附件夾具，其中所述外科手術(shù)附件 為確定容納外科手術(shù)工具的內(nèi)腔并且提供穿透皮膚通路的套管。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的外科手術(shù)附件夾具，其中所述外科手術(shù)工具 是從包括夾鉗、剪刀、抓鉗、持針器、顯微切割儀、釘合器、釘機(jī)、抽 吸沖洗工具、施夾鉗等具有末端執(zhí)行器的鉸接工具以及切割刀片、燒灼 探頭、沖洗器、導(dǎo)液管和抽吸孔等非鉸接器械的組中選擇的。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的外科手術(shù)附件夾具，其中所述消毒簾部分是 由從包括高密度聚乙烯(HDPE)、聚乙烯和聚氨酯的組中選擇的材料制 成的。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的外科手術(shù)附件夾具，其中所述消毒簾部分是較大的簾的真空成型部分或獨(dú)立模制部分。
9. 報(bào)據(jù)權(quán)利要求1所述的外科手術(shù)附件夾具，其中所述消毒簾部分包 括強(qiáng)化物部分。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的外科手術(shù)附件夾具，其中所述控制桿部分
11. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的外科手術(shù)附件夾具，其還包括用于處理關(guān) 于在所述兩個(gè)夾鉗間容納的所述外科手術(shù)附件的信息的印刷電路板。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的外科手術(shù)附件夾具，其中所述信息包括所 述外科手術(shù)附件的識(shí)別信息。
13. 機(jī)器人外科手術(shù)系統(tǒng)的外科手術(shù)附件夾具，所述附件夾具包括 用于連接至操縱器臂部件遠(yuǎn)端的底座，所述底座包括第一安裝部分 所述第一安裝部分上的消毒簾部分；和第二安裝部分，其用于夾持或松開所述第一和第二安裝部分間的外科 手術(shù)附件。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的外科手術(shù)附件夾具，其中所述外科手術(shù)附 件為確定容納外科手術(shù)工具的內(nèi)腔并且提供穿透皮膚通路的套管。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的外科手術(shù)附件夾具，其中所述外科手術(shù)工 具是從包括牽開器、穩(wěn)定器和內(nèi)窺鏡攝像機(jī)的組中選擇的。
16. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的外科手術(shù)附件夾具，其中所述消毒簾部分 是由從包括HDPE、聚乙烯和聚氨酯的組中選擇的材料制成的。
17. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的外科手術(shù)附件夾具，其中所述消毒簾部分 是較大的簾的真空成型部分或獨(dú)立模制部分。
18. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的外科手術(shù)附件夾具，其中所述消毒簾部分 包括強(qiáng)化物部分。
19. 用于在消毒區(qū)內(nèi)執(zhí)行手術(shù)過(guò)程的機(jī)器人外科手術(shù)系統(tǒng)，包括 操縱器臂部件；用于連接外科手術(shù)附件至所述操縱器臂部件遠(yuǎn)端部分的外科手術(shù)附 件夾具；以及覆蓋所述附件夾具和所述操縱器臂部件以將所述附件夾具和所述操 縱器臂部件從所述消毒區(qū)隔離的消毒簾。
20. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的機(jī)器人外科手術(shù)系統(tǒng)，其中所述外科手術(shù) 附件為確定容納外科手術(shù)工具的內(nèi)腔并且提供穿透皮膚通路的套管。
21. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的機(jī)器人外科手術(shù)系統(tǒng)，其中所述外科手術(shù) 工具是從包括牽開器、穩(wěn)定器和內(nèi)窺鏡攝像機(jī)的組中選擇的。
22. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的機(jī)器人外科手術(shù)系統(tǒng)，其中所述消毒簾是 由從包括HDPE、聚乙烯和聚氨酯的組中選擇的材料制成的。
23. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的機(jī)器人外科手術(shù)系統(tǒng)，其中所述附件夾具 上的所述消毒簾是較大的簾的真空成型部分或獨(dú)立模制部分。
24. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的機(jī)器人外科手術(shù)系統(tǒng)，其中所述附件夾具 上的所述消毒簾包括強(qiáng)化物部分。
25. 用于在消毒區(qū)內(nèi)執(zhí)行手術(shù)過(guò)程的機(jī)器人外科手術(shù)系統(tǒng)，包括 外科手術(shù)工具；包括具有近端和遠(yuǎn)端部分的操縱器臂部件的操縱器組件； 確定容納所述外科手術(shù)工具的內(nèi)腔并且提供穿透病人皮膚通路的套管；用于連接所述套管至所述操縱器臂部件的所述遠(yuǎn)端部分的套管調(diào)節(jié)器；和覆蓋所述套管調(diào)節(jié)器和所述操縱器臂部件以將所述套管調(diào)節(jié)器和所 述操縱器臂部件從所述消毒區(qū)隔離的消毒簾。
26. 根據(jù)權(quán)利要求25所述的機(jī)器人外科手術(shù)系統(tǒng)，其中所述消毒簾是 由從包括HDPE、聚乙烯和聚氨酯的組中選擇的材料制成的。
27. 根據(jù)權(quán)利要求25所述的機(jī)器人外科手術(shù)系統(tǒng)，其中所述套管調(diào)節(jié) 器上的所述消毒簾是較大的簾的真空成型部分或獨(dú)立模制部分。
28. 根據(jù)權(quán)利要求25所述的機(jī)器人外科手術(shù)系統(tǒng)，其中所述附件夾具 上的所述消毒簾包括強(qiáng)化物部分。
29. 機(jī)器人外科手術(shù)系統(tǒng)中夾持外科手術(shù)附件的方法，所述方法包括 提供外科手術(shù)附件夾具，其包括用于連接至操縱器臂部件遠(yuǎn)端的底座，用于容納所述外科手術(shù)附件的兩個(gè)夾鉗，以及可操作地連接所述兩個(gè)夾鉗至所述底座的控制桿部分，所述控制 桿部分能夠驅(qū)使所述兩個(gè)夾鉗至打開位置或閉合位置； 定位消毒簾于所述兩個(gè)夾鉗上； 驅(qū)使所述附件夾具至所述打開位置； 提供所述外科手術(shù)附件于所述兩個(gè)夾鉗之間，.以及 驅(qū)使所述附件夾鉗至所述閉合位置。
30. 根據(jù)權(quán)利要求29所述的方法，還包括識(shí)別提供于所述兩個(gè)夾鉗之 間的所述外科手術(shù)附件的類型。
31. 根據(jù)權(quán)利要求29所述的方法，還包括旋轉(zhuǎn)所述外科手術(shù)附件至所 述兩個(gè)夾鉗間的所需位置。
32. 機(jī)器人外科手術(shù)系統(tǒng)中夾持外科手術(shù)附件的方法，所述方法包括: 連接外科手術(shù)附件夾具至操縱器臂部件的遠(yuǎn)端部分； 使用消毒簾覆蓋所述操縱器臂部件和附件夾具以將所述操縱器臂部件和附件夾具從消毒區(qū)隔離；以及連接附件至所述消毒區(qū)內(nèi)的所述附件夾具。
33. 根據(jù)權(quán)利要求32所述的方法，還包括經(jīng)所述附件引入外科手術(shù)工具。
全文摘要
公開了外科手術(shù)附件夾具、使用方法以及包括該夾具的機(jī)器人外科手術(shù)系統(tǒng)。外科手術(shù)附件可在外科手術(shù)過(guò)程期間與操縱器臂部件連接或從其上移除，而不需要使用中間消毒附件夾具，從而消除了對(duì)要求清潔和消毒的可拆裝附件座或調(diào)節(jié)器的需要，提高了功效和成本效率。本發(fā)明還可輕松移除和連接器械、工具或附件至機(jī)器人外科手術(shù)系統(tǒng)，而不破壞消毒狀態(tài)。
文檔編號(hào)A61B19/08GK101242788SQ200680029510
公開日2008年8月13日 申請(qǐng)日期2006年9月26日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月30日
發(fā)明者A·洛, B·舍納, M·M·尼克松, S·C·安德森, T·G·庫(kù)珀, W·伯班克 申請(qǐng)人:直觀外科手術(shù)公司