[發(fā)明專利]混合控制外科機器人系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201480007291.5
• 申請日: 2014-02-04
• 公開（公告）號: CN105101903B
• 公開（公告）日: 2018-08-24
• 發(fā)明（設計）人: P·C·W·吉姆;Y·吉姆;程鵬;A·克里埃格爾;J·奧普福爾曼;R·戴克爾
• 申請（專利權）人: 兒童國家醫(yī)療中心
• 主分類號: A61B34/30
• 分類號: A61B34/30
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所 11038
• 代理人: 杜文樹

本公開介紹了用于執(zhí)行機器人輔助手術過程的方法和系統(tǒng)。所述系統(tǒng)包括機器人手臂系統(tǒng)組件、末端執(zhí)行器組件和用于機器人手術的混合控制機構。所述機器人手臂是運動范圍大的重量輕的床側機器人，能夠容易地被操縱以定位內診鏡和手術器械。控制臺被安裝在機器人手臂的末端使機器人手臂能夠跟隨操作員手臂運動、提供物理支撐、濾除手顫動和約束運動。通用適配器也被描述為把傳統(tǒng)腹腔鏡工具連接到機器人手臂的接口。

技術領域

本公開涉及機器人輔助手術的領域。

背景技術

在微創(chuàng)手術中，機器人手術系統(tǒng)用于增強外科醫(yī)生的視覺和靈巧性。IntuitiveSurgical出品的達·芬奇(Da Vinci)是當今市場上僅有的軟組織手術商業(yè)機器人。達·芬奇系統(tǒng)已經通過使外科醫(yī)生能夠接近難以到達的解剖區(qū)域(比如骨盆或腹膜后腔深部)并在該區(qū)域中操作來提供對開放手術(即前列腺切除術或子宮切除術)的更小創(chuàng)傷替代方式，使手術領域向前發(fā)展。在當今，超過90％的達·芬奇病例都是在骨盆腔中進行的泌尿生殖器手術，比如前列腺切除術、子宮切除術、膀胱切除術、腎盂成形術、骶骨陰道固定術、子宮肌瘤切除術和子宮內膜異位癥切除術。在2011年，達·芬奇系統(tǒng)進行了36萬例手術，其中前列腺切除術和子宮切除術占這些手術的75％[Intuitive Surgical公司2012年報]。

達·芬奇的關鍵價值定位在于，它使泌尿科醫(yī)生/婦科醫(yī)生能夠接近難以到達深而緊湊的骨盆空間，以便以增強的3D可視化和改進的靈巧性進行腹腔鏡手術，否則使用傳統(tǒng)腹腔鏡方式的這種手術在技術上會非常具有挑戰(zhàn)性。它最適于相對小區(qū)域中的手術和受限體積中的精確切開，但是它不適于更大的干預，比如結腸松動術，因為這些類型的手術通常要求寬范圍的動作。先前的研究表明，機器人系統(tǒng)的直覺控制與開放手術期間由外科醫(yī)生進行的動作更相當，并且能夠縮短過程學習曲線，即使在經驗相對缺少的腹腔鏡外科醫(yī)生的手中。Ahlering等人論證了泌尿科手術中的類似發(fā)現(xiàn)，其中機器人界面允許對腹腔鏡不太熟悉的外科醫(yī)生進行微創(chuàng)根治性前列腺切除術，在完成了僅僅十二個病例后，其結果與有經驗的腹腔鏡外科醫(yī)生相當[Ahlering等人，J Urol 2003]。

無論達·芬奇在骨盆手術中的用途如何，其當前形式中的技術不適于普通外科，特別是結腸直腸切除術，在該手術期間遍歷腹部的多個象限并且外科醫(yī)生往往必須調整或傾斜患者和手術臺以實現(xiàn)更好地接近目標組織。為了在諸如這種的手術中有效地使用機器人，內科醫(yī)生可能需要大幅度修改其技術或者在手術中間使機器人對接和取消對接，這可能顯著延長手術時間并且有可能增加傷害患者的風險。例如，全機器人方式進行的乙狀結腸腸切除術要求機器人從上腹部開口取消對接，使患者重新定位，移動機器人并且再次對接下腹部開口。在常規(guī)腹腔鏡中通常花幾秒鐘的動作已經變?yōu)橛蓪ｉT助手進行的繁重的10分鐘或更長的活動。

當前機器人系統(tǒng)的進一步缺點是它們在主、從兩側的占地面積都大，這可能阻礙接近躺在手術臺上的患者，并且還對恰當?shù)幕颊叨ㄎ缓烷_口布局造成顯著挑戰(zhàn)。開口布局中即使小偏差都可能造成機器人臂的碰撞或者未能到達預期的目標區(qū)域。它也缺乏觸覺反饋(觸覺和力反饋)，使之不適于手術吻合，因為它們要求水密而無張力的縫合以減輕手術后吻合斷裂的可能性。根據(jù)我們對外科醫(yī)生的調查，即使以其近來得到驗證的內手腕縫合器(Endo Wrist Stapler)，在結腸直腸手術中達·芬奇的應用非常仍有限。或許它有非常小的商機，比如骨盆中深部的低位直腸前切除術和吻合能夠通過使用經肛圓形吻合器完成。

傳統(tǒng)的微創(chuàng)結腸直腸手術包括以下階段：(1)仔細切開以提供適當?shù)闹寡瞳@得對目標組織的接近；(2)損傷的修復(如在穿孔的治療中)或旁路/去除(如在結腸直腸癌中)；(3)吻合剩余腸端；(4)在指明時沖洗腹腔和骨盆腔；以及(5)適當?shù)亻]合筋膜和皮膚。采用機器人系統(tǒng)時，這些基本階段的每一個都具有非常不同的設計需求。在探查階段，理想的系統(tǒng)會提供寬范圍的運動來識別目標組織和最優(yōu)化地使用手術工具。第二個和第三個階段典型情況下要求長手術時間，并且投入了外科醫(yī)生的大量體力。需要一種增強外科醫(yī)生的靈巧性以及提供手臂支撐的系統(tǒng)。