[发明专利]包括能互换远端器械的机械遥控操作装置

说明书

公开了一种机械遥控操作装置，其包括：i)放置在该装置的近端部分中的柄部（30），其具有通过相应柄部接头互相连接的多个柄部连杆；ii)放置在该装置的远端部分中的端部执行器（31），其具有通过相应端部执行器接头互相连接的多个端部执行器连杆；iii)传动系统，其被布置成将端部执行器运动学上地连接到柄部，使得端部执行器的运动对应于柄部的运动，传动系统包括：多个能旋转元件（41a‑d）的至少一个布置，所述多个能旋转元件围绕轴线被同轴地安装在一起并布置成彼此独立地旋转；b)第一传动器件，其包括驱动元件（62a‑c），所述驱动元件被布置成基于柄部的运动致动多个能旋转元件（41a‑d）的旋转；c)第二传动器件，其包括从动元件（63a‑c），所述从动元件被布置成通过多个能旋转元件的旋转被驱动，从而导致端部执行器连杆的运动，其中，所述传动系统被构造成用于将第一和第二传动器件能移除地联接在一起，其中，每个从动元件均被能移除地联接到一个对应能旋转元件。

技术领域

本发明涉及远程致动型机械系统的领域。在具体实施例中，本发明涉及一种主要用于手术治疗中的并包括能互换远端器械的机械遥控操作装置。某些实施例尤其适用于微创手术治疗。本发明也适合用于要求具有高刚度和精度连同力反馈的灵活操作的任何远程致动型应用。此类应用的示例包括组装操作、狭窄地方中的操作、危险或困难环境中的操作以及受污染或洁净室环境中的操作。

背景技术

众多环境和应用要求利用机械遥控操作装置进行远程致动。这些应用包括组装任务中的精细操作、狭窄地方中的操作、危险或受污染环境中的操作、洁净室或无菌环境中的操作以及手术环境中的操作（不管是旷场还是微创）。虽然这些应用随参数（诸如，精密公差和典型终端用户）而变化，但每个应用均需要来自机械遥控操作系统的许多相同特征，诸如实施具有高刚度和精度连同力反馈的灵活操作控的能力。

现将手术应用作为针对机械遥控操作装置系统的应用的代表性示例更详细地讨论，其中，存在已知的装置，但在本领域的当前技术水平中重大的缺陷是显而易见的。

对于大多数手术治疗而言，开腹手术仍是标准技术。其已被医学界使用了几十年，且由以下步骤组成：通过在腹部或身体的其它部位中切出长切口执行手术任务，传统手术工具通过所述长切口插入。然而，由于长的切口，这种方法对于患者而言极具侵袭性，从而导致在手术期间大量失血，并且通常导致在医院环境中的漫长而痛苦的恢复期。

为了减少开腹手术的侵袭性，开发了腹腔镜手术，一项微创技术。代替单个长切口，在患者中切出几个小切口，长且薄的手术器械和内窥镜摄影机通过所述小切口插入。由于该过程的微创性质，这种技术减少了失血量和疼痛，并缩短了住院天数。当由富有经验的外科医生执行时，这种技术能够获得与开腹手术类似的临床结果。然而，尽管有上述优点，但腹腔镜手术仍要求极为先进的手术技巧以操作刚性且长的仪器。进入切口用作旋转点，从而减少了用于在患者内部定位和定向器械的自由度。外科医生的手围绕这个切口的运动相对于器械末端被颠倒并按比例扩大（“支点效应”），这降低了灵活性和敏感度并放大了外科医生手的颤动。另外，长且直的器械迫使外科医生以对于手、臂和身体来说不舒服的姿势工作，这在手术的几个小时期间可能是极其累人的。因此，由于腹腔镜仪器的这些缺陷，这些微创技术主要限于用在简单手术中，同时只有一小部分的外科医生能够将其用在复杂过程中。

为克服这些局限性，开发了手术机器人系统，以针对复杂微创手术提供更易于使用的方法。借助于计算机化的机器人接口，这些系统能够执行远程腹腔镜手术，其中，外科医生坐在控制台处操作两个主动操作器以通过几个小切口来执行手术。和腹腔镜手术类似，机器人方法也是微创的，从而就疼痛、失血量和恢复时间方面带来超越开腹手术的上述优点。另外，与开腹技术和腹腔镜技术相比，其还为外科医生提供更好的分工作用。然而，尽管技术上更简单，但机器人手术引起了若干不利方面。这些系统的主要缺点涉及包括复杂的机电一体化系统的现有机器人装置的极高复杂性，从而导致购置和维护的巨额费用，这对于全世界的大多数外科部门而言是负担不起的。这些系统的另一个缺点来自于以下事实：当前手术机器人都很大，从而争夺手术室环境内的宝贵空间并显著地增加了准备时间。因此进入患者受到影响，这与力反馈的普遍缺乏一起引发安全问题。