背景技術：

0、發(fā)明背景

1、微創(chuàng)醫(yī)療技術旨在減少診斷或手術過程中損傷的無關聯(lián)組織的量，從而減少患者恢復時間、不適和有害的副作用。例如，微創(chuàng)手術的一個作用是減少醫(yī)院術后恢復時間。由于標準手術的平均住院時間通常顯著長于相似的微創(chuàng)手術的平均住院時間，微創(chuàng)技術使用的增加每年可節(jié)省數(shù)百萬美元的醫(yī)院費用。雖然在美國每年進行的許多手術可潛在地以微創(chuàng)的方式進行，但由于微創(chuàng)手術器械和掌握它們所涉及的額外的手術訓練的限制，只有一部分目前手術利用這些具有優(yōu)勢的技術。

2、已經開發(fā)了微創(chuàng)機器人手術或遠程手術系統(tǒng)來提高外科醫(yī)生的靈巧性和避免傳統(tǒng)微創(chuàng)技術的一些限制。在遠程手術中，外科醫(yī)生利用一些形式的遠程控制(例如，自動控制裝置等)來操縱手術器械移動，而不是直接用手握住和移動器械。在遠程手術系統(tǒng)中，可在手術工作臺向外科醫(yī)生提供手術部位的圖像。在觀察顯示器上的手術部位二維或三維圖像的同時，外科醫(yī)生通過操縱主控裝置對患者進行手術過程，主控裝置進而控制自動控制裝置操作的器械的運動。

3、用于遠程手術的自動控制裝置通常接受來自兩個主控器(對應于外科醫(yī)生的每一只手)的輸入信息，并可包括兩只或更多只機器人手臂，手術器械安裝于機器人手臂的每一只上。主控器與相關聯(lián)的機器人手臂以及器械組件之間的操作連通通常通過控制系統(tǒng)實現(xiàn)。該控制系統(tǒng)通常包括至少一個處理器，處理器將輸入命令從主控器輸送至相關機器人手臂和器械組件，并在例如力反饋等情況下從器械和手臂組件返回至相關聯(lián)的主控器。機器人手術系統(tǒng)的一個實例是可從calif,sunnyvale的intuitive?surgical,inc.獲得的da系統(tǒng)。

4、多種結構布置可用于在機器人手術過程中在手術部位支撐手術器械。受驅動聯(lián)動裝置(driven?linkage)或“從動裝置(slave)”通常被稱作機器人手術操縱器，在微創(chuàng)機器人手術過程中用作機器人手術操縱器的示例性聯(lián)動裝置的布置描述于美國專利號7,594,912、6,758,843、6,246,200、和5,800,423中，其全部公開內容通過引用并入本文中。這些聯(lián)動裝置通常利用平行四邊形布置來保持具有軸的器械。這種操縱器結構可約束器械的移動，使得器械圍繞位于沿著剛性軸長度的空間內的操縱的遠程中心樞軸轉動。通過將操縱的遠程中心與內部手術部位的切口點對準(例如，與在腹腔鏡手術過程中腹壁處的套管針或插管對準)，手術器械的末端執(zhí)行器通過使用操縱器聯(lián)動裝置移動軸的近端而被安全定位，不對腹壁強加潛在危險的力量?？蛇x的操縱器結構描述于例如美國專利號7,763,015、6,702,805、6,676,669、5,855,583、5,808,665、5,445,166和5,184,601中，其全部公開內容通過引用并入本文中。

5、多種結構布置也可用于在機器人手術過程中在手術部位支撐和定位機器人手術操縱器和手術器械。支撐聯(lián)動裝置機構有時稱為裝配(set-up)關節(jié)或裝配關節(jié)手臂，其通常用于將每個操縱器定位并對準患者體內各自的切口點。支撐聯(lián)動裝置機構促進手術操縱器對準期望的手術切口點和目標解剖機構。示例性支撐聯(lián)動裝置機構描述于美國專利號6,246,200和6,788,018中，其全部公開內容通過引用并入本文中。

6、雖然新的遠程手術系統(tǒng)和裝置已被證明是高效和有優(yōu)勢的，但仍然期望進一步的改進。一般而言，可期望改進的微創(chuàng)機器人手術系統(tǒng)。如果這些改進的技術增加機器人手術系統(tǒng)的效率和易用性，則將是尤其有益的。例如，提高可操縱性、增加手術室內的空間利用率、提供更快和更容易的裝配、在使用過程中阻止機器人裝置間的碰撞和/或降低這些新的手術系統(tǒng)的機械復雜性和尺寸是尤其有益的。

技術實現(xiàn)思路

0、發(fā)明概述

1、下文呈現(xiàn)本發(fā)明一些實施方式的簡要概述，從而提供本發(fā)明的基本理解。此概述并非本發(fā)明的全面概覽。其不旨在確定本發(fā)明關鍵/極其重要的要素或圈定本發(fā)明的范圍。其唯一目的是以簡要的形式呈現(xiàn)本發(fā)明的一些實施方式，作為接下來呈現(xiàn)的更加詳細說明的開端。

2、本發(fā)明總體提供改進的機器人和/或手術裝置、系統(tǒng)和方法。本文所述的運動學聯(lián)動裝置結構和相關聯(lián)的控制系統(tǒng)尤其有利于幫助系統(tǒng)使用者在準備使用包括準備對特定的患者的手術過程時布置機器人結構。本文所述的示例性機器人手術系統(tǒng)可具有一個或多個運動學聯(lián)動裝置的子系統(tǒng)，其被配置為幫助對準操縱器結構與手術工作部位。這些裝配系統(tǒng)的關節(jié)可以是主動驅動式、被動式(使得在治療上使用操縱器時這些關節(jié)被手動地鉸接并隨后鎖定成期望的配置)或二者的混合。本文所述的機器人系統(tǒng)實施方式可利用裝配模式，其中一個或多個關節(jié)響應運動鏈的一個或多個其它關節(jié)的手動鉸接而被主動地驅動。在許多實施方式中，主動驅動的關節(jié)響應這些操縱器之一的手動移動而移動支撐多個操縱器的平臺結構，通過將這些多個操縱器作為單元移動成與工作空間的初始方向和/或位置對準而促進和加速整個系統(tǒng)的布置。通過支撐相對于平臺的一個、一些或所有操縱器的被動裝配關節(jié)系統(tǒng)，可任選地提供由平臺支撐的一個、一些或所有操縱器的操縱器移動和獨立定位的輸入。任選地，設置在操縱器和平臺之間的裝配關節(jié)聯(lián)動裝置的手動移動可導致平臺的移動，平臺(和其它由其支撐的操縱器)以類似于牽馬鼻子的移動而跟隨操縱器的手動移動。

3、因此，在第一方面，提供準備機器人手術的方法。該方法包括感應第一機器人操縱器的第一連桿自初始位置至相對于定向平臺的移位位置的輸入移位，響應輸入移位而計算裝配結構聯(lián)動裝置的移動，使得第一操縱器的第一連桿朝初始位置返回，并依據(jù)計算的移動驅動裝配結構聯(lián)動裝置。輸入移位可由支撐第一操縱器的裝配關節(jié)聯(lián)動裝置的手動鉸接引起，使得第一連桿朝與手術部位期望的對準而移動。裝配結構聯(lián)動裝置可支撐定向平臺，且定向平臺可經由裝配關節(jié)聯(lián)動裝置和第二操縱器來支撐第一操縱器。

4、在準備機器人手術的方法的許多實施方式中，該方法可包括在輸入移位的過程中保持第一操縱器的固定姿勢，使得第一操縱器作為基本上堅固的主體而移動。在這種實施方式中，當使用者朝與手術部位期望的對準而手動地移動第一連桿時，裝配結構可被驅動。

5、在準備機器人手術的方法的額外實施方式中，在手動移動之前，第一連桿可具有相對于定向平臺的優(yōu)選位置關系。然后，計算的裝配結構聯(lián)動裝置的移動可移動定向平臺，以便在手動移動過程中朝優(yōu)選的位置關系返回。優(yōu)選的位置關系可用于幫助保持第一操縱器相對于定向平臺的期望運動范圍。

6、在準備機器人手術的方法的進一步實施方式中，利用第一連桿在輸入移位的過程中相對于定向平臺的速度，可計算裝配結構聯(lián)動裝置的移動。裝配結構聯(lián)動裝置的驅動可降低該速度。該方法可進一步包括當速度超過飽和閾值時，使第一連桿相對于定向平臺的速度減小至飽和閾值。在其它示例性實施方式中，當?shù)谝贿B桿相對于定向平臺的速度朝不期望的運動限制配置移動裝配結構時，計算的移動可彈性地促使裝配結構脫離配置。在其它實施方式中，裝配結構的驅動可以以平臺移動模式發(fā)生。當裝配聯(lián)動裝置結構接近或達到不期望的運動限制配置時，可進入該模式。

7、在許多實施方式中，準備機器人手術的方法可包括連接至每個操縱器的器械夾持器。操縱器可被配置為支撐相對于操縱器基座安裝至器械夾持器的相關聯(lián)的手術器械。操縱器可進一步被配置為通過相關聯(lián)的遠程操縱中心將相關聯(lián)的手術器械沿插入軸線插入患者體內。此外，操縱器可被配置為圍繞一條或多條交叉相關聯(lián)的rc的軸線旋轉器械夾持器。軸線還可橫向于插入軸線。例如，第一和第二操縱器軸線可交叉相關聯(lián)的rc，且每個可橫向于插入軸線。此外，第二操縱器軸線可橫向于第一操縱器軸線。

8、在許多實施方式中，裝配結構聯(lián)動裝置可包括安裝基座、柱、構件和可延伸吊桿。柱可與安裝基座可滑動地連接。此外，柱可相對于安裝基座沿垂直定向的第一支撐軸線被選擇性地定位。構件可為通過肩關節(jié)旋轉地連接至柱的吊桿基座構件。構件可相對于柱圍繞垂直定向的第二支撐軸線被選擇性地定向。可延伸吊桿可與構件可滑動地連接，以相對于構件沿水平定向的第三支撐軸線選擇性地定位可延伸吊桿。定向平臺可被旋轉地連接至可延伸吊桿構件。在一些實施方式中，第一連桿是器械夾持器或與其鄰近。計算的移動可包括裝配結構聯(lián)動裝置的多個關節(jié)的移動，且可依據(jù)計算的移動驅動該多個關節(jié)，使得第一操縱器狀態(tài)良好。在其它示例性實施方式中，手動移動可將第一操縱器的相關聯(lián)的第一rc與手術部位的期望的第一rc對準。所驅動的裝配結構聯(lián)動裝置的移動可使第二操縱器的相關聯(lián)的rc朝手術部位的第二期望的rc移動。

9、在額外的實施方式中，準備機器人手術的方法可包括操縱器，其具有鄰近第一連桿安裝的定向平臺移動輸入。移動輸入可通常處于第一狀態(tài)并可手動地致動至第二狀態(tài)。當移動輸入處于第一狀態(tài)時，定向平臺可不響應第一連桿的移動而移動。進一步，準備機器人手術的方法可包括在手動移動之后將插管安裝至第一操縱器。插管可為由第一操縱器支撐的手術器械提供通向內部手術部位的入口。該示例性實施方式可進一步包括響應插管的安裝而阻止定向平臺的移動。該示例性方法可響應處于第一狀態(tài)的移動輸入或響應插管安裝至第一操縱器，利用關節(jié)制動器來阻止沿裝配結構聯(lián)動裝置的關節(jié)的移動。

10、在第二方面，提供另一種準備機器人手術的方法。該方法包括手動地移動第一操縱器，使得操縱器的第一連桿朝向與手術部位期望的對準而移動，感應第一連桿相對于平臺自初始位置至移位位置的輸入移位，響應輸入移位而計算聯(lián)動裝置的移動，依據(jù)計算的移動驅動聯(lián)動裝置，使得平臺跟隨第一連桿，和通過驅動第一和第二操縱器在手術部位處理組織。計算的移動可以是使得第一操縱器的第一連桿相對于平臺朝向初始位置關系返回。聯(lián)動裝置可支撐平臺，且平臺可支撐第一和第二操縱器。

11、在另一方面，提供用于機器人手術的系統(tǒng)。該機器人手術系統(tǒng)包括支撐操縱器基座的平臺、支撐平臺的支撐結構和將操縱器連接至支撐結構的處理器。由平臺支撐的第一和第二機器人操縱器可具有包含第一連桿的操縱器聯(lián)動裝置和連接至操縱器聯(lián)動裝置的驅動系統(tǒng)，以便在手術過程中驅動第一連桿。支撐結構可包括包含基座的支撐聯(lián)動裝置和連接至支撐聯(lián)動裝置的驅動系統(tǒng)，以便相對于支撐結構基座驅動平臺。處理器可具有平臺移動模式，其響應第一操縱器的第一連桿相對于平臺的手動移動來計算裝配命令。然后，處理器可將平臺命令傳送至支撐結構以便移動平臺和操縱器。

12、在用于機器人手術的系統(tǒng)的許多示例性實施方式中，處理器包含非瞬時性機器可讀代碼，其體現(xiàn)用于確定第一操縱器的第一連桿相對于平臺自第一位置至第二位置的輸入移位的指令。輸入移位可由于第一連桿的手動移動。非瞬時性機器可讀代碼也可體現(xiàn)用于計算移動命令的指令，以便利用輸入移位實施支撐結構的期望的移動，使得在手動地移動第一連桿時定向平臺移動。

13、在其它示例性實施方式中，該系統(tǒng)進一步包括設置在平臺和第一操縱器之間的可手動鉸接聯(lián)動裝置。當處于平臺移動模式時，處理器可允許可手動鉸接聯(lián)動裝置的手動鉸接，并可阻止第一操縱器的鉸接。處理器可驅動支撐結構，使得操縱器作為基本上剛性的主體而移動，且在第一連桿的手動移動過程中平臺跟隨第一連桿。

14、在額外的實施方式中，處理器可被配置為利用第一連桿相對于定向平臺的速度計算聯(lián)動裝置的移動，使得裝配結構聯(lián)動裝置的驅動降低相對速度。處理器可進一步被配置為計算移動命令，使得當?shù)谝贿B桿相對于定向平臺的速度超過飽和閾值時，使第一連桿相對于定向平臺的速度減小至飽和速度。在進一步實施方式中，處理器可被配置為計算移動命令，使得當?shù)谝贿B桿相對于定向平臺的速度使裝配結構朝向操縱器和定向平臺之間裝配關節(jié)聯(lián)動裝置的不期望運動限制配置移動時，彈性地促使裝配結構的移動脫離配置。響應裝配聯(lián)動裝置結構接近或到達不期望的配置，可進入該平臺移動模式。

15、在許多實施方式中，系統(tǒng)可包括連接至每個操縱器的器械夾持器。操縱器可被配置為相對于操縱器基座支撐安裝至器械夾持器的相關聯(lián)的手術器械。操縱器可進一步被配置為通過相關聯(lián)的遠程操縱中心(rc)將相關聯(lián)的手術器械沿插入軸線插入患者體內。此外，操縱器可被配置為圍繞一條或多條交叉相關聯(lián)的rc的軸線旋轉器械夾持器。該軸線也可橫向于插入軸線。例如，第一和第二操縱器軸線可交叉相關聯(lián)的rc，且每個可橫向于插入軸線。另外，第二操縱器軸線可橫向于第一操縱器軸線。

16、在系統(tǒng)的許多實施方式中，裝配結構聯(lián)動裝置可包括安裝基座、柱、構件、和可延伸吊桿。柱可與安裝基座可滑動地連接。此外，柱可相對于安裝基座沿垂直定向的第一支撐軸線被選擇性地定位。構件可為通過肩關節(jié)旋轉地連接至柱的吊桿基座構件。構件可相對于柱圍繞垂直定向的第二支撐軸線被選擇性地定向。可延伸吊桿可與構件可滑動地連接，以相對于構件沿水平定向的第三支撐軸線選擇性地定位可延伸吊桿。定向平臺可被旋轉地連接至可延伸吊桿構件。在一些實施方式中，第一連桿是器械夾持器或與其鄰近。計算的移動可包括裝配結構聯(lián)動裝置的多個關節(jié)的移動，并且可依據(jù)計算的移動驅動該多個關節(jié)，使得第一操縱器的第一連桿具有相對于操縱器基座的優(yōu)選的位置關系。

17、在額外的示例性實施方式中，系統(tǒng)的第一操縱器可包括在其上或附近安裝的定向平臺移動輸入。移動輸入可通常處于第一狀態(tài)，并可以可手動致動至第二狀態(tài)。當移動輸入處于第一狀態(tài)時，處理器被配置為響應第一連桿的移動而阻止定向平臺的移動。該系統(tǒng)可進一步包括安裝至第一操縱器的插管，并且處理器可被配置為在安裝插管的過程中阻止定向平臺的移動。在許多示例性實施方式中，支撐結構聯(lián)動裝置可包括多個關節(jié)。處理器可被配置為響應處于第一狀態(tài)的移動輸入或響應插管安裝至第一操縱器而利用相關聯(lián)的關節(jié)制動器阻止沿裝配結構聯(lián)動裝置的每個關節(jié)的移動。

18、為了更加充分地理解本發(fā)明的性質和優(yōu)勢，應當參考接下來的詳細說明和附圖。從隨后的附圖和詳細說明看本發(fā)明的其它方面、目標和優(yōu)勢將是明顯的。