[发明专利]计算机辅助远程操作手术系统和方法

说明书

描述了用于微创远程手术的系统和方法。例如，本公开描述了用于在各种手术环境中独立控制机器人操纵器、插管和手术器械的运动的方法。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2016年6月9日提交的美国临时专利申请No.62/347,961的权益。在先申请的公开内容被认为是本申请的公开内容的一部分，并且通过引用并入本申请的公开内容中。

技术领域

本公开涉及用于微创计算机辅助远程手术的系统和方法。例如，本公开涉及用于在各种手术环境中控制机器人操纵器、插管和手术器械的运动的方法。

背景技术

机器人系统和计算机辅助装置通常包括机器人或可移动臂以操纵器械，用于在工作部位处和在用于支撑捕获工作部位的图像的图像捕获装置的至少一个机器人或可移动臂处执行任务。机器人臂包含通过一个或多个主动控制的关节联接在一起的多个连杆。在许多实施例中，可以提供多个主动控制的关节。机器人臂还可以包括一个或多个被动关节，这些被动关节不是主动控制的，但依从主动控制的关节的运动。这种主动关节和被动关节可以是转动关节(revolute joints)或棱柱型关节(prismatic joints)。然后可以通过关节的方位以及结构的知识和连杆的联接来确定机器人臂的配置。

正在开发用于外科手术的微创远程手术系统，以增加外科医生的灵活性并允许外科医生从远程位置给患者动手术。远程手术是外科医生使用某种形式的远程控制(例如伺服机构等)来操纵手术器械移动而不是用手直接握持和移动器械的手术系统的总称。在这种远程手术系统中，在远程位置处向外科医生提供手术部位的图像。通常在合适的浏览器或显示器上查看手术部位的三维图像时，外科医生通过操纵主控制输入装置对患者进行外科手术，主控制输入装置进而控制机器人器械的运动。机器人手术器械能穿过小的微创手术孔被插入以治疗患者体内手术部位处的组织，通常是与进入开腹手术相关的创伤。这些机器人系统能够以足够的灵活性移动手术器械的工作末端或末端执行器，以通常通过在微创孔处枢转器械的轴、使所述轴轴向滑动穿过所述孔、在所述孔内旋转所述轴以及/或者诸如此类来执行相当复杂的手术任务。

发明内容

本公开提供了用于计算机辅助医疗操作和非医疗操作的系统和方法。例如，本公开提供了用于辅助微创计算机辅助远程操作手术(在本文中也称为“机器人手术”和“计算机辅助手术”)的系统和方法。例如，本公开提供了用于在各种手术情形下控制机器人操纵器、插管和手术器械的运动的方法。

在微创计算机辅助远程操作手术的情况下，机器人操纵器组件的运动可以由系统的处理器控制，使得手术器械的轴或中间部分被约束成安全运动穿过微创手术进入部位或其他孔。这种运动可以包括，例如，轴穿过孔部位的轴向插入、轴围绕其轴线的旋转以及轴围绕邻近进入部位的枢轴点的枢转运动，但是通常会阻止轴的过度横向运动，否则可能会撕裂孔附近的组织或无意中扩大进入部位。可以使用机器人数据处理和控制技术部分地或全部地施加对进入部位处的机器人操纵器组件运动的这种约束的一些或全部。用于通过计算机辅助手术系统的处理器约束机器人操纵器组件运动的这些概念在本文中可称为由软件约束的远程运动中心。

在一些情况下，使用由软件约束的远程运动中心概念来控制机器人操纵器组件的方法能够包括使用计算机辅助手术系统的处理器在手术进入部位处的位置处(除了在插管上)定位远程运动中心。在一个这样的示例中，本公开提供了使用由软件约束的远程运动中心概念将远程运动中心定位在手术器械的轴上的固定方位处的方法。附加地或替代地，远程运动中心的方位可以与手术进入部位或孔重合或可以不与手术进入部位或孔重合。在另一个这样的示例中，本公开提供了使用由软件约束的远程运动中心概念将远程运动中心定位在患者体内的组织层处的方法。在诸如这些的情况下，这些方法可以允许插管在手术进入部位或孔处的至少一些横向运动。