[發(fā)明專利]模塊化的力傳感器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200680046320.4
• 申請日: 2006-12-13
• 公開（公告）號: CN101325920A
• 公開（公告）日: 2008-12-17
• 發(fā)明（設(shè)計）人: S·J·布盧門卡蘭茲;D·Q·拉金;R·庫馬
• 申請（專利權(quán)）人: 直觀外科手術(shù)公司
• 主分類號: A61B19/00
• 分類號: A61B19/00
• 代理公司: 北京紀凱知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司
• 代理人: 趙蓉民

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明一般地涉及外科機器人系統(tǒng)，并更具體地涉及用于感測施加于外科器械的力的改進的系統(tǒng)、裝置以及方法。背景技術(shù)?

在機器人輔助外科手術(shù)中，外科醫(yī)生典型地從可能遠離病人的位置(舉例來說，在手術(shù)室的對面，在不同的房間或者在與病人完全不同的建筑物內(nèi))操作主控制器以控制外科器械在外科部位的運動。主控制器通常包括一個或者多于一個的手輸入裝置，例如通過帶有用于在外科部位鉸接器械的位置和方向的伺服電機的控制器而可操作地耦連到外科器械的手持式腕萬向節(jié)、操縱桿、外骨骼手套、手鉆或者類似的裝置。伺服電機典型地是電動機械裝置或者外科操縱器臂(“從動裝置”)的一部分，電動機械裝置或者外科操縱器臂包括連接在一起以支撐和控制外科器械的多個關(guān)節(jié)、連桿裝置等等，所述外科器械已直接地被引入顯露的外科部位或者通過套管針套被插入體腔內(nèi)的切口，例如病人的腹部。取決于外科程序，可用多種外科器械例如組織抓取器、針驅(qū)動器、電外科學的燒灼探測器等等，從而為外科醫(yī)生執(zhí)行各種功能，舉例來說，收回組織、保持或者驅(qū)動針、縫合、抓取血管、或者解剖、燒灼或者凝結(jié)組織。外科醫(yī)生在程序期間可以利用許多不同的外殼器械/工具。?

通過遙控操縱執(zhí)行遙控機器人外科手術(shù)的這種新方法已經(jīng)創(chuàng)造了很多新的挑戰(zhàn)。其中一個挑戰(zhàn)是提供給外科醫(yī)生精確地“感覺”經(jīng)由機器人操縱器正在由外科器械操縱的組織的能力。外科醫(yī)生必須依賴由器械或者縫合施加的力的可見指示。為了通過系統(tǒng)手控或者通過例如視覺顯示或者可聽聲音的其他裝備將力和扭矩反饋到外科醫(yī)生用戶，感測施加到器械(例如機器人內(nèi)窺鏡外科器械的末端受動器(舉例來說，夾鉗、抓緊器、刀片等等))的頂端的力和扭矩是所期望的。來自在DLR的?G.Hirzinger實驗室的用于這一目的的一個裝置描述在Int’l?Journalof?Medical?Robotics?and?Computer?Assisted?Surgery第1期第1卷第58頁F.Cepolina和R.C.Michelini的“Review?of?Fixtures?forLow-Invasiveness?Surgery”中，其內(nèi)容在此并入供各種參考。然而，該設(shè)計不利地將力傳感器放置于腕關(guān)節(jié)的末端(或者外側(cè))，因此需要使電線或者光纖電纜的路徑通過撓曲腕關(guān)節(jié)并且還需要使偏航和抓握軸位于分開的旋轉(zhuǎn)軸上。?

執(zhí)行外科手術(shù)典型地所期望的另一個問題是像相對小的器械那樣在盡可能小的空間裝配和定位末端受動器的機械動作所必要的電線。?

因此，所需要的是在病人的外科部位上遠程控制外科器械的改進的遙控機器人系統(tǒng)和方法。特別地，這些系統(tǒng)和方法應(yīng)該配置成將力和扭矩的準確反饋提供給外科醫(yī)生以改進使用者的認知和器械的控制。發(fā)明內(nèi)容?

本發(fā)明提供設(shè)備、系統(tǒng)以及方法用于改進外科醫(yī)生執(zhí)行機器人外科手術(shù)對力和扭矩的反饋與感測。在一個實施例中，模塊化的力傳感器包括含有多個應(yīng)變計的管部分、可操作地耦連到外科器械的軸的近側(cè)管部分以及接近耦連到與末端部分耦連的腕關(guān)節(jié)的遠側(cè)管部分，該外科器械的軸可能可操作地耦連到機器人外科系統(tǒng)的操縱器臂。?

軸向取向的應(yīng)變計組經(jīng)由模塊化設(shè)備位于或者靠近接近(或者內(nèi)側(cè))機器人外科器械的可移動腕的器械軸的遠側(cè)端，以感測在器械的遠側(cè)頂端的力和扭矩而沒有由于頂端(例如可移動腕)結(jié)構(gòu)的變化或者穩(wěn)態(tài)溫度變化產(chǎn)生的誤差。?

有利地，本發(fā)明為外科醫(yī)生改進了力和/或者扭矩的感測和反饋并且基本消除了使精密電線通過器械的柔性腕關(guān)節(jié)的問題?？梢詫⒘鞲衅髟O(shè)備作為獨立的模塊化元件進行生產(chǎn)、測試和校準并在常規(guī)的器械裝配過程中將力傳感器設(shè)備與其他的元件組裝在一起。另外，可以選擇與器械軸的材料不同的傳感器結(jié)構(gòu)構(gòu)件的材料，器械軸的設(shè)計考慮因素可能折衷傳感器所需的機械屬性。?

發(fā)明的范圍由并入本節(jié)供參考的權(quán)利要求限定。通過下面的一個或者多個實施例的詳細描述將使本領(lǐng)域的技術(shù)人員獲得對本發(fā)明的實施例的更完整的理解以及對其中附加優(yōu)點的認識。將參考首先要簡要描述的附圖頁。附圖說明?

圖1A是根據(jù)本發(fā)明的實施例的機器人外科系統(tǒng)和方法的透視圖。?

圖1B是根據(jù)本發(fā)明的實施例的圖1中的機器人外科系統(tǒng)的機器人外科臂手推車系統(tǒng)的透視圖。?

圖1C是根據(jù)本發(fā)明的實施例的圖1A中的機器人外科系統(tǒng)的主控制臺的主透視圖。?

圖2是根據(jù)本發(fā)明的實施例包括可操作地耦連接近(或者內(nèi)側(cè)的)腕關(guān)節(jié)的模塊化力傳感器設(shè)備的外科器械的透視圖。?