[发明专利]用于外科机器人的平移器械接口和包括该接口的外科机器人系统

说明书

本文提供了用于外科机器人中的外科器械。器械优选地是平移器械接口的一部分，并且可移除地耦接到外科机器人。一方面，平移器械接口具有安装在从动单元的远端上的从动毂、可插入在从动毂内的无菌护罩，以及具有用于接触可插入无菌护罩内的组织的末端执行器的器械。该器械在单次使用后可以是一次性的。外科机器人的手柄优选地耦接到平移器械接口，使得手柄处的致动引起末端执行器的移动以进行外科手术。

相关申请的交叉参考

本申请要求2017年5月11日提交的美国临时申请序列号62/505,018的优先权，其全部内容通过引用并入本文。

技术领域

本申请总体上涉及远程致动外科机器人和用于其的一次性器械。

背景技术

许多环境和应用要求使用遥控外科装置进行远程致动。这些应用包括在组装任务中的精细操纵、在狭窄地方的操纵、在危险或受污染的环境中的操纵、在无尘室或无菌环境中的操纵以及在外科手术环境中的操纵，无论是开放式领域还是微创的。尽管这些应用会随参数(诸如精确的公差和典型的最终用户)的变化而变化，但每个应用都需要远程操作系统提供许多相同的特征，诸如执行具有高刚度和精确度以及力反馈的灵巧操纵的能力。

现在将更详细地讨论外科手术应用，作为用于遥控装置系统的应用的代表性示例，其中存在已知的装置，但是在当前的现有技术中显著的缺点是明显的。

对于大多数外科程序来说，开放外科手术仍然是标准技术。它已经被医学界使用了几十年，并且包括通过在腹部或身体其他区域中形成长切口来执行外科手术任务，通过该切口插入传统的外科手术工具。但是，由于切口较长，这种方法对患者具有极强的侵害性，导致手术期间大量失血，并且通常会导致医院恢复期长且痛苦。

为了减少开放手术的侵入性，开发了腹腔镜检查法，一种微创技术。代替单个长切口，在患者体内制成若干个小切口，通过该小切口插入细长的外科器械和内窥镜相机。由于该过程具有微创性，该技术减少失血和疼痛并缩短住院时间。当由经验丰富的外科医生进行手术时，该技术可达到类似于开放手术的临床效果。然而，尽管具有上述优点，腹腔镜检查仍需要非常先进的外科技术来操纵刚性且长的器械。进入切口用作旋转点，从而降低了在患者体内放置和定向器械的自由度。相对于器械尖端，外科医生的手绕该切口的移动被颠倒并按比例放大(“支点效应”)，这降低了灵活性和灵敏度，并放大了外科医生的手的震颤。另外，长且直的器械迫使外科医生以手、手臂和身体不舒服的姿势工作，这在手术若干小时内会非常累。因此，由于腹腔镜器械的这些缺点，这些微创技术主要限于在简单手术中使用，而只有极少数的外科医生能够在复杂的过程中使用它们。

为了克服这些限制，开发了外科机器人系统以提供用于复杂的微创手术的易于使用的方法。借助计算机化的机器人接口，这些系统实现执行远程腹腔镜检查，其中外科医生坐在操纵台处，操纵两个主操纵器以通过若干个小切口进行手术。与腹腔镜检查一样，机器人方法也是微创的，在疼痛、失血和恢复时间方面，与开放手术相比具有上述优势。此外，与开放式和腹腔镜技术相比，它还为外科医生提供了更好的人体工程学。但是，尽管从技术上讲比较容易，但是机器人手术带来了若干负面影响。这些系统的主要缺点与现有机器人装置的极高复杂性有关，这些机器人装置具有复杂的机电系统，导致巨额的购置和维护成本，而这对于全球大多数外科部门而言都是无法承受的。这些系统的另一个缺点来自以下事实：当前的外科机器人很大，争夺了手术室环境中宝贵的空间，并且大大增加了准备时间。因此损害了对患者的接近，这与普遍缺乏力反馈一起增加了安全隐患。机器人系统的另一个潜在缺点是，任何计算机错误都可能导致外科手术末端执行器工具在患者身体上或患者体内发生不希望的漂移或移动。对于末端执行器在三个平移自由度(即，左/右、上/下、内/外)中的任一个的宏动作，此类计算机错误将尤其成问题，在外科手术期间末端执行器定位在患者身上或患者体内时这可以产生灾难性的破坏。