CN113040911B - 一种手术系统、手术系统控制及手术系统的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种手术系统、手术控制系统及手术系统的控制方法，该手术系统包括操作端、执行端及该手术控制系统，其中，操作端包括握持部、基座及操作响应机构，操作端的各关节根据握持部的受力自适应的分解动作；执行端包括末端执行器及用于带动末端执行器动作的执行机构，执行机构用于带动所述末端执行器动作；手术控制系统包括传感器及处理器，传感器用于采集各所述分解动作的动作数据，处理器用于根据动作数据控制执行机构动作，使末端执行器的路径与对应关节或握持部的路径相对应。本发明，通过改变握持部的路径，使执行端的末端执行器对应相应关节的移动路径或握持部的移动路径，操作更直观，操控体验更好，能够降低误操控率。

Description

一种手术系统、手术系统控制及手术系统的控制方法

技术领域

本发明涉及医疗器械，尤其涉及一种手术系统、手术控制系统及手术系统的控制方法。

背景技术

在现有的手术器械中，大部分手术器械的末端执行器只能通过医生直接操控；也有一些手术系统中，为手术器械配置了操作终端，手术过程中，医生操作该操作终端中的操作器，手术器械根据操作器的指令对患者进行手术动作，但现有操作器多为常规的鼠标，操作时，只能进行平面移动或点选操作，操控感不够直观，可能会出现错误操控的情况。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种手术系统、手术控制系统及手术系统的控制方法，以提高操控体验，实现更直观的操控，从而降低操控错误的几率。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明技术方案如下：

一种手术系统，包括：

操作端，所述操作端包括握持部、基座及操作响应机构，所述操作响应机构与所述握持部之间设置有第一关节，所述操作响应机构与所述基座之间设置有第二关节，所述操作响应机构上设置有多个中间关节，所述第一关节、第二关节及各所述中间关节根据所述握持部的受力自适应的分解动作；

执行端，所述执行端包括末端执行器及执行机构，所述执行机构用于带动所述末端执行器动作；

及控制系统，所述控制系统包括传感器及处理器，所述传感器用于采集各所述分解动作的动作数据，所述传感器设置在所述操作端上，所述处理器用于根据所述动作数据产生控制指令，所述控制指令用于控制所述执行机构动作，使所述末端执行器的路径与对应关节或所述握持部的路径相对应。

可选的，所述操作端与所述执行端有线连接；或所述操作端与所述执行端无线连接。

可选的，所述操作响应机构为连杆机构。

可选的，部分关节或全部关节对应设置有所述传感器。

可选的，所述连杆机构包括多个依次串联的构件，各构件之间通过所述中间关节连接。

可选的，所述连杆机构可回转的设置在所述基座上，使所述握持部的运动极限空间位于以所述基座为中心的一球体空间内，所述握持部在其运动极限空间内自由动作。

可选的，所述连杆机构包括子平面连杆机构，所述子平面连杆机构包括至少两个依次串连的构件；所述子平面连杆机构中，各构件依次串联且处于同一平面，使所述握持部在所述子平面机构弯折时靠近或远离所述基座。

可选的，所述连杆机构包括依次串联的第一构件、第二构件、第三构件、第四构件和第五构件，所述第一关节设置在所述基座和所述第一构件之间，所述第二关节设置在所述第五构件和所述握持部之间。

可选的，所述第一构件可转动的设置在所述基座上，所述第一构件与所述基座的之间的转轴线为第一轴线；所述第二构件可转动的设置在所述第一构件上，所述第二构件和所述第一构件之间的转轴线为第二轴线；所述第三构件可转动的设置在所述第二构件上，所述第三构件和所述第二构件之间的转轴线为第三轴线；所述第四构件可转动的设置在所述第三构件上，所述第四构件和所述第三构件之间的转轴线为第四轴线；所述第五构件可转动的铰接在所述第四构件上，所述第五构件和所述第四构件之间的转轴线为第五轴线，所述握持部可转动的设置在所述第五构件上，所述握持部与所述第五构件之间的转轴线为第六轴线；

在所述第一轴线、所述第二轴线、所述第三轴线、所述第四轴线、所述第五轴线及所述第六轴线中，至少有一根轴线的轴向为第一方向，至少有一根轴线的轴向为第二方向，至少有一根轴线的轴向为第三方向，所述第一方向、所述第二方向和所述第三方向之间相互垂直。

可选的，所述第一轴线和所述第六轴线相互平行，所述第二轴线、第三轴线、第四轴线相互平行，所述第五轴线分别与所述第一轴线和所述第二轴线垂直，所述第一轴线和所述第二轴线之间相互垂直。

可选的，所述连杆机构上设置有辅助支撑结构，所述辅助支撑结构用于支撑所述第二构件和/或第三构件，所述辅助支撑结构包括第一支撑件和第二支撑件，所述第一支撑件和所述第二支撑件铰接。

可选的，当所述辅助支撑结构用于支撑所述第二构件时，所述第一支撑件铰接在所述第一构件上，所述第二支撑件铰接在所述第二构件与所述第三构件之间的关节处，使所述第一构件、所述第二构件、所述第一支撑件和所述第二支撑件共同形成平行四边形机构；

当所述辅助支撑结构用于支撑所述第三构件时，所述第一支撑件铰接在所述第四构件上，所述第二支撑件铰接在所述第二构件和第三构件之间的关节处，使所述第三构件、所述第四构件、所述第一支撑件和所述第二支撑件共同形成平行四边形机构。

可选的，所述辅助支撑结构还包括缓冲弹性件；

当所述辅助支撑结构用于支撑所述第二构件时，所述缓冲弹性件设置在所述第一支撑件和所述第二构件之间；

当所述辅助支撑结构用于支撑所述第三构件时，所述缓冲弹性件设置在所述第一支撑件和所述第三构件之间。

可选的，所述操作端还设置有用于非手术状态下限定所述握持部的自由度的限位结构。

可选的，所述限位结构包括：

限位孔，其设置在所述基座上；

限位部，其设置在所述操作响应机构或所述握持部上；

其中，所述限位部通过插入所述限位孔内限制所述握持部的自由度。

可选的，所述传感器为编码器。

可选的，所述握持部上设置有用于操控所述末端执行器执行手术动作的交互区。

可选的，所述末端执行器包括聚焦超声装置。

可选的，所述执行机构为与所述操作响应机构结构相同的等比例缩放机构，或所述执行机构的结构与所述操作响应机构的结构不同。

可选的，当所述执行机构为与所述操作响应机构结构相同的等比例缩放机构时，所述处理器被配置为：直接根据所述动作数据控制所述执行机构，使末端执行器的路径与相应关节/所述握持部的路径一致；或所述处理器被配置为：根据所述动作数据计算相应关节或所述握持部的起始位置至终点位置的总位移和总角度，并根据所述执行机构的结构分解所述总位移和所述总角度，使所述末端执行器的总位移和总角度与相应关节/所述握持部的总位移和总角度分别对应。

可选的，所述执行机构的结构与所述操作响应机构的结构不同时，所述处理器被配置为：

根据所述动作数据计算相应关节/所述握持部在所述操作端所对应的空间坐标系中的状态，所述状态包括位置状态或所述状态包括位置状态和姿势状态；

根据相应关节/所述握持部在操作端所对应的空间坐标系中的状态确定所述末端执行器在所述执行端对应的空间坐标系中的目标状态，

根据所述末端执行器在所述执行端对应的空间坐标系中的当前状态和目标状态，并结合执行机构的结构，计算所述末端执行器的响应路径，

控制所述执行机构根据所述响应路径动作，使所述末端执行器移动至对应空间坐标系中的目标状态。

可选的，所述手术系统还包括用于反馈所述末端执行器状态的反馈系统。

可选的，所述反馈系统包括用于检测所述末端执行器的与被手术者之间的压力的压力传感器；和/或所述反馈系统包括用于检测所述末端执行器与被手术者皮肤表层距离的距离传感器。

可选的，所述反馈系统包括影像系统，所述影像系统包括体内影像监视装置、体外影像监视装置中的一种或两种，所述体内影像监视装置用于获取患者体内的实时影像，所述体外影像装置用于监视末端执行器的实时影像。

本发明还提供一种手术控制系统，包括：

传感器，所述传感器用于采集操作端的动作数据；及

处理器，所述处理器被配置为根据所述动作数据生产控制指令，所述控制指令用于控制执行端的执行机构动作，使执行端中末端执行器的路径与操作端中相应关节/握持部的路径相对应。

可选的，所述处理器被配置为：直接根据所述动作数据控制所述执行机构，使所述末端执行器的路径与相应关节/所述握持部的路径一致；

或所述处理器被配置为：根据所述动作数据计算相应关节/所述握持部在所述操作端所对应的空间坐标系中的状态，所述状态包括位置状态或所述状态包括位置状态和姿势状态，

根据相应关节/所述握持部在操作端所对应的空间坐标系中的状态确定所述末端执行器在所述执行端对应的空间坐标系中的目标状态，

根据所述末端执行器在所述执行端对应的空间坐标系中的当前状态和目标状态，并结合执行机构的结构，计算所述末端执行器的响应路径，

控制所述执行机构根据所述响应路径动作，使所述末端执行器移动至对应空间坐标系中的目标状态。

可选的，所述处理器被配置为：在所述末端执行器对应操作端中相应关节/所述握持部移动过程中，控制所述末端执行器避让被手术者。

本发明还提供一种手术系统的控制方法，包括：

采集所述操作端的动作数据；

根据所述动作数据产生控制指令，所述控制指令用于控制执行端的执行机构动作，使执行端中末端执行器的路径与操作端中相应关节/握持部的路径相对应。

可选的，直接根据所述动作数据控制所述执行机构，使所述末端执行器的路径与操作端中相应关节/所述握持部的路径一致；或

根据所述动作数据计算相应关节/所述握持部在所述操作端所对应的空间坐标系中的状态所述状态包括位置状态或所述状态包括位置状态和姿势状态；

根据相应关节/所述握持部在操作端所对应的空间坐标系中的状态确定所述末端执行器在所述执行端对应的空间坐标系中的目标状态，

根据所述末端执行器在所述执行端对应的空间坐标系中的当前状态和目标状态，并结合执行机构的结构，计算所述末端执行器的响应路径，

控制所述执行机构根据所述响应路径动作，使所述末端执行器移动至对应空间坐标系中的目标状态。

可选的，在所述末端执行器对应操作端中对应的关节/所述握持部移动过程中，控制所述末端执行器避让被手术者。

本发明，通过改变握持部的路径，使执行端的末端执行器对应相应关节的移动路径或握持部的的移动路径，操作更直观，操控体验更好，能够降低误超控率。

附图说明

图1显示为本发明的手术系统的一示例性的结构简图；

图2显示为本发明的手术系统的另一示例性的结构简图；

图3显示为操作端的一示例性的结构示意图；

图4显示为图3的内部剖视图；

图5显示为图3的内部剖视图(已标记各关节位置)；

图6显示为控制系统的一示例性的结构示意图。

实施例中附图标记说明包括：

操作端100、执行端200、处理器320、执行机构220、末端执行器210、基座110、握持部120、操作响应机构130、第一构件131、第二构件132、第三构件133、第四构件134、第五构件135、中间关节103、第一关节101、第二关节106、辅助支撑结构140、第一支撑件141、第二支撑件142、缓冲弹性件143、交互区150、按钮151、限位结构160、限位部161、限位孔162、传感器310、第一编码器311、第二编码器312、第三编码器313、第四编码器314、第五编码器315。

具体实施方式

在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。

应当理解的是，本发明能够以不同形式实施，而不应当解释为局限于这里提出的实施例。相反地，提供这些实施例将使公开彻底和完全，并且将本发明的范围完全地传递给本领域技术人员。在附图中，自始至终相同附图标记表示相同的组件。

一种手术系统，结合图1至图6，包括操作端100、执行端200及控制系统，其中，操作端100包括握持部120、基座110及操作响应机构130，执行端200包括末端执行器210及用于带动末端执行器210动作的执行机构220，操作响应机构130与握持部120之间设置有第一关节101，该操作响应机构130与基座110之间设置有第二关节106，该操作响应机构130上设置有多个中间关节103，该第一关节101、第二关节106及各中间关节103根据握持部120的受力自适应的分解动作；该控制系统包括传感器310及处理器320，传感器310设置在操作端100，传感器310用于采集操作响应机构130的分解动作的动作数据，处理器320根据采集的动作数据产生控制指令，以控制执行机构220动作，末端执行器210随执行机构220动作，使末端执行器210的路径与握持部120的路径相对应。在实际实施过程中，处理器320根据采集的动作数据所产生的控制指令，也可以用于使末端执行器210的路径与对应关节(例如，标号133和标号134之间的构件)的路径相对应。

本发明中的路径相对应，可以是末端执行器210或相应关节与握持部120从起始位置到终点位置的位移相对应，可以是起始位置到终点位置的转动角度相对应，也可以是起始位置到终点位置的位移和转动角度均对应。

手术时，只需握住握持部120，操作响应机构130会根据其自身结构自适应的在握持部120的带动下分解动作，传感器310获取这些分解动作的动作数据，处理器320再根据动作数据控制执行机构220动作，使末端执行器210的路径与握持部120或相应关节的路径相对应。

在一些实施例中，参见图1，操作端100与执行端200有线连接，则可以在同一个房间布置整个手术系统，也可以其中一个房间布置操作端100，在相邻或相近的另一个房间布置执行端200。在另一些实施例中，参见图2，操作端100与执行端200之间无线连接，可以根据需求布置执行端200和操作端100，例如，可以实现执行端200和操作端100的远程布置，通过操作端100对执行端200的远程控制。

在下述的各实施例中，均采用包含连杆机构的结构作为操作响应机构130，但在实际实施过程中，操作响应机构130的结构非限于此，操作响应机构130的实际结构可以根据末端执行器210的自由度进行设计，为便于理解本发明，下述各实施例中均结合超声聚焦手术对应的系统和手术过程进行说明，但实际实施过程，本发明的手术系统也可以是其他手术对应的手术系统。

在一些实施例中，结合参见图3、图4、图5该连杆机构包括多个串联的构件，各构建之间通过该中间关节103连接。

在一些实施例中，结合参见图3至图5，该连杆机构可回转的设置在所述基座110上，使所述握持部120的运动极限空间位于以所述基座110为中心的一球体空间内，所述握持部120在其运动极限空间内自由动作。这种设置方式，操作者可以将基座110当作待处理的病灶，更直观的模拟了手持末端执行器210时的动作过程，操控体验更佳。

在一些实施例中，该连杆机构包括子平面连杆机构，子平面连杆机构包括至少两个依次串连的构件；该子平面连杆机构中，各构件依次串联且处于同一平面，使握持部120在子平面机构弯折时靠近或远离所述基座110。此时，末端执行器210可以根据图5中，第三构件133和第四构件134之间的中间关节103移动，例如，参见图3至图5，该子平面机构可以为图中的第二构件132、第三构件133和第四构件134，在连杆机构可沿基座110回转的基础上，可以结合该子平面机构的各关节弯折使握持部120可以到达其运动极限空间内任一位置。在实际实施过程中，该子平面机构的构件数量可以为其他数量。

为获取动操作响应机构的动作数据，在一些实施例中，参见图3至图5，部分关节上设置传感器310，只要能够根据获取的动作数据计算出对应关节或握持部120的路径即可，在实际实施过程中，也可以在每个关节上设置传感器，另外，传感器310的类型是根据执行端200的实际结构设定的，若执行端200中有旋转关节，则可以设置角位移传感器310，也可以设置多个位移传感器310后计算旋转关节的转动角度，若执行端200中设置有滑动关节，则可以设置位移传感器310以获取滑动关节的滑动位移。

在一些实施例中，参见图3至图5，各关节均为转动副关节，连杆机构包括依次串联的第一构件131、第二构件132、第三构件133、第四构件134和第五构件135，第一关节101设置在基座110和所述第一构件131之间，第二关节106设置在第五构件135和握持部120之间。在实际实施过程中，也可以部分关节采用转动副、部分关节采用移动副，但这种全部采用转动副关节的方式有利于各关节响应更顺畅、连贯。

在一些实施例中，为使握持部120能够在其极限运动空间内自由移动，结合参见图3至图5，第一构件131可转动的设置在基座110上，第一构件131与基座110的之间的转轴线定义为第一轴线；第二构件132可转动的设置在第一构件131上，第二构件132和第一构件131之间的转轴线定义为第二轴线；第三构件133可转动的设置在第二构件132上，第三构件133和第二构件132之间的转轴线定义为第三轴线；第四构件134可转动的设置在第三构件133上，第四构件134和第三构件133之间的转轴线定义为第四轴线；第五构件135可转动的铰接在第四构件134上，第五构件135和第四构件134之间的转轴线定义为第五轴线，握持部120可转动的设置在第五构件135上，握持部120与第五构件135之间的转轴线定义为第六轴线。在第一轴线、第二轴线、第三轴线、第四轴线、第五轴线及第六轴线中，至少有一根轴线的轴向为第一方向，至少有一根轴线的轴向为第二方向，至少有一根轴线的轴向为第三方向，第一方向、第二方向和第三方向之间相互垂直。如果第一方向为X轴方向、第二方向为Y轴方向、第三方向为Z轴方向，也就是至少有一条轴线在X轴方向上，至少由一条轴线在Y轴方向上，至少由一条轴线在Z轴方向上。在实际实施过程中，第一方向、第二方向、第三方向也可以互不垂直，但需满足在任一个空间直角坐标系中，第一方向、第二方向、第三方向在该坐标系中按X轴、Y轴、Z轴分解后，X轴、Y轴和Z轴上的分解值均不为零。

在一些实施例中，结合参见图3至图5，第一轴线和第六轴线相互平行，第二轴线、第三轴线、第四轴线相互平行，第五轴线分别第一轴线和第二轴线垂直，第一轴线和第二轴线之间相互垂直。

在一些实施例中，结合参见图3至图3，连杆机构上设置有辅助支撑结构140，辅助支撑结构140用于支撑第二构件132和第三构件133，辅助支撑结构140包括第一支撑件141和第二支撑件142，第一支撑件141和第二支撑件142铰接。

当辅助支撑结构140用于支撑第二构件132时，第一支撑件141铰接在第一构件131上，第二支撑件142铰接在第二构件132与第三构件133之间的关节处，使第一构件131、第二构件132、第一支撑件141和第二支撑件142共同形成平行四边形机构；当辅助支撑结构140用于支撑第三构件133时，第一支撑件141铰接在第四构件134上，第二支撑件142铰接在第二构件132和第三构件133之间的关节处，使第三构件133、第四构件134、第一支撑件141和第二支撑件142共同形成平行四边形机构。

在一些实施例中，结合参见图3至图5，辅助支撑结构140还包括缓冲弹性件143。当辅助支撑结构140用于支撑第二构件132时，缓冲弹性件143设置在第一支撑件141和第二构件132之间；当辅助支撑结构140用于支撑第三构件133时，缓冲弹性件143设置在第一支撑件141和第三构件133之间。在实际实施过程中，该缓冲弹性件143可以采用弹簧、气弹簧、皮筋等，只要能够提供缓冲弹力，就能使被支撑的构件在转动过程中受到跟小的冲击力，有利于与使整个执行器的结构更稳定可靠。

在一些实施例中，该传感器310为编码器。在实施实施过程中，该传感器310的类型是根据操作端100的实际结构设定。

在一些实施例中，参见图3至图5，传感器310布置在第一关节101处、第二关节106处、第一构件131与第二构件132之间的关节处、第二构件132与第三构件133之间的关节处、第四构件134与第五构件135之间的关节处。在图1至图3中，各传感器310均为编码器，该操作器上供设置有五个编码器，即第一编码器311、第二编码器312、第三编码器313、第四编码器314、第五编码器315，第一编码器311设置在第一关节1011处、第二编码器312设置在第一构件131与第二构件132之间的关节处，第三编码器313设置在第二构件132和第三构件133之间的关节处，第四编码器314设置在第四构件134和第五构件135之间的关节处，第五编码器315设置在第二关节106处。此时，可利用第一编码器31151、第二编码器31252、第三编码器313获取的第三构件133和第四构件134之间的位移数据，利用第四编码器31454、第五编码器315获取握持部120的姿态。当然，在实际实施过程中，也可以在每个关节均对应设置传感器310，实现全方位的位移和姿态识别。

在一些实施例中，参见图3至图5，该操作器还包括用于非手术状态下限定握持部120的自由度的限位结构160。当手术完成后或中断手术时，利用该限位结构160在一定程度上锁紧该操作器。

在一些实施例中，参见图3至图5，该限位结构160包括设置在基座110上的限位孔162和设置在操作响应机构130上的限位部161，限位部161通过插入限位孔162内限制握持部120的自由度。在图中，该限位部161设置在连杆机构中的第四构件134上，此时握持部120的自由度为2；在实际实施过程中，也可以将该限位部161设置在连杆机构中的其他构件上；或直接将该限位部161设置在握持部120上，完全锁死该握持部120，使握持部120对应的自由度为0，另外，限制该限位部161的结构并不仅限于限位孔162的形式，也可以是限位槽或其他结构，并且，限位孔162可以不设置在基座110上，也可以设置操作器之外的结构上，只要能够实现对握持部120的限位即可。

在一些实施例中，参见图3至图5，握持部120上设置有用于操控手术器械执行手术动作的交互区150。

在一些实施例中，末端执行器210包括聚焦超声装置。

在一些实施例中，参见图3至图5，交互区150上设置有用于触发末端执行器210动作的发射超声波的按钮151或界面。

在一些实施例中，执行机构220为与操作响应机构130结构相同的等比例缩放机构，例如：当操作端采用图1中的操作端结构时，执行机构220的结构与图1中对应的操作响应机构130可以结构一致。在另一些实施例中，执行机构220的结构与操作响应机构130的结构不同，例如：当操作端100的结构为图2中对应的操作端时，对应的执行机构220可以是一个带动末端执行器沿X轴移动、Y轴移动、Z轴移动、Y轴转动的四轴机构，当然，也可以是一个带动末端执行器210沿X轴、Y轴及Z轴移动的三轴机构。

参见图1，当该执行机构220与操作响应机构130的结构相同时，处理器320可以被配置为：直接根据该动作数据控制所述执行机构220，使末端执行器210的路径与握持部120的路径一致，也就是直接读取单个关节的传感器310的动作数据，使执行机构220上的各关节一一对应的响应动作。当然，该执行机构220也可以被配置为：根据所述动作数据计算相应关节或所述握持部120的起始位置至终点位置的总位移和总角度，并根据所述执行机构220的结构分解所述总位移和所述总角度，使所述末端执行器210的总位移和总角度与所述握持部120的总位移和总角度分别对应，也就是先根据所有传感器310的动作数据计算握持部120的总位移和总角度数据，再根据握持部120的总位移和总角度控制执行机构220响应动作。

参见图2，当该执行机构220与操作响应机构130的结构不同时，该处理器320就只能被配置为：

根据所述动作数据计算相应关节/所述握持部120在所述操作端所对应的空间坐标系中的状态，所述状态包括位置状态或所述状态包括位置状态和姿势状态；

根据相应关节/所述握持部在操作端所对应的空间坐标系中的状态确定所述末端执行器在所述执行端对应的空间坐标系中的目标状态，

根据所述末端执行器在所述执行端对应的空间坐标系中的当前状态和目标状态，并结合执行机构的结构，计算所述末端执行器的响应路径，

控制所述执行机构根据所述响应路径动作，使所述末端执行器移动至对应空间坐标系中的目标状态。

例如：当执行机构220是一个带动末端执行器210沿X轴、Y轴及Z轴移动的三轴机构，操作端100的结构如,2所示时，则在确定末端执行器210的目标状态，分解末端执行器100沿X轴、Y轴、Z轴的位移，确定末端执行器的路径，再控制执行机构220动作使末端执行器210对应移动即可。

在一些实施例中，该手术系统还包括用于反馈所述末端执行器210状态的反馈系统。

在一些实施例中，该反馈系统包括用于检测所述末端执行器210的与被手术者之间的压力的压力传感器310和用于检测所述末端执行器210与被手术者皮肤表层距离的距离传感器310。在实际实施过程中，也可以仅设置压力传感器310或距离传感器310中的一种。当设置有该压力传感器310时，能够实时检测到被手术者皮肤上的受压，在一些手术中，末端执行器210是可以贴在被手术者皮肤上的，设置该压力传感器310有利于及时发现被手术者承受压力值是否过大，使操作者可以根据压力传感器310反馈的压力值及时调整握持部120的位置，从而调整末端执行器210的位置，达到压力调节的目的，同样，当设置有该距离传感器310时，以在聚焦超声手术为例，能够更便于调节焦点位置。

在一些实施例中，该反馈系统包括影像系统，该影像系统包括体体内影像监视装置和体外影像监视装置，所述体内影像监视装置用于获取患者体内的实时影像，所述体外影像装置用于监视末端执行器210的实时影像，设置该体内影像监视系统便于更直观的获取病灶位置的图像，而设置该体外影像监视系统有利于更直观的获取末端执行器210的位置，还有利于在手术过程中实现避让。在实际实施过程中，也可以根据需求只设置体内影像监视装置，或只设置体外影像监视装置，另外，在实际实施过程中，该体内影像监视装置可以采用磁共振成像(MRI,Magnetic Resonance Imaging)caiyong、B超(B-scanultrasonography)、电子计算机断层扫描CT(Computed Tomography)等技术，当采用B超时，B超探头可以集成在末端执行器210上；而该体外监视装置可以包括图像采集器(如：摄像头)和显示装置(如显示屏)。

本发明还提供一种手术控制系统，包括：

传感器310，所述传感器310用于采集操作端100的动作数据；及

处理器320，所述处理器320被配置为根据所述动作数据生产控制指令，所述控制指令用于控制执行端200的执行机构220动作，使执行端200中末端执行器210的路径与操作端中相应关节或操作端100中握持部120的路径相对应。

在一些实施例中，所述处理器320被配置为：直接根据所述动作数据控制所述执行机构220，使所述末端执行器210的路径与相应关节或所述握持部120的路径一致；

在一些实施例中，所述处理器320被配置为：

根据所述动作数据计算相应关节/所述握持部在所述操作端所对应的空间坐标系中的状态，所述状态包括位置状态或所述状态包括位置状态和姿势状态，

根据相应关节/所述握持部在操作端所对应的空间坐标系中的状态确定所述末端执行器在所述执行端对应的空间坐标系中的目标状态，

根据所述末端执行器在所述执行端对应的空间坐标系中的当前状态和目标状态，并结合执行机构的结构，计算所述末端执行器的响应路径，

控制所述执行机构根据所述响应路径动作，使所述末端执行器移动至对应空间坐标系中的目标状态。

在一些实施例中，所述处理器320被配置为：在所述末端执行器210对应操作端的相应关节或所述握持部120移动过程中，控制所述末端执行器210避让被手术者。

在一些实施例中，参见图6，该处理器320可以选用现场可编程门阵列(FPGA，Field－Programmable Gate Array)，将其与PC端连接后，配置处理器，在实际实施过程中，该处理器可以是通用处理器，包括中央处理器(Central Processing Unit，简称CPU)、网络处理器(Network Processor，简称NP)等；还可以是数字信号处理器(Digital SignalProcessing，简称DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，简称ASIC)、或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。

对应的，本发明还提供一种手术系统的控制方法，包括：

采集所述操作端100的动作数据；

根据所述动作数据产生控制指令，所述控制指令用于控制执行端200的执行机构220动作，使执行端200中末端执行器210的路径与操作端100中相应关节或握持部120的路径相对应。

在一些实施例中，在该手术系统的控制方法中，直接根据所述动作数据控制所述执行机构220，使所述末端执行器210的路径与相应关节或所述握持部120的路径一致；

在一些实施例中，在该手术系统的控制方法中：

根据所述动作数据计算相应关节/所述握持部在所述操作端所对应的空间坐标系中的状态，所述状态包括位置状态或所述状态包括位置状态和姿势状态，

根据相应关节/所述握持部在操作端所对应的空间坐标系中的状态确定所述末端执行器在所述执行端对应的空间坐标系中的目标状态，

根据所述末端执行器在所述执行端对应的空间坐标系中的当前状态和目标状态，并结合执行机构的结构，计算所述末端执行器的响应路径，

控制所述执行机构根据所述响应路径动作，使所述末端执行器移动至对应空间坐标系中的目标状态。

在一些实施例中，在所述末端执行器210对应操作端中对应的关节/所述握持部120移动过程中，控制所述末端执行器210避让被手术者。

在本发明描述中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”＝可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。

本发明的描述中，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也意图包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应明白术语“组成”和/或“包括”，当在该说明书中使用时，确定所述特征、整数、步骤、操作、组件和/或部件的存在，但不排除一个或更多其它的特征、整数、步骤、操作、组件、部件和/或组的存在或添加。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (24)

1.一种手术系统，其特征在于，包括：

操作端，所述操作端包括握持部、基座及操作响应机构，所述操作响应机构与所述握持部之间设置有第一关节，所述操作响应机构与所述基座之间设置有第二关节，所述操作响应机构上设置有多个中间关节，所述第一关节、第二关节及各所述中间关节根据所述握持部的受力自适应的分解动作；

执行端，所述执行端包括末端执行器及执行机构，所述执行机构用于带动所述末端执行器动作；

及控制系统，所述控制系统包括传感器及处理器，所述传感器用于采集各所述分解动作的动作数据，所述传感器设置在所述操作端上，所述处理器用于根据所述动作数据产生控制指令，所述控制指令用于控制所述执行机构动作，使所述末端执行器的路径与对应关节或所述握持部的路径相对应；

其中，所述操作响应机构为连杆机构，所述连杆机构包括多个依次串联的构件，各构件之间通过所述中间关节连接，所述连杆机构可回转的设置在所述基座上，使所述握持部的运动极限空间位于以所述基座为中心的一球体空间内，所述握持部在其运动极限空间内自由动作。

2.根据权利要求1所述的手术系统，其特征在于：

所述操作端与所述执行端有线连接；

或所述操作端与所述执行端无线连接。

3.根据权利要求1所述的手术系统，其特征在于：部分关节或全部关节对应设置有所述传感器。

4.根据权利要求1所述的手术系统，其特征在于：所述连杆机构包括子平面连杆机构，所述子平面连杆机构包括至少两个依次串连的构件；

所述子平面连杆机构中，各构件依次串联且处于同一平面，使所述握持部在所述子平面机构弯折时靠近或远离所述基座。

5.根据权利要求1所述的手术系统，其特征在于：所述连杆机构包括依次串联的第一构件、第二构件、第三构件、第四构件和第五构件，所述第一关节设置在所述基座和所述第一构件之间，所述第二关节设置在所述第五构件和所述握持部之间。

6.根据权利要求5所述的手术系统，其特征在于：

所述第一构件可转动的设置在所述基座上，所述第一构件与所述基座的之间的转轴线为第一轴线；

所述第二构件可转动的设置在所述第一构件上，所述第二构件和所述第一构件之间的转轴线为第二轴线；

所述第三构件可转动的设置在所述第二构件上，所述第三构件和所述第二构件之间的转轴线为第三轴线；

所述第四构件可转动的设置在所述第三构件上，所述第四构件和所述第三构件之间的转轴线为第四轴线；

所述第五构件可转动的铰接在所述第四构件上，所述第五构件和所述第四构件之间的转轴线为第五轴线，

所述握持部可转动的设置在所述第五构件上，所述握持部与所述第五构件之间的转轴线为第六轴线；

在所述第一轴线、所述第二轴线、所述第三轴线、所述第四轴线、所述第五轴线及所述第六轴线中，至少有一根轴线的轴向为第一方向，至少有一根轴线的轴向为第二方向，至少有一根轴线的轴向为第三方向，所述第一方向、所述第二方向和所述第三方向之间相互垂直。

7.根据权利要求6所述的手术系统，其特征在于：所述第一轴线和所述第六轴线相互平行，所述第二轴线、第三轴线、第四轴线相互平行，所述第五轴线分别与所述第一轴线和所述第二轴线垂直，所述第一轴线和所述第二轴线之间相互垂直。

8.根据权利要求7所述的手术系统，其特征在于：

所述连杆机构上设置有辅助支撑结构，所述辅助支撑结构用于支撑所述第二构件和/或第三构件，所述辅助支撑结构包括第一支撑件和第二支撑件，所述第一支撑件和所述第二支撑件铰接。

9.根据权利要求8所述的手术系统，其特征在于：

当所述辅助支撑结构用于支撑所述第二构件时，所述第一支撑件铰接在所述第一构件上，所述第二支撑件铰接在所述第二构件与所述第三构件之间的关节处，使所述第一构件、所述第二构件、所述第一支撑件和所述第二支撑件共同形成平行四边形机构；

当所述辅助支撑结构用于支撑所述第三构件时，所述第一支撑件铰接在所述第四构件上，所述第二支撑件铰接在所述第二构件和第三构件之间的关节处，使所述第三构件、所述第四构件、所述第一支撑件和所述第二支撑件共同形成平行四边形机构。

10.根据权利要求9所述的手术系统，其特征在于：所述辅助支撑结构还包括缓冲弹性件；

当所述辅助支撑结构用于支撑所述第二构件时，所述缓冲弹性件设置在所述第一支撑件和所述第二构件之间；

当所述辅助支撑结构用于支撑所述第三构件时，所述缓冲弹性件设置在所述第一支撑件和所述第三构件之间。

11.根据权利要求1所述的手术系统，其特征在于：所述操作端还设置有用于非手术状态下限定所述握持部的自由度的限位结构。

12.根据权利要求11所述的手术系统，其特征在于：所述限位结构包括：

限位孔，其设置在所述基座上；

限位部，其设置在所述操作响应机构或所述握持部上；

其中，所述限位部通过插入所述限位孔内限制所述握持部的自由度。

13.根据权利要求1所述的手术系统，其特征在于：所述传感器为编码器。

14.根据权利要求1所述的手术系统，其特征在于：所述握持部上设置有用于操控所述末端执行器执行手术动作的交互区。

15.根据权利要求1所述的手术系统，其特征在于：所述末端执行器包括聚焦超声装置。

16.根据权利要求1所述的手术系统，其特征在于：

所述执行机构为与所述操作响应机构结构相同的等比例缩放机构，

或

所述执行机构的结构与所述操作响应机构的结构不同。

17.根据权利要求16所述的手术系统，其特征在于：当所述执行机构为与所述操作响应机构结构相同的等比例缩放机构时，

所述处理器被配置为：直接根据所述动作数据控制所述执行机构，使末端执行器的路径与相应关节/所述握持部的路径一致；或

所述处理器被配置为：根据所述动作数据计算相应关节或所述握持部的起始位置至终点位置的总位移和总角度，并根据所述执行机构的结构分解所述总位移和所述总角度，使所述末端执行器的总位移和总角度与相应关节/所述握持部的总位移和总角度分别对应。

18.根据权利要求16所述的手术系统，其特征在于：所述执行机构的结构与所述操作响应机构的结构不同时，所述处理器被配置为：

根据所述动作数据确定相应关节/所述握持部在所述操作端所对应的空间坐标系中的状态，所述状态包括位置状态或所述状态包括位置状态和姿势状态，

根据相应关节/所述握持部在操作端所对应的空间坐标系中的状态确定所述末端执行器在所述执行端对应的空间坐标系中的目标状态，

根据所述末端执行器在所述执行端对应的空间坐标系中的当前状态和目标状态，并结合执行机构的结构，计算所述末端执行器的响应路径，

控制所述执行机构根据所述响应路径动作，使所述末端执行器在所述执行端对应空间坐标系中的动作至目标状态。

19.根据权利要求1所述的手术系统，其特征在于：还包括用于反馈所述末端执行器状态的反馈系统。

20.根据权利要求19所述的手术系统，其特征在于：

所述反馈系统包括用于检测所述末端执行器的与被手术者之间的压力的压力传感器；

和/或

所述反馈系统包括用于检测所述末端执行器与被手术者皮肤表层距离的距离传感器。

21.根据权利要求19所述的手术系统，其特征在于：所述反馈系统包括影像系统，所述影像系统包括体内影像监视装置、体外影像监视装置中的一种或两种，所述体内影像监视装置用于获取患者体内的实时影像，所述体外影像装置用于监视末端执行器的实时影像。

22.一种手术系统的控制方法，其特征在于，所述的手术系统为权利要求1-16或权利要求19-21中任一项所述的手术系统，所述控制方法包括：

采集所述操作端的动作数据；

根据所述动作数据产生控制指令，所述控制指令用于控制执行端的执行机构动作，使执行端中末端执行器的路径与操作端中相应关节/握持部的路径相对应。

23.根据权利要求22所述的手术系统的控制方法，其特征在于：

直接根据所述动作数据控制所述执行机构，使所述末端执行器的路径与操作端中相应关节/所述握持部的路径一致；

或

根据所述动作数据计算相应关节/所述握持部在所述操作端所对应的空间坐标系中的状态，所述状态包括位置状态或所述状态包括位置状态和姿势状态；

根据相应关节/所述握持部在操作端所对应的空间坐标系中的状态确定所述末端执行器在所述执行端对应的空间坐标系中的目标状态，

根据所述末端执行器在所述执行端对应的空间坐标系中的当前状态和目标状态，并结合执行机构的结构，计算所述末端执行器的响应路径，

控制所述执行机构根据所述响应路径动作，使所述末端执行器移动至对应空间坐标系中的目标状态。

24.根据权利要求22所述的手术系统的控制方法，其特征在于：在所述末端执行器对应操作端中对应的关节/所述握持部移动过程中，控制所述末端执行器避让被手术者。

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