[发明专利]自动化单端口多器械外科机器人

说明书

本文描述了一种外科设备，该外科设备被配置用于经由导入器通过单个切口执行微创外科手术，该导入器允许将一个或多个机器人主臂和两个至四个机器人副臂插入充气的外科手术部位中。该主臂能够自主地插入该充气的外科手术部位以及从该充气的外科手术部位撤回、具有在其远端处自主地替换的外科工具、具有五个自由度、并且具有比副臂的直径更大的直径。这些副臂能够自主地插入该充气的外科手术部位以及从该充气的外科手术部位撤回，并且具有四个自由度。在优选实施例中，该导入器被配置成允许一个主臂和四个副臂。在其他实施例中，该导入器允许不同直径的一个或多个主臂和较小直径的一个或多个副臂。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2017年12月28日提交的美国临时专利申请号62/611,444的优先权。在先申请的全部披露被视为所附申请的披露的一部分并且通过引用结合在此。

发明背景

1.技术领域

本披露总体上涉及外科系统、设备和方法，并且更具体地涉及一种用于执行微创外科(MIS)手术的设备，其允许通过单个切口将多个外科工具部署到外科手术部位。

2.背景技术

MIS已经日益变得更加令人期望，因为这类外科手术是通过患者身体上的多个小切口来执行的，以使外科手术过程中的组织损伤和失血最小化，并且借助于薄且刚性的器械通过这些小切口进行外科手术，这些器械通过放置在切口内的导入器到达外科手术部位。各种MIS手术在减小患者疼痛和改善恢复时间方面的成功已经驱动了开发将允许执行更少侵入性外科手术的设备和手术的趋势。

MIS手术中的许多成功受到所用器械的进步的驱动。开始时，MIS手术曾是借助于在一个切口中的小内窥镜相机和通过其他切口投射到外科手术部位的若干长、薄且刚性的器械来执行的。手术部位被充气多次，以便给外科医生更多的空间来操作器械。作为示例，在典型的腹腔镜胆囊切除术(胆囊移除)手术中，将针插入腹部中并且通过将CO₂气体泵送到腹部中来使腹部充气。一旦腹部膨胀，内窥镜相机就通过插入在肚脐区域周围的切口内的导入器来插入腹部中，使得外科医生可以观察外科手术部位。然后通过插入内窥镜切口的右侧和左侧形成的切口中的导入器将额外的器械插入腹部中。这些器械具有长且刚性的杆的外观，该杆具有附接在该杆的远端处的外科工具(诸如，镊子或剪刀)以及具有用于操纵附接在器械的近端处的外科工具的控制件的手柄。外科医生通过抓握手柄来定位外科工具以进一步插入或撤出器械或改变器械的角度方式。机械连接件设置在杆内，使得外科医生可以通过手柄上存在的控制件在器械的远端处操作外科工具。返回到该示例，外科医生可以通过这些切口插入所需的器械，撤出不再需要的器械以用其他器械替换，以便将胆囊从其周围组织切开，密封血管，并且将胆囊从腹部移除。

尽管MIS手术带来了诸如减小患者疼痛和改善恢复时间等优点，但该技术确实对于外科医生引入了某些缺点。第一个缺点是，由于器械是长且刚性的，只有通过很大的困难和耐心才能使切口可以支持多于一个器械从其穿过。因此，需要额外的切口，从而对患者造成更多的疼痛和创伤并且增加了患者的恢复时间。第二个缺点是，难以通过腹腔镜的“眼睛”适当地操纵相当笨重的长且刚性的器械并且给外科医生造成了手眼协调问题。在较长的外科手术中随着外科医生的手臂出现疲劳，这个问题被加重。

为了避免这些缺点和其他缺点，外科医生已经开始用基于一组机器人臂的第一代MIS系统替换手动操纵的器械，该组机器人臂经由人机界面(HMI)由外科医生控制下的计算机操作。HMI是能够处理人与机器之间的交互的系统的部件。该界面包括硬件和软件，其允许将用户输入转译为用于机器的信号，其进而将所需的结果提供给用户。因此，外科医生可以在控制台处使用手和手指姿势距患者远程地执行外科手术，这些手和手指姿势被转译成控制保持器械的机器人臂和在器械的远端处设置的外科工具的信号。这减轻了外科医生的手眼协调的问题，因为HMI可以补偿在外科医生的手和手指姿势与在器械的端部处的外科工具的位置和动作之间的空间差异，并且减少了外科医生在更长或更高要求的外科手术期间经受的疲劳量。