CN114554995A - 具有多个医疗器械的机器人医疗系统 - Google Patents

Abstract

某些方面涉及机器人医疗器械系统。此类系统可以包括第一医疗器械和第二医疗器械。第一医疗器械可以包括器械基部和从器械基部延伸的细长轴以及机器人驱动输入部。第一医疗器械可以包括器械入口。第二医疗器械可以包括器械基部和延伸穿过器械入口的细长轴。第二医疗器械可以包括机器人驱动输入部，该机器人驱动输入部耦合到第二医疗器械中的旋转元件。机器人医疗器械系统可以包括具有第一机器人驱动输出部和第二机器人驱动输出部的机器人臂。第一机器人驱动输出部可以驱动第一医疗器械的机器人驱动输入部，并且第二机器人驱动输出部可以驱动第二医疗器械的机器人驱动输入部。

Description

具有多个医疗器械的机器人医疗系统

相关申请的交叉引用

本申请要求2019年8月15日提交的美国临时申请62/887,569的权益，该临时申请据此全文以引用方式并入。

技术领域

本文所公开的系统和方法涉及医疗器械系统，并且更具体地涉及能够手动地或机器人地控制的医疗器械。

背景技术

医疗规程诸如内窥镜检查可涉及出于诊断和/或治疗目的而进入患者的解剖结构的内部并使其可视化。例如，胃肠病学、泌尿病学和支气管病学涉及允许医师检查患者管腔诸如输尿管、胃肠道和气道(支气管和细支气管)的医疗规程。在这些规程期间，将称为内窥镜的细的柔性管状工具或器械穿过孔口(诸如自然孔口)插入到患者并且将其朝向识别用于后续诊断和/或治疗的组织部位推进。医疗器械可以是可控制的和可关节运动的以有利于导航通过解剖结构。

附图说明

下文将结合附图描述所公开的方面，该附图被提供以说明而非限制所公开的方面，其中类似的标号表示类似的元件。

图1示出了被布置用于诊断性和/或治疗性支气管镜检查的基于推车的机器人系统的实施方案。

图2描绘了图1的机器人系统的另外方面。

图3示出了被布置用于输尿管镜检查的图1的机器人系统的实施方案。

图4示出了被布置用于血管规程的图1的机器人系统的实施方案。

图5示出了被布置用于支气管镜检查规程的基于台的机器人系统的实施方案。

图6提供了图5的机器人系统的另选视图。

图7示出了被配置成收起机器人臂的示例性系统。

图8示出了被配置用于输尿管镜检查规程的基于台的机器人系统的实施方案。

图9示出了被配置用于腹腔镜检查规程的基于台的机器人系统的实施方案。

图10示出了具有俯仰或倾斜调整的图5至图9的基于台的机器人系统的实施方案。

图11提供了图5至图10的基于台的机器人系统的台与柱之间的接口的详细图示。

图12示出了基于台的机器人系统的另选实施方案。

图13示出了图12的基于台的机器人系统的端视图。

图14示出了其上附接有机器人臂的基于台的机器人系统的端视图。

图15示出了示例性器械驱动器。

图16示出了具有成对器械驱动器的示例性医疗器械。

图17示出了器械驱动器和器械的另选设计，其中驱动单元的轴线平行于器械的细长轴的轴线。

图18示出了具有基于器械的插入架构的器械。

图19示出了示例性控制器。

图20描绘了根据示例性实施方案的示出定位系统的框图，该定位系统估计图1至图10的机器人系统的一个或多个元件的位置，诸如图16至图18的器械的位置。

图21A至图21E示意性地示出了示例性医疗器械系统。

图22A示出了根据一种配置的示例性内窥镜的底视图。

图22B示出了根据一种配置的其中包括另一医疗器械的功能的示例性医疗器械系统的透视图。

图23示出了示例性内窥镜基部的内部部件中的一些内部部件。

图24示出了示例性滑轮的顶部透视图。

图25示出了附接到机器人器械驱动适配器的实施方案的医疗器械系统200的示例性内窥镜基部的视图。

图26示出了根据一种配置的示例性医疗器械系统的底视图。

图27示出了根据一个实施方案的示例性器械的顶视图。

图28示出了根据一个实施方案的图27的器械的透视底视图。

图29示出了图28的器械的底视图的横截面。

图30A至图30B示出了示例性机器人器械驱动适配器的透视图。

图31示出了具有均耦合到机器人器械驱动适配器的内窥镜和器械的示例性医疗器械系统。

图32示出了远侧定位的篮式工具的近视图。

具体实施方式

1.概述。

本公开的各方面可集成到机器人使能的医疗系统中，该机器人使能的医疗系统能够执行多种医疗规程，包括微创规程诸如腹腔镜检查，以及非侵入规程诸如内窥镜检查两者。在内窥镜检查规程中，系统可能能够执行支气管镜检查、输尿管镜检查、胃镜检查等。

除了执行广泛的规程之外，系统可以提供附加的益处，诸如增强的成像和指导以帮助医师。另外，该系统可以为医师提供从人体工程学方位执行规程的能力，而不需要笨拙的臂运动和方位。另外，该系统可以为医师提供以改进的易用性执行规程的能力，使得系统的器械中的一个或多个器械可由单个用户控制。

出于说明的目的，下文将结合附图描述各种实施方案。应当理解，所公开的概念的许多其他具体实施是可能的，并且利用所公开的具体实施可实现各种优点。标题包括在本文中以供参考并且有助于定位各个节段。这些标题并非旨在限制相对于其所述的概念的范围。此类概念可在整个说明书中具有适用性。

A.机器人系统–推车。

机器人使能的医疗系统可以按多种方式配置，这取决于特定规程。图1示出了被布置用于诊断性和/或治疗性支气管镜检查的基于推车的机器人使能的系统10的实施方案。在支气管镜检查期间，系统10可包括推车11，该推车具有一个或多个机器人臂12，以将医疗器械诸如可操纵内窥镜13(其可以是用于支气管镜检查的规程特定的支气管镜)递送至自然孔口进入点(即，在本示例中定位在台上的患者的口)，以递送诊断和/或治疗工具。如图所示，推车11可被定位在患者的上躯干附近，以便提供到进入点的通路。类似地，可以致动机器人臂12以相对于进入点定位支气管镜。当利用胃镜(用于胃肠道(GI)规程的专用内窥镜)执行GI规程时，也可利用图1中的布置。图2更详细地描绘了推车的示例性实施方案。

继续参考图1，一旦推车11被正确定位，机器人臂12就可以机器人地、手动地或以其组合将可操纵内窥镜13插入到患者。如图所示，可操纵内窥镜13可包括至少两个伸缩部分，诸如内引导件部分和外护套部分，每个部分耦合到来自一组器械驱动器28的单独的器械驱动器，每个器械驱动器耦合到单独的机器人臂的远侧端部。有利于将引导件部分与护套部分同轴对准的器械驱动器28的这种线性布置产生“虚拟轨道”29，该“虚拟轨道”可以通过将一个或多个机器人臂12操纵到不同角度和/或方位而在空间中被重新定位。本文所述的虚拟轨道在附图中使用虚线描绘，并且因此虚线未描绘系统的任何物理结构。器械驱动器28沿着虚拟轨道29的平移使内引导件部分相对于外护套部分伸缩，或者使内窥镜13从患者推进或回缩。虚拟轨道29的角度可以基于临床应用或医师偏好来调节、平移和枢转。例如，在支气管镜检查中，如图所示的虚拟轨道29的角度和方位代表了在向医师提供到内窥镜13的通路同时使由内窥镜13弯曲到患者的口中引起的摩擦最小化之间的折衷。

在插入之后，内窥镜13可以使用来自机器人系统的精确命令向下导向患者的气管和肺，直到到达目标目的地或手术部位。为了增强通过患者的肺网络的导航和/或到达期望的目标，内窥镜13可被操纵以从外部护套部分伸缩地延伸内引导件部分，以获得增强的关节运动和更大的弯曲半径。使用单独的器械驱动器28还允许引导件部分和护套部分彼此独立地被驱动。

例如，内窥镜13可被导向以将活检针递送到目标，诸如患者肺内的病变或结节。针可沿工作通道向下部署，该工作通道延伸内窥镜的长度以获得待由病理学家分析的组织样本。根据病理结果，可沿内窥镜的工作通道向下部署附加工具以用于附加活检。在识别出结节是恶性的之后，内窥镜13可以通过内窥镜递送工具以切除潜在的癌组织。在一些情况下，诊断和治疗处理可在单独的规程中递送。在这些情况下，内窥镜13也可用于递送基准以“标记”目标结节的位置。在其他情况下，诊断和治疗处理可在相同的规程期间递送。

系统10还可包括可运动塔30，该可运动塔可经由支撑缆线连接到推车11以向推车11提供控制、电子、流体、光学、传感器和/或电力的支持。将这样的功能放置在塔30中允许可以由操作医师和他/她的工作人员更容易地调节和/或重新定位的更小形状因子的推车11。另外，在推车/台和支撑塔30之间划分功能减少了手术室混乱并且有利于改善临床工作流程。虽然推车11可被定位成靠近患者，但是塔30可以在远程位置中被收起以在规程过程期间不挡道。

为了支持上述机器人系统，塔30可包括基于计算机的控制系统的部件，该基于计算机的控制系统将计算机程序指令存储在例如非暂态计算机可读存储介质诸如永磁存储驱动器、固态驱动器等内。无论执行是发生在塔30中还是发生在推车11中，这些指令的执行都可以控制整个系统或其子系统。例如，当由计算机系统的处理器执行时，指令可致使机器人系统的部件致动相关托架和臂安装件，致动机器人臂，并且控制医疗器械。例如，响应于接收到控制信号，机器人臂的关节中的马达可将臂定位成特定姿势。

塔30还可包括泵、流量计、阀控制器和/或流体通路，以便向可通过内窥镜13部署的系统提供受控的冲洗和抽吸能力。这些部件也可使用塔30的计算机系统来控制。在一些实施方案中，冲洗和抽吸能力可通过单独的缆线直接递送到内窥镜13。

塔30可包括电压和浪涌保护器，该电压和浪涌保护器被设计成向推车11提供经滤波和保护的电力，从而避免在推车11中放置电力变压器和其他辅助电力部件，从而得到更小、更可运动的推车11。

塔30还可包括用于在整个机器人系统10中部署的传感器的支撑设备。例如，塔30可包括用于在整个机器人系统10中检测、接收和处理从光学传感器或相机接收的数据的光电设备。结合控制系统，此类光电设备可用于生成实时图像，以用于在整个系统中部署的任何数量的控制台中显示(包括在塔30中显示)。类似地，塔30还可包括用于接收和处理从部署的电磁(EM)传感器接收的信号的电子子系统。塔30还可用于容纳和定位EM场发生器，以便由医疗器械中或医疗器械上的EM传感器进行检测。

除了系统的其余部分中可用的其他控制台(例如，安装在推车顶部上的控制台)之外，塔30还可包括控制台31。控制台31可包括用于医师操作者的用户界面和显示屏，诸如触摸屏。系统10中的控制台通常设计成提供机器人控制以及规程的术前信息和实时信息两者，诸如内窥镜13的导航和定位信息。当控制台31不是医师可用的唯一控制台时，其可由第二操作者(诸如护士)使用以监测患者的健康状况或生命体征和系统10的操作，以及提供规程特定的数据，诸如导航和定位信息。在其他实施方案中，控制台30被容纳在与塔30分开的主体中。

塔30可通过一个或多个缆线或连接件(未示出)耦合到推车11和内窥镜13。在一些实施方案中，可通过单根缆线向推车11提供来自塔30的支撑功能，从而简化手术室并消除手术室的混乱。在其他实施方案中，特定功能可耦合在单独的布线和连接中。例如，尽管可以通过单个缆线向推车11提供电力，但也可以通过单独的缆线提供对控件、光学器件、流体和/或导航的支持。

图2提供了来自图1中所示的基于推车的机器人使能的系统的推车11的实施方案的详细图示。推车11通常包括细长支撑结构14(通常称为“柱”)、推车基部15以及在柱14的顶部处的控制台16。柱14可包括一个或多个托架，诸如用于支持一个或多个机器人臂12(图2中示出三个)的部署的托架17(另选地为“臂支撑件”)。托架17可包括可单独配置的臂安装件，该臂安装件沿垂直轴线旋转以调节机器人臂12的基部，以相对于患者更好地定位。托架17还包括托架接口19，该托架接口允许托架17沿着柱14竖直地平移。

托架接口19通过狭槽诸如狭槽20连接到柱14，该狭槽定位在柱14的相对侧上以引导托架17的竖直平移。狭槽20包括竖直平移接口以将托架17相对于推车基部15定位并保持在各种竖直高度处。托架17的竖直平移允许推车11调节机器人臂12的到达范围以满足各种台高度、患者尺寸和医师偏好。类似地，托架17上的可单独配置的臂安装件允许机器人臂12的机器人臂基部21以多种配置成角度。

在一些实施方案中，狭槽20可补充有狭槽盖，该狭槽盖与狭槽表面齐平且平行，以防止灰尘和流体在托架17竖直平移时进入柱14的内部腔以及竖直平移接口。狭槽盖可通过定位在狭槽20的竖直顶部和底部附近的成对弹簧卷轴部署。盖在卷轴内盘绕，直到在托架17竖直地上下平移时被部署成从盖的盘绕状态延伸和回缩。当托架17朝向卷轴平移时，卷轴的弹簧加载提供了将盖回缩到卷轴中的力，同时在托架17平移远离卷轴时也保持紧密密封。可使用例如托架接口19中的支架将盖连接到托架17，以确保在托架17平移时盖的适当延伸和回缩。

柱14可在内部包括诸如齿轮和马达之类的机构，其被设计成使用竖直对准的导螺杆以响应于响应用户输入(例如，来自控制台16的输入)生成的控制信号来以机械化方式平移托架17。

机器人臂12通常可包括由一系列连杆23分开的机器人臂基部21和端部执行器22，该一系列连杆由一系列关节24连接，每个关节包括独立的致动器，每个致动器包括可独立控制的马达。每个可独立控制的关节表示机器人臂12可用的独立自由度。机器人臂12中的每个机器人臂可具有七个关节，并且因此提供七个自由度。多个关节导致多个自由度，从而允许“冗余”的自由度。具有冗余自由度允许机器人臂12使用不同的连接件方位和关节角度将其相应的端部执行器22定位在空间中的特定方位、取向和轨迹处。这允许系统从空间中的期望点定位和导向医疗器械，同时允许医师使臂关节运动到远离患者的临床有利方位，以产生更大的接近，同时避免臂碰撞。

推车基部15在地板上平衡柱14、托架17和机器人臂12的重量。因此，推车基部15容纳较重的部件，诸如电子器件、马达、电源以及使得推车11能够运动和/或固定的部件。例如，推车基部15包括允许推车11在规程之前容易地围绕房间运动的可滚动的轮形脚轮25。在到达适当方位之后，脚轮25可以使用轮锁固定，以在规程期间将推车11保持在适当方位。

定位在柱14的竖直端部处的控制台16允许用于接收用户输入的用户界面和显示屏(或两用装置，诸如例如触摸屏26)两者向医师用户提供术前和术中数据两者。触摸屏26上的潜在术前数据可以包括从术前计算机化断层摄影(CT)扫描导出的术前计划、导航和标测数据和/或来自术前患者面谈的记录。显示器上的术中数据可以包括从工具、传感器提供的光学信息和来自传感器的坐标信息以及重要的患者统计，诸如呼吸、心率和/或脉搏。控制台16可以被定位和倾斜成允许医师从柱14的与托架17相对的侧面接近控制台16。从该方位，医师可以在从推车11后面操作控制台16的同时观察控制台16、机器人臂12和患者。如图所示，控制台16还包括用以帮助操纵和稳定推车11的柄部27。

图3示出了被布置用于输尿管镜检查的机器人使能的系统10的实施方案。在输尿管镜规程中，推车11可被定位成将输尿管镜32(被设计成横穿患者的尿道和输尿管的规程特定的内窥镜)递送到患者的下腹部区域。在输尿管镜检查中，可以期望输尿管镜32直接与患者的尿道对准以减少该区域中的敏感解剖结构上的摩擦和力。如图所示，推车11可以在台的脚部处对准，以允许机器人臂12定位输尿管镜32，以用于直接线性进入患者的尿道。机器人臂12可从台的脚部沿着虚拟轨道33将输尿管镜32通过尿道直接插入到患者的下腹部中。

在插入到尿道中之后，使用与支气管镜检查中类似的控制技术，输尿管镜32可以被导航到膀胱、输尿管和/或肾中以用于诊断和/或治疗应用。例如，可以将输尿管镜32引导到输尿管和肾中以使用沿输尿管镜32的工作通道向下部署的激光或超声碎石装置来打碎积聚的肾结石。在碎石完成之后，可以使用沿输尿管镜32向下部署的篮移除所得的结石碎片。

图4示出了类似地布置用于血管规程的机器人使能的系统10的实施方案。在血管规程中，系统10可被配置成使得推车11可将医疗器械34(诸如可操纵导管)递送至患者的腿部的股动脉中的进入点。股动脉呈现用于导航的较大直径以及到患者的心脏的相对较少的迂回且曲折的路径两者，这简化了导航。如在输尿管镜规程中，推车11可以被定位成朝向患者的腿部和下腹部，以允许机器人臂12提供直接线性进入患者的大腿/髋部区域中的股动脉进入点的虚拟轨道35。在插入到动脉中之后，可通过平移器械驱动器28来导向和插入医疗器械34。另选地，推车可以被定位在患者的上腹部周围，以到达另选的血管进入点，诸如肩部和腕部附近的颈动脉和臂动脉。

B.机器人系统–台。

机器人使能的医疗系统的实施方案还可结合患者的台。结合台通过移除推车减少了手术室内的资本设备的量，这允许更多地接近患者。图5示出了被布置用于支气管镜检查规程的这样的机器人使能的系统的实施方案。系统36包括用于将平台38(示出为“台”或“床”)支撑在地板上的支撑结构或柱37。与基于推车的系统非常相似，系统36的机器人臂39的端部执行器包括器械驱动器42，其被设计成通过或沿着由器械驱动器42的线性对准形成的虚拟轨道41来操纵细长医疗器械，诸如图5中的支气管镜40。在实践中，用于提供荧光镜成像的C形臂可以通过将发射器和检测器放置在台38周围而定位在患者的上腹部区域上方。

图6提供了用于讨论目的的没有患者和医疗器械的系统36的另选视图。如图所示，柱37可包括在系统36中示出为环形的一个或多个托架43，一个或多个机器人臂39可基于该托架。托架43可以沿着沿柱37的长度延伸的竖直柱接口44平移，以提供不同的有利点，机器人臂39可以从这些有利点被定位以到达患者。托架43可以使用定位在柱37内的机械马达围绕柱37旋转，以允许机器人臂39进入台38的多个侧面，诸如患者的两侧。在具有多个托架的实施方案中，托架可单独地定位在柱上，并且可独立于其他托架平移和/或旋转。虽然托架43不需要环绕柱37或甚至是圆形的，但如图所示的环形形状有利于托架43围绕柱37旋转，同时保持结构平衡。托架43的旋转和平移允许系统36将医疗器械诸如内窥镜和腹腔镜对准到患者上的不同进入点中。在其他实施方案(未示出)中，系统36可包括具有可调式臂支撑件的病人检查台或病床，该可调式臂支撑件呈在病人检查台或病床旁边延伸的杆或导轨的形式。一个或多个机器人臂39(例如，经由具有肘关节的肩部)可附接到可调式臂支撑件，该可调式臂支撑件可被竖直调节。通过提供竖直调节，机器人臂39有利地能够紧凑地存放在病人检查台或病床下方，并且随后在规程期间升高。

机器人臂39可通过包括一系列关节的一组臂安装件45安装在托架43上，该关节可单独地旋转和/或伸缩地延伸以向机器人臂39提供附加的可配置性。另外，臂安装件45可定位在托架43上，使得当托架43适当地旋转时，臂安装件45可定位在台38的同一侧上(如图6所示)、台38的相对侧上(如图9所示)或台38的相邻侧上(未示出)。

柱37在结构上为台38提供支撑，并且为托架43的竖直平移提供路径。在内部，柱37可配备有用于引导托架的竖直平移的导螺杆，以及用以机械化基于导螺杆的托架43的平移的马达。柱37还可将功率和控制信号传送到托架43和安装在其上的机器人臂39。

台基部46具有与图2所示的推车11中的推车基部15类似的功能，容纳较重的部件以平衡台/床38、柱37、托架43和机器人臂39。台面基部46还可结合刚性脚轮以在规程期间提供稳定性。从台基部46的底部部署的脚轮可以在基部46的两侧沿相反方向延伸，并且当系统36需要运动时回缩。

继续图6，系统36还可以包括塔(未示出)，该塔使系统36的功能在台与塔之间进行划分以减小台的形状因子和体积。如在先前所公开的实施方案中，塔可以向台提供多种支持功能，诸如处理、计算和控制能力、电力、流体和/或光学以及传感器处理。塔还可以是可运动的，以远离患者定位，从而改善医师的接近并且消除手术室的混乱。另外，将部件放置在塔中允许在台基部46中有更多的储存空间，以用于机器人臂39的潜在收起。塔还可以包括主控制器或控制台，其提供用于用户输入的用户界面(诸如键盘和/或挂件)以及用于术前和术中信息(诸如实时成像、导航和跟踪信息)的显示屏(或触摸屏)两者。在一些实施方案中，塔还可包括用于待用于注气的气罐的夹持器。

在一些实施方案中，台基部可以在不使用时收起和储存机器人臂。图7示出了在基于台的系统的实施方案中收起机器人臂的系统47。在系统47中，托架48可以竖直平移到基部49中以使机器人臂50、臂安装件51和托架48收起在基部49内。基部盖52可以平移和回缩打开以围绕柱53部署托架48、臂安装件51和机器人臂50，并且闭合以收起该托架、臂安装件和机器人臂，以便在不使用时保护它们。基部盖52可以利用膜54沿着其开口的边缘密封，以防止在闭合时灰尘和流体进入。

图8示出了被配置用于输尿管镜检查规程的机器人使能的基于台的系统的实施方案。在输尿管镜检查中，台38可以包括用于将患者定位成与柱37和台基部46成偏角的旋转部分55。旋转部分55可以围绕枢转点(例如，位于患者的头部下方)旋转或枢转，以便将旋转部分55的底部部分定位成远离柱37。例如，旋转部分55的枢转允许C形臂(未示出)定位在患者的下腹部上方，而不与台38下方的柱(未示出)竞争空间。通过围绕柱37旋转托架35(未示出)，机器人臂39可以沿着虚拟轨道57将输尿管镜56直接插入到患者的腹股沟区域中以到达尿道。在输尿管镜检查中，镫58也可以固定至台38的旋转部分55，以在规程期间支撑患者的腿部的方位，并且允许完全通向患者的腹股沟区域。

在腹腔镜检查规程中，通过患者的腹壁中的小切口，可将微创器械插入到患者的解剖结构中。在一些实施方案中，微创器械包括用于进入患者内的解剖结构的细长刚性构件，诸如轴。在患者腹腔充气之后，可以引导器械执行外科或医疗任务，诸如抓握、切割、消融、缝合等。在一些实施方案中，器械可以包括镜，诸如腹腔镜。图9示出了被配置用于腹腔镜检查规程的机器人使能的基于台的系统的实施方案。如图9所示，系统36的托架43可以被旋转并且竖直调整，以将成对的机器人臂39定位在台38的相对侧上，使得可以使用臂安装件45将器械59定位成穿过患者两侧上的最小切口以到达他/她的腹腔。

为了适应腹腔镜检查规程，机器人使能的台系统还可将平台倾斜到期望的角度。图10示出了具有俯仰或倾斜调整的机器人使能的医疗系统的实施方案。如图10所示，系统36可以适应台38的倾斜，以将台的一部分定位在比另一部分距底板更远的距离处。另外，臂安装件45可以旋转以匹配倾斜，使得机器人臂39与台38保持相同的平面关系。为了适应更陡的角度，柱37还可以包括伸缩部分60，该伸缩部分允许柱37的竖直延伸以防止台38接触地板或与台基部46碰撞。

图11提供了台38与柱37之间的接口的详细图示。俯仰旋转机构61可以被配置成以多个自由度改变台38相对于柱37的俯仰角。俯仰旋转机构61可以通过将正交轴线1、2定位在柱台接口处来实现，每条轴线由单独的马达3、4响应于电俯仰角命令而致动。沿着一个螺钉5的旋转将使得能够在一条轴线1中进行倾斜调整，而沿着另一个螺钉6的旋转将使得能够沿着另一个轴线2进行倾斜调节。在一些实施方案中，可使用球形关节来在多个自由度上改变台38相对于柱37的俯仰角。

例如，当试图将台定位在头低脚高位(即，将患者的下腹部定位在比患者的上腹部距地板更高的方位)以用于下腹部手术时，俯仰调节特别有用。头低脚高位致使患者的内部器官通过重力滑向他/她的上腹部，从而清理出腹腔以使微创工具进入并且执行下腹部外科或医疗规程，诸如腹腔镜前列腺切除术。

图12和图13示出了基于台的外科机器人系统100的另选实施方案的等轴视图和端视图。外科机器人系统100包括可被配置成相对于台101支撑一个或多个机器人臂(参见例如图14)的一个或多个可调式臂支撑件105。在例示的实施方案中，示出了单个可调式臂支撑件105，但是附加的臂支撑件可设置在台101的相对侧上。可调式臂支撑件105可被配置成使得其可相对于台101运动，以调节和/或改变可调式臂支撑件105和/或安装到该可调式臂支撑件的任何机器人臂相对于台101的方位。例如，可调式臂支撑件105可相对于台101被调节一个或多个自由度。可调式臂支撑件105为系统100提供高灵活性，包括容易地将一个或多个可调式臂支撑件105和附接到其的任何机器人臂收起在台101下方的能力。可调式臂支撑件105可从收起方位升高到台101的上表面下方的方位。在其他实施方案中，可调式臂支撑件105可从收起方位升高到台101的上表面上方的方位。

可调式臂支撑件105可提供若干自由度，包括提升、侧向平移、倾斜等。在图12和图13的例示实施方案中，臂支撑件105被配置成具有四个自由度，这些自由度在图12中用箭头示出。第一自由度允许在z方向上(“Z提升”)调节可调式臂支撑件105。例如，可调式臂支撑件105可包括托架109，该托架被配置成沿或相对于支撑台101的柱102向上或向下运动。第二自由度可允许可调式臂支撑件105倾斜。例如，可调式臂支撑件105可包括旋转接头，该旋转接头可允许可调式臂支撑件105在头低脚高位与床对准。第三自由度可允许可调式臂支撑件105“向上枢转”，这可用于调节台101的一侧与可调式臂支撑件105之间的距离。第四自由度可允许可调式臂支撑件105沿台的纵向长度平移。

图12和图13中的外科机器人系统100可包括由安装到基部103的柱102支撑的台。基部103和柱102相对于支撑表面支撑台101。地板轴线131和支撑轴线133在图13中示出。

可调式臂支撑件105可安装到柱102。在其他实施方案中，臂支撑件105可安装到台101或基部103。可调式臂支撑件105可包括托架109、杆或导轨连接件111以及杆或导轨107。在一些实施方案中，安装到轨道107的一个或多个机器人臂可相对于彼此平移和运动。

托架109可通过第一接头113附接到柱102，该第一接头允许托架109相对于柱102运动(例如，诸如沿第一轴线或竖直轴线123上下运动)。第一接头113可向可调式臂支撑件105提供第一自由度(“Z提升”)。可调式臂支撑件105可包括第二接头115，该第二接头为可调式臂支撑件105提供第二自由度(倾斜)。可调式臂支撑件105可包括第三接头117，该第三接头可为可调式臂支撑件105提供第三自由度(“向上枢转”)。可提供附加接头119(在图13中示出)，该附加接头机械地约束第三接头117以在导轨连接件111围绕第三轴线127旋转时保持导轨107的取向。可调式臂支撑件105可包括第四接头121，该第四接头可沿第四轴线129为可调式臂支撑件105提供第四自由度(平移)。

图14示出了根据一个实施方案的具有安装在台101的相对侧上的两个可调式臂支撑件105A、105B的外科机器人系统140A的端视图。第一机器人臂142A附接到第一可调式臂支撑件105B的杆或导轨107A。第一机器人臂142A包括附接到导轨107A的基部144A。第一机器人臂142A的远侧端部包括可附接到一个或多个机器人医疗器械或工具的器械驱动机构146A。类似地，第二机器人臂142B包括附接到导轨107B的基部144B。第二机器人臂142B的远侧端部包括器械驱动机构146B。器械驱动机构146B可被配置成附接到一个或多个机器人医疗器械或工具。

在一些实施方案中，机器人臂142A、142B中的一者或多者包括具有七个或更多个自由度的臂。在一些实施方案中，机器人臂142A、142B中的一者或多者可包括八个自由度，包括插入轴线(包括插入的1个自由度)、腕部(包括腕部俯仰、偏航和翻滚的3个自由度)、肘部(包括肘部俯仰的1个自由度)、肩部(包括肩部俯仰和偏航的2个自由度)以及基部144A、144B(包括平移的1个自由度)。在一些实施方案中，插入自由度可由机器人臂142A、142B提供，而在其他实施方案中，器械本身经由基于器械的插入架构提供插入。

C.器械驱动器和接口。

系统的机器人臂的端部执行器可包括：(i)器械驱动器(另选地称为“器械驱动机构”或“器械装置操纵器”)，该器械驱动器结合了用于致动医疗器械的机电装置；以及(ii)可移除或可拆卸的医疗器械，该医疗器械可以没有任何机电部件，诸如马达。该二分法可能是由以下所驱动的：对医疗规程中使用的医疗器械进行灭菌的需要；以及由于昂贵的资本设备的复杂机械组件和敏感电子器件而不能对昂贵的资本设备进行充分灭菌。因此，医疗器械可以被设计成从器械驱动器(以及因此从系统)拆卸、移除和互换，以便由医师或医师的工作人员单独灭菌或处置。相比之下，器械驱动器不需要被改变或灭菌，并且可以被覆盖以便保护。

图15示出了示例器械驱动器。定位在机器人臂的远侧端部处的器械驱动器62包括一个或多个驱动单元63，该一个或多个驱动单元以平行轴线布置以经由驱动轴64向医疗器械提供受控扭矩。每个驱动单元63包括用于与器械相互作用的单独的驱动轴64，用于将马达轴旋转转换成期望扭矩的齿轮头65，用于生成驱动扭矩的马达66，用以测量马达轴的速度并且向控制电路提供反馈的编码器67，以及用于接收控制信号并且致动驱动单元的控制电路68。每个驱动单元63被独立地控制和机动化，器械驱动器62可向医疗器械提供多个(例如，如图15所示为四个)独立的驱动输出。在操作中，控制电路68将接收控制信号，将马达信号传输至马达66，将由编码器67测量的所得马达速度与期望速度进行比较，并且调制马达信号以生成期望扭矩。

对于需要无菌环境的规程，机器人系统可以结合驱动接口，诸如连接至无菌覆盖件的无菌适配器，其位于器械驱动器与医疗器械之间。无菌适配器的主要目的是将角运动从器械驱动器的驱动轴传递到器械的驱动输入部，同时保持驱动轴与驱动输入部之间的物理分离并且因此保持无菌。因此，示例性无菌适配器可以包括旨在与器械驱动器的驱动轴和器械上的驱动输入部配合的一系列旋转输入部和旋转输出部。连接到无菌适配器的由薄的柔性材料(诸如透明或半透明塑料)组成的无菌覆盖件被设计成覆盖资本设备，诸如器械驱动器、机器人臂和推车(在基于推车的系统中)或台(在基于台的系统中)。覆盖件的使用将允许资本设备被定位在患者附近，同时仍然位于不需要灭菌的区域(即，非无菌区)。在无菌覆盖件的另一侧上，医疗器械可以在需要灭菌的区域(即，无菌区)与患者对接。

D.医疗器械。

图16示出了具有成对器械驱动器的示例医疗器械。与被设计成与机器人系统一起使用的其他器械类似，医疗器械70包括细长轴71(或细长主体)和器械基部72。由于其用于由医师进行的手动交互的预期设计而也被称为“器械柄部”的器械基部72通常可以包括可旋转驱动输入部73(例如，插座、滑轮或卷轴)，该驱动输入部被设计成与延伸穿过机器人臂76的远侧端部处的器械驱动器75上的驱动接口的驱动输出部74配合。当物理连接、闩锁和/或耦合时，器械基部72的配合的驱动输入部73可以与器械驱动器75中的驱动输出部74共享旋转轴线，以允许扭矩从驱动输出部74传递到驱动输入部73。在一些实施方案中，驱动输出部74可以包括花键，其被设计成与驱动输入部73上的插座配合。

细长轴71被设计成通过解剖开口或内腔(例如，如在内窥镜检查中)或通过微创切口(例如，如在腹腔镜检查中)递送。细长轴71可以是柔性的(例如，具有类似于内窥镜的特性)或刚性的(例如，具有类似于腹腔镜的特性)，或者包括柔性部分和刚性部分两者的定制组合。当被设计用于腹腔镜检查时，刚性细长轴的远侧端部可以连接到端部执行器，该端部执行器从由具有至少一个自由度的连接叉形成的关节腕和外科工具或医疗器械(例如，抓握器或剪刀)延伸，当驱动输入部响应于从器械驱动器75的驱动输出部74接收到的扭矩而旋转时，该外科工具可以基于来自腱的力来致动。当设计用于内窥镜检查时，柔性细长轴的远侧端部可包括可操纵或可控制的弯曲节段，该弯曲节段以基于从器械驱动器75的驱动输出74接收到的扭矩而进行关节运动和弯曲。

使用沿着细长轴71的腱沿着细长轴71传递来自器械驱动器75的扭矩。这些单独的腱(例如，牵拉线)可以单独地锚定至器械柄部72内的单独的驱动输入部73。从柄部72，沿着细长轴71的一个或多个牵拉腔向下引导腱并且将其锚定在细长轴71的远侧部分处，或者锚定在细长轴的远侧部分处的腕部中。在外科手术诸如腹腔镜、内窥镜或混合手术期间，这些腱可以耦合到远侧安装的端部执行器，诸如腕部、抓握器或剪刀。在这样的布置下，施加在驱动输入部73上的扭矩将张力传递到腱，从而引起端部执行器以某种方式致动。在一些实施方案中，在外科手术期间，腱可以致使关节围绕轴线旋转，从而致使端部执行器沿一个方向或另一个方向运动。另选地，腱可以连接到细长轴71的远侧端部处的抓握器的一个或多个钳口，其中来自腱的张力致使抓握器闭合。

在内窥镜检查中，腱可以经由粘合剂、控制环或其他机械固定件耦合到沿着细长轴71定位(例如，在远侧端部处)的弯曲或关节运动节段。当固定地附接到弯曲节段的远侧端部时，施加在驱动输入部73上的扭矩将沿腱向下传递，从而引起较软的弯曲节段(有时称为可关节运动节段或区域)弯曲或进行关节运动。沿着不弯曲节段，可以有利的是，使单独的牵拉腔螺旋或盘旋，该牵拉腔沿着内窥镜轴的壁(或在内部)导向单独的腱，以平衡由牵拉线中的张力引起的径向力。为了特定目的，可以改变或设计螺旋的角度和/或它们之间的间隔，其中更紧的螺旋在负载力下表现出较小的轴压缩，而较低的螺旋量在负载力下引起更大的轴压缩，但限制弯曲。在另一种情况下，可以平行于细长轴71的纵向轴线来导向牵拉腔以允许在期望的弯曲或可关节运动节段中进行受控关节运动。

在内窥镜检查中，细长轴71容纳多个部件以辅助机器人规程。轴71可以在轴71的远侧端部处包括用于部署外科工具(或医疗器械)、对手术区域进行冲洗和/或抽吸的工作通道。轴71还可以适应线和/或光纤以向远侧末端处的光学组件/从远侧末端处的光学组件传递信号，该光学组件可以包括光学相机。轴71也可以适应光纤，以将来自位于近侧的光源(例如，发光二极管)的光载送到轴71的远侧端部。

在器械70的远侧端部处，远侧末端还可以包括用于递送用于诊断和/或治疗的工具、对手术部位进行冲洗和抽吸的工作通道的开口。远侧末端还可以包括用于相机(诸如纤维镜或数码相机)的端口，以捕获内部解剖空间的图像。相关地，远侧末端还可以包括用于光源的端口，该光源用于在使用相机时照亮解剖空间。

在图16的示例中，驱动轴轴线以及因此驱动输入部轴线与细长轴71的轴线正交。然而，该布置使细长轴71的滚动能力复杂化。在保持驱动输入部73静止的同时沿着其轴线使细长轴71滚动会引起当腱从驱动输入部73延伸出去并且进入到细长轴71内的牵拉腔时，腱的不期望的缠结。所得到的这样的腱的缠结可能破坏旨在在内窥镜规程期间预测柔性细长轴71的运动的任何控制算法。

图17示出了器械驱动器和器械的另选设计，其中驱动单元的轴线平行于器械的细长轴的轴线。如图所示，圆形器械驱动器80包括四个驱动单元，其驱动输出81在机器人臂82的端部处平行对准。驱动单元和它们各自的驱动输出81容纳在由组件83内的驱动单元中的一个驱动单元驱动的器械驱动器80的旋转组件83中。响应于由旋转驱动单元提供的扭矩，旋转组件83沿着圆形轴承旋转，该圆形轴承将旋转组件83连接到器械驱动器80的非旋转部分84。可以通过电接触将电力和控制信号从器械驱动器80的非旋转部分84传送至旋转组件83，该电接触可以通过电刷滑环连接(未示出)的旋转来保持。在其他实施方案中，旋转组件83可以响应于集成到不可旋转部分84中的单独的驱动单元，并且因此不平行于其他驱动单元。旋转机构83允许器械驱动器80允许驱动单元及其相应的驱动输出81作为单个单元围绕器械驱动器轴线85旋转。

与先前所公开的实施方案类似，器械86可以包括细长轴部分88和器械基部87(出于讨论的目的，示出为具有透明的外部表层)，该器械基部包括被配置成接收器械驱动器80中的驱动输出部81的多个驱动输入部89(诸如插座、滑轮和卷轴)。与先前公开的实施方案不同，器械轴88从器械基部87的中心延伸，该器械基部的轴线基本上平行于驱动输入部89的轴线，而不是如图16的设计中那样正交。

当耦合到器械驱动器80的旋转组件83时，包括器械基部87和器械轴88的医疗器械86与旋转组件83组合地围绕器械驱动器轴线85旋转。由于器械轴88被定位在器械基部87的中心处，因此当附接时器械轴88与器械驱动器轴线85同轴。因此，旋转组件83的旋转致使器械轴88围绕其自身的纵向轴线旋转。此外，当器械基部87与器械轴88一起旋转时，连接到器械基部87中的驱动输入部89的任何腱在旋转期间都不缠结。因此，驱动输出部81、驱动输入部89和器械轴88的轴线的平行允许轴在不会使任何控制腱缠结的情况下旋转。

图18示出了根据一些实施方案的具有基于器械的插入架构的器械。器械150可耦合到上文所述的器械驱动器中的任一个器械驱动器。器械150包括细长轴152、连接到轴152的端部执行器162和耦合到轴152的柄部170。细长轴152包括管状构件，该管状构件具有近侧部分154和远侧部分156。细长轴152沿着其外表面包括一个或多个通道或凹槽158。凹槽158被配置成接纳通过该凹槽的一根或多根线材或缆线180。因此，一根或多根缆线180沿着细长轴152的外表面延伸。在其他实施方案中，缆线180也可穿过细长轴152。所述一根或多根缆线180的操纵(例如，经由器械驱动器)使得端部执行器162的致动。

器械柄部170(也可称为器械基部)通常可包括附接接口172，该附接接口具有一个或多个机械输入件174，例如插孔、滑轮或卷轴，所述一个或多个机械输入件被设计成与器械驱动器的附接表面上的一个或多个扭矩耦合器往复地配合。

在一些实施方案中，器械150包括使得细长轴152能够相对于柄部170平移的一系列滑轮或缆线。换句话讲，器械150本身包括基于器械的插入架构，该架构适应器械的插入，从而使对机械臂的依赖最小化以提供器械150的插入。在其他实施方案中，机器人臂可以很大程度上负责器械插入。

E.控制器。

本文所述的机器人系统中的任一个机器人系统可包括用于操纵附接到机器人臂的器械的输入装置或控制器。在一些实施方案中，控制器可与器械(例如，通信地、电子地、电气、无线地和/或机械地)耦合，使得控制器的操纵例如经由主从控制而致使器械对应操纵。

图19是控制器182的实施方案的透视图。在本实施方案中，控制器182包括可具有阻抗和导纳控制两者的混合控制器。在其他实施方案中，控制器182可仅利用阻抗或被动控制。在其他实施方案中，控制器182可仅利用导纳控制。通过作为混合控制器，控制器182有利地在使用时可具有较低的感知惯性。

在例示的实施方案中，控制器182被配置成允许操纵两个医疗器械，并且包括两个柄部184。柄部184中的每个柄部连接到万向支架186。每个万向支架186连接到定位平台188。

如图19所示，每个定位平台188包括通过棱柱接头196耦合到柱194的SCARA臂(选择顺应性装配机械臂)198。棱柱接头196被配置成沿着柱194(例如，沿着导轨197)平移，以允许柄部184中的每个柄部在z方向上平移，从而提供第一自由度。SCARA臂198被配置成允许柄部184在x-y平面中运动，从而提供两个附加自由度。

在一些实施方案中，一个或多个负荷传感器定位在控制器中。例如，在一些实施方案中，负荷传感器(未示出)定位在万向支架186中的每个万向支架的主体中。通过提供负荷传感器，控制器182的部分能够在导纳控制下操作，从而在使用时有利地减小控制器的感知惯性。在一些实施方案中，定位平台188被配置用于导纳控制，而万向支架186被配置用于阻抗控制。在其他实施方案中，万向支架186被配置用于导纳控制，而定位平台188被配置用于阻抗控制。因此，对于一些实施方案，定位平台188的平移自由度或方位自由度可依赖于导纳控制，而万向支架186的旋转自由度依赖于阻抗控制。

F.导航和控制。

传统的内窥镜检查可以涉及使用荧光透视(例如，如可以通过C形臂递送的)和其他形式的基于辐射的成像模态，以向操作医师提供腔内指导。相比之下，本公开所设想的机器人系统可以提供基于非辐射的导航和定位装置，以减少医师暴露于辐射并且减少手术室内的设备的量。如本文所用，术语“定位”可以指确定和/或监测对象在参考坐标系中的方位。诸如术前标测、计算机视觉、实时EM跟踪和机器人命令数据的技术可以单独地或组合地使用以实现无辐射操作环境。在仍使用基于辐射的成像模态的其他情况下，可以单独地或组合地使用术前标测、计算机视觉、实时EM跟踪和机器人命令数据，以改进仅通过基于辐射的成像模态获得的信息。

图20是示出根据示例实施方案的估计机器人系统的一个或多个元件的位置(诸如器械的位置)的定位系统90的框图。定位系统90可以是被配置成执行一个或多个指令的一组一个或多个计算机装置。计算机装置可以由上文讨论的一个或多个部件中的处理器(或多个处理器)和计算机可读存储器来体现。通过示例而非限制，计算机装置可以位于图1所示的塔30、图1至图4所示的推车11、图5至图14所示的床等中。

如图20所示，定位系统90可包括定位模块95，该定位模块处理输入数据91-94以生成用于医疗器械的远侧末端的位置数据96。位置数据96可以是表示器械的远侧端部相对于参考系的位置和/或取向的数据或逻辑。参考系可以是相对于患者解剖结构或已知对象(诸如EM场发生器)的参考系(参见下文对于EM场发生器的讨论)。

现在更详细地描述各种输入数据91-94。术前标测可以通过使用低剂量CT扫描的集合来完成。术前CT扫描被重建为三维图像，该三维图像被可视化，例如作为患者的内部解剖结构的剖面图的“切片”。当总体上分析时，可以生成用于患者的解剖结构(诸如患者肺网络)的解剖腔、空间和结构的基于图像的模型。可以从CT图像确定和近似诸如中心线几何形状的技术，以形成患者解剖结构的三维体积，其被称为模型数据91(当仅使用术前CT扫描生成时也称为“术前模型数据”)。中心线几何形状的使用在美国专利申请14/523,760中有所讨论，其内容全文并入本文中。网络拓扑模型也可以从CT图像中导出，并且特别适合于支气管镜检查。

在一些实施方案中，器械可以配备有相机以提供视觉数据(或图像数据)92。定位模块95可处理视觉数据92以实现一个或多个基于视觉的(或基于图像的)位置跟踪模块或特征部。例如，术前模型数据91可以与视觉数据92结合使用，以实现对医疗器械(例如，内窥镜或推进通过内窥镜的工作通道的器械)的基于计算机视觉的跟踪。例如，使用术前模型数据91，机器人系统可以基于内窥镜的行进预期路径根据模型生成预期内窥镜图像的库，每个图像连接到模型内的位置。在外科手术进行时，机器人系统可以参考该库，以便将在相机(例如，在内窥镜的远侧端部处的相机)处捕获的实时图像与图像库中的那些图像进行比较，以辅助定位。

其他基于计算机视觉的跟踪技术使用特征跟踪来确定相机的运动，并且因此确定内窥镜的运动。定位模块95的一些特征可以识别术前模型数据91中的与解剖腔对应的圆形几何结构并且跟踪那些几何结构的变化以确定选择了哪个解剖腔，以及跟踪相机的相对旋转和/或平移运动。拓扑图的使用可以进一步增强基于视觉的算法或技术。

光流(另一种基于计算机视觉的技术)可以分析视觉数据92中的视频序列中的图像像素的位移和平移以推断相机运动。光流技术的示例可以包括运动检测、对象分割计算、亮度、运动补偿编码、立体视差测量等。通过多次迭代的多帧比较，可以确定相机(以及因此内窥镜)的运动和位置。

定位模块95可以使用实时EM跟踪来生成内窥镜在全局坐标系中的实时位置，该全局坐标系可以被配准到由术前模型表示的患者的解剖结构。在EM跟踪中，包括嵌入在医疗器械(例如，内窥镜工具)中的一个或多个位置和取向中的一个或多个传感器线圈的EM传感器(或跟踪器)测量由定位在已知位置处的一个或多个静态EM场发生器产生的EM场的变化。由EM传感器检测的位置信息被存储为EM数据93。EM场发生器(或发射器)可以靠近患者放置，以产生嵌入式传感器可以检测到的低强度磁场。磁场在EM传感器的传感器线圈中感应出小电流，可以对该小电流进行分析以确定EM传感器与EM场发生器之间的距离和角度。这些距离和取向可以在外科手术进行时“配准”到患者解剖结构(例如，术前模型)，以确定将坐标系中的单个位置与患者的解剖结构的术前模型中的方位对准的几何变换。一旦配准，医疗器械的一个或多个方位(例如，内窥镜的远侧末端)中的嵌入式EM跟踪器可以提供医疗器械通过患者的解剖结构的进展的实时指示。

机器人命令和运动学数据94也可以由定位模块95使用以提供用于机器人系统的方位数据96。可以在术前校准期间确定从关节运动命令得到的装置俯仰和偏航。在外科手术进行时，这些校准测量可以与已知的插入深度信息结合使用，以估计器械的方位。另选地，这些计算可以结合EM、视觉和/或拓扑建模进行分析，以估计医疗器械在网络内的方位。

如图20所示，定位模块95可使用多个其他输入数据。例如，尽管在图20中未示出，但是利用形状感测纤维的器械可以提供形状数据，定位模块95可以使用该形状数据来确定器械的位置和形状。

定位模块95可以组合地使用输入数据91-94。在一些情况下，这样的组合可以使用概率方法，其中定位模块95向根据输入数据91-94中的每个输入数据确定的位置分配置信度权重。因此，在EM数据可能不可靠(如可能存在EM干扰的情况)的情况下，由EM数据93确定的位置的置信度可能降低，并且定位模块95可能更重地依赖于视觉数据92和/或机器人命令和运动学数据94。

如上所讨论的，本文讨论的机器人系统可以被设计成结合以上技术中的一种或多种技术的组合。位于塔、床和/或推车中的机器人系统的基于计算机的控制系统可以将计算机程序指令存储在例如非暂态计算机可读存储介质(诸如永久性磁存储驱动器、固态驱动器等)内，该计算机程序指令在执行时引起系统接收并且分析传感器数据和用户命令，生成整个系统的控制信号并且显示导航和定位数据，诸如器械在全局坐标系内的方位、解剖图等。

2.能够手动地和机器人地控制的医疗器械。

本公开的实施方案涉及用于能够手动地和机器人地控制的医疗器械的装置、系统和技术。在一些实施方案中，能够手动地和机器人地控制的医疗器械可与机器人使能的医疗系统(诸如上文参考图1至图20所述的那些)一起使用。如下文详细所述，能够手动地和机器人地控制的医疗器械可被配置用于进行手动控制、机器人控制或两者。此类医疗器械也可被认为是混合医疗器械，因为它们被配置用于进行手动控制和机器人控制两者。医疗器械的示例可以包括内窥镜、相机(例如，具有光纤)、装篮工具、刀片工具、激光工具(例如，具有光纤)和/或本文所述的其他器械。

在一些实施方案中，医疗器械可被配置用于内窥镜检查规程。例如，医疗器械可被配置用于尿镜检查、输尿管镜检查、胃镜检查、支气管镜检查或其他内窥镜检查规程。在一些实施方案中，医疗器械可被配置用于腹腔镜检查规程或其他类型的医疗规程(例如，开腹规程)。

A.能够手动地和机器人地控制的医疗器械的介绍。

在一些实施方案中，能够手动地和机器人地控制的医疗器械可由物理地处置和手动地操纵医疗器械的医师或其他操作者在第一模式(手动模式)下操作，并且还可由机器人使能的医疗系统在第二模式(机器人模式)下操作。当在手动模式下操作时，医师可手动地操纵一个或多个手动驱动输入部以控制医疗器械。当在机器人模式下操作时，医疗器械可附接到定位在机器人臂或其他器械定位装置的端部上的器械驱动机构。器械驱动机构可包括接合一个或多个机器人驱动输入部以机器人地控制医疗器械的一个或多个机器人驱动输出部。医师可使用控制器(例如，如图19所示)来控制机器人使能的系统。

医疗器械可包括细长轴和器械柄部(或器械基部)。细长轴可被配置用于在医疗规程期间插入到患者的解剖结构中。在一些实施方案中，细长轴穿过自然孔口插入到患者的解剖结构中。在一些实施方案中，细长轴穿过切口或其他外科开口插入到患者的解剖结构中。细长轴可以是柔性的。细长轴可以是可关节运动的和可控制的。这可允许操作者(诸如医师)控制细长轴的关节运动，以便导航和操控医疗器械通过患者的解剖结构。控制细长轴的关节运动可以包括偏转或弯曲细长轴的可关节运动部分，以及在某些实施方案中，使细长轴围绕轴的纵向轴线滚动或旋转。在一些实施方案中，可进行关节运动的部分可以是细长轴的远侧部分。可关节运动部分可以以一个或多个自由度进行关节运动。自由度可以是线性或旋转的，或者包括沿着平面的关节运动。可以在器械基部处控制细长轴的致动。

如上所述(例如参考图15至图18)，在一些实施方案中，医疗器械可包括沿细长轴(在细长轴上或穿过细长轴)延伸的一根或多根牵拉线。牵拉线可附接到器械柄部内的致动机构，诸如滑轮和/或绞盘。致动机构可继而连接到手动驱动输入部和机器人驱动输入部，使得手动驱动输入部和机器人驱动输入部的致动操作致动机构以牵拉这些牵拉线，以便引起细长轴的关节运动。在一些实施方案中，手动驱动输入部中的一个或多个手动驱动输入部和机器人驱动输入部中的一个或多个机器人驱动输入部各自连接到器械柄部内的同一致动机构(例如，滑轮、绞盘和/或滑轮组件)，使得手动驱动输入部和机器人驱动输入部两者可用于致动同一致动机构。手动驱动输入部可与机器人驱动输入部分开。例如，手动驱动输入部可被配置和定位成以便可手操作，而机器人驱动输入部可被配置和定位成以便与机器人驱动输出部接合，以便可由机器人使能的医疗系统操作。在一些实施方案中，手动驱动输入部保持暴露或可触及，即使当器械柄部附接到器械驱动机构时也是如此。

在一些实施方案中，被配置用于机器人控制和/或手动控制两者的医疗器械可提供一个或多个优点。例如，在一些实施方案中，在规程期间，可首先将医疗器械手动地插入到患者。医师可首先使用手动驱动输入部将医疗器械物理地处置和手动地插入到患者以控制细长轴的关节运动，以便引导医疗器械通过患者的解剖结构。在一些情况下，可向医师提供首先执行手动插入的能力的医疗器械可比机器人插入更快且更容易。例如，手动插入可以提供来自患者的内部解剖结构的从业者的细微反馈。例如，在某些泌尿检查规程(诸如泌尿内窥镜检查、膀胱镜检查、输尿管镜检查或肾脏检查)和胃肠内窥镜检查规程中可能是这种情况。在初始手动插入之后，器械柄部可附接到器械驱动机构(诸如定位在机器人臂或其他器械定位装置的端部上的器械驱动机构)或机器人使能的医疗系统。当附接到机器人使能的医疗系统时，医疗器械的细长轴的关节运动和控制然后可被机器人地控制。机器人控制可允许精确且准确地控制治疗部位处的医疗器械。因为医疗规程的某些方面可能更适于手动控制并且医疗规程的其他方面可能最适于机器人控制，所以根据医疗规程的特定情况或阶段，本文所述的混合医疗器械可有利地根据需要在手动控制模式或机器人控制模式下使用。此类医疗器械向医师提供极大的灵活性并且有利于医疗规程的执行。

另外，一些机器人使能的医疗系统可受限于绝对插入深度或行程。对于从业者可能有利的是，从业者手动地插入器械以设置器械(例如，器械头)的近似或粗略位置，而机器人特征可以提供更多的器械位置微调。因此，可能有利的是，首先手动地插入医疗器械，使得可在诊断或治疗领域中有利地利用机器人系统的有限插入深度或行程。本文所述的医疗器械可允许手动地长距离放置器械，这对于机器人地操作而言将是麻烦的。在一些实施方案中，器械的手动控制可用于向医疗器械提供初始粗略定位。例如，手动控制可用于将医疗器械定位在患者解剖结构内的治疗部位处或附近，并且器械的机器人控制可用于在规程期间提供精细位置控制。

在一些实施方案中，医师可在医疗器械附接到器械驱动机构之前通过操作手动驱动输入部来手动地控制医疗器械。在一些实施方案中，医师可在医疗器械附接到器械驱动机构时通过操作手动驱动输入部来手动地控制医疗器械。

如上所述，医疗器械可包括手动驱动输入部和机器人驱动输入部两者。在一些实施方案中，手动驱动输入部中的一个手动驱动输入部被配置成向医疗器械的细长轴提供双向偏转控制。双向偏转控制可允许细长轴在两个方向上偏转。在一些实施方案中，这两个方向可以是相反方向，诸如上和下或左和右。这也可称为单个平面(诸如上下平面或左右平面)中的双向偏转控制。本申请中的方向术语(例如，上、下、左、右等)广义地用于指示相对于医疗器械的取向的不同方向。因为医疗器械可在各种取向上不断地重新定位，所以方向术语不应被解释为限制性的。例如，被称为上、下、左和右的方向可根据器械的取向而变化。被配置用于双向偏转控制的手动驱动输入部可以是例如杆件、滑块、轮或其他类型的可手动地操作的驱动输入部。在一些实施方案中，沿第一方向操纵手动驱动输入部致使细长轴沿第一方向(例如，上)偏转，并且沿第二方向操纵手动驱动输入部致使细长轴沿第二方向(例如，下)偏转。

医疗器械还可包括被配置成允许对细长轴进行滚动控制的手动驱动输入部。这可被称为手动滚动输入部。例如，医疗器械可包括允许细长轴相对于器械柄部围绕细长轴的轴线旋转的手动驱动输入部。此手动驱动输入部可以被配置成允许细长轴相对于器械柄部的滚动(其中轴围绕轴的纵向轴线旋转)。在一些实施方案中，手动滚动控制可允许细长轴沿两个旋转方向旋转至少90度、至少100度、至少110度、至少120度、至少130度、至少140度、至少150度、至少160度、至少170度、至少180度、至少190度、至少200度、至少210度、至少220度、至少230度、至少240度、至少250度、至少260度、至少270度、至少280度、至少290度、至少300度、至少310度、至少320度、至少330度、至少340度、至少350度、至少360度或更大。在一些实施方案中，可省略被配置用于滚动控制的手动驱动输入部，并且医师可使整个医疗器械物理地滚动(例如，使柄部和细长轴一起滚动)以手动地控制细长轴的滚动。

使用双向偏转控制和滚动控制来手动地控制医疗器械被设置成直观的，并且被设置成为习惯于与仅被配置用于手动控制的医疗器械一起工作的许多医师所熟悉。

在一些实施方案中，医疗器械可包括被配置成允许进行附加双向偏转控制的附加驱动输入部。例如，第一手动驱动输入部可允许沿上方向和下方向进行双向偏转控制，并且第二手动驱动输入部可允许沿左方向和右方向进行双向偏转控制。这将允许使用两个手动驱动输入部来对细长轴进行四向偏转控制。

在一些实施方案中，机器人驱动输入部被配置成允许进行四向偏转控制。在一些实施方案中，四向偏转控制允许细长轴沿四个不同方向进行关节运动。在一些实施方案中，这些方向可以是四个正交方向，诸如上、下、左和右。在一些实施方案中，被配置用于四向偏转控制的机器人驱动输入部可包括两个机器人驱动输入部。这两个机器人驱动输入部可被配置成与器械驱动机构上的两个对应的机器人驱动输出部接合。每个机器人驱动输入部可沿两个相反方向(例如顺时针和逆时针)旋转。两个机器人驱动输入部中的第一个机器人驱动输入部沿一个方向(例如，顺时针方向)的旋转可允许沿四个方向中的一个方向(例如，上)进行关节运动。两个机器人驱动输入部中的第一个机器人驱动输入部沿相反方向(例如，逆时针方向)的旋转可允许沿四个方向中的另一个方向(例如，下)进行关节运动。两个机器人驱动输入部中的第二个机器人驱动输入部沿一个方向(例如，顺时针方向)的旋转可允许沿四个方向中的另一个方向(例如，右)进行关节运动。并且两个机器人驱动输入部中的第二个机器人驱动输入部沿相反方向(例如，逆时针方向)的旋转可允许沿四个方向中的另一个方向(例如，左)进行关节运动。因此，可使用两个机器人驱动输入部来实现四向偏转控制。在一些实施方案中，机器人驱动输入部被配置成提供其他数量的方向偏转控制，诸如双向偏转控制、三向偏转控制等。

医疗器械可包括被配置成对医疗器械的细长轴提供机器人滚动控制的附加机器人驱动输入部。例如，医疗器械可包括机器人驱动输入部，该机器人驱动输入部被配置成与器械驱动机构上的对应机器人驱动输出部接合，允许细长轴相对于器械柄部围绕细长轴的轴线旋转。此机器人驱动输入部可被配置成允许细长轴相对于器械柄部径向地重新取向。在一些实施方案中，此机器人器械驱动输入部沿第一方向(例如，顺时针)的旋转引起细长轴沿顺时针方向的旋转，并且此机器人器械驱动输入部沿第二方向(例如，逆时针)的旋转引起细长轴沿逆时针方向的旋转。在一些实施方案中，机器人滚动控制可允许细长轴沿两个旋转方向旋转至少90度、至少100度、至少110度、至少120度、至少130度、至少140度、至少150度、至少160度、至少170度、至少180度、至少190度、至少200度、至少210度、至少220度、至少230度、至少240度、至少250度、至少260度、至少270度、至少280度、至少290度、至少300度、至少310度、至少320度、至少330度、至少340度、至少350度、至少360度或更大。

在一些情况下，使用四向偏转控制和滚动控制来机器人地控制医疗器械可能是直观的，并且为习惯于与仅被配置用于机器人控制的机器人器械一起工作的许多医师所熟悉。例如，当操作控制器以控制医疗器械时，四向偏转控制可能是直观的。

如上所述，在一些实施方案中，医疗器械被配置用于手动控制和机器人控制，该手动控制允许进行手动双向偏转控制和滚动控制(滚动控制可利用被配置用于使细长轴相对于器械柄部滚动的手动驱动输入部或通过使整个医疗器械物理地滚动来手动地实现)，该机器人控制允许机器人进行四向偏转控制和滚动控制。其他类型的手动控制和机器人控制也是可能的。例如，医疗器械可被配置用于允许进行手动四向偏转控制和滚动控制的手动控制和允许进行机器人四向偏转控制和滚动控制的机器人控制。作为另一个示例，医疗器械可被配置用于允许进行手动双向偏转控制和滚动控制的手动控制和允许进行机器人双向偏转控制和滚动控制的机器人控制。

在一些配置中，多个(例如，两个、三个、四个等)可以耦合在一起(例如，可移除地耦合)，以更容易地由医生使用。例如，内窥镜可以耦合到另一个器械。另一个器械可以是本文所述的任何器械(例如，激光工具、装篮工具、镊子、刀片等)。另一个器械可以包括经由内窥镜的入口耦合到内窥镜的细长轴。在一些配置中，入口可以允许另一个器械的细长轴进入内窥镜的工作通道。因此，可以将另一个器械的轴结合到内窥镜的工作通道中。以此方式，内窥镜和另一个器械可以在其工作通道中耦合在一起。在一些实施方案中，内窥镜的基部和另一个器械的基部也可以耦合在一起。可以通过耦合机构(例如，夹子、卡扣、磁体、按钮等)来实现基部的这种耦合。

在一些实施方案中，多个器械可以耦合在一起以用于使用完全手动操作、完全机器人操作或手动操纵和机器人操作的混合。例如，多个器械可以耦合在一起(例如，在其基部处和/或经由入口等)以作为单元保持在从业者的手中。在一些实施方案中，该单元可以被配置成作为单元耦合到机器人器械驱动系统。器械中的一者或两者稍后可以例如与机器人器械驱动系统和/或与多个器械中的另一个器械脱离。因此，在一些实施方案中，可以在手动使用器械(如果有的话)、在机器人地使用器械(如果有的话)以及作为混合使用器械(如果有的话)方面实现极大的灵活性。可以远程控制一个或多个医疗器械。例如，本文所述的机器人功能可以远离机器人器械驱动系统来处理。

B.能够手动地和机器人地控制的医疗器械的示例性实施方案。

现将参考图21A至图31所示的实施方案来描述能够手动地和机器人地控制的医疗器械的上述和其他特征。这些实施方案以示例的方式提供，并且旨在说明本公开的原理而不限制本公开。在考虑本公开时，本领域的普通技术人员将理解，所例示的实施方案的各种修改是可能的。这些修改旨在处于本公开的范围内。

图21A示出了示例性医疗器械系统100的示意图。示出了近侧方向142和远侧方向144用于参考。医疗器械系统100可以包括内窥镜110、器械120和/或远侧驱动单元130。如图所示，器械120可以包括器械基部121和器械轴124。内窥镜110可以包括内窥镜基部111和内窥镜轴132。器械轴124可以在器械基部121的远侧端部处耦合到器械基部121。器械轴124可以通过器械入口128插入到内窥镜轴132的工作通道(未示出)中。因此，器械120在本文中有时被称为工作通道器械，但是在其他实施方案中，本文关于工作通道器械描述的特征可以应用于其他类型的手动、机器人和/或柔性器械。器械入口128可以支撑器械轴124，例如，防止器械轴124在插入到器械入口128中的点处的意外平移和/或旋转。内窥镜基部111可以诸如经由耦合机构耦合到器械基部121。

远侧驱动单元130可以用于控制内窥镜轴132的运动。例如，远侧驱动单元130可以朝近侧和/或朝远侧平移内窥镜轴132。远侧驱动单元130可以是机器人地和/或远程控制的。远侧驱动单元130可以包括例如进料辊、齿条和小齿轮机构、夹锭钳、夹持器或被配置成驱动内窥镜轴130的插入或回缩的其他机构。另选地，远侧驱动单元130可以用机器人地控制或操纵的护套替换，或者可以省略远侧驱动单元130。

图21B示出了医疗器械系统100的示意图，其可以具有类似于上文参考图21A描述的实施方案的特征，其中器械轴124从器械基部121的近侧部分136朝近侧延伸。在一些配置中，通过使器械轴124从器械基部121朝近侧(而不是朝远侧)延伸，在器械轴中形成部分环可能是有利的。例如，这种配置可以允许更容易地手动操纵器械轴124。在一些配置中，可以包括器械致动器138以手动和/或机器人地纵向(例如，朝近侧、朝远侧)平移器械轴124。器械致动器138可以是线性致动器。器械致动器138可以刚性地耦合到器械轴124，以在器械轴124耦合到器械致动器138的情况下防止器械轴124的滑动和/或旋转。因此，器械致动器138可以控制器械轴124的纵向位置，并且因此控制器械致动器138的远侧部分(例如，插入患者的部分)。如图所示，在通过入口128进入内窥镜轴132之前，器械轴124重新进入器械基部121。然而，在一些配置中，器械轴124可以直接(例如，不再重新进入器械基部121)耦合到器械入口128。

由器械轴124形成的部分环可以形成具有半径的曲率。该半径可以响应于器械致动器138的平移而进行修改。半径可以是约1mm、约2mm、约3mm、约5mm、约8mm、约10mm、约12mm、约15mm、约20mm、约25mm、约30mm、约35mm、约40mm、约45mm、约50mm、约60mm、约70mm、约80mm、约90mm、100mm、其间的任何距离或落入其中具有端点的任何范围内。

图21C至图21E示出了示例性医疗器械系统100的实施方案，其包括具有机器人器械驱动机构150的竖直和/或水平取向。如图21C所示，内窥镜110可以设置在器械120与机器人器械驱动机构150之间。如图21D所示，在一些实施方案中，器械120可以设置在内窥镜110与机器人器械驱动机构150之间。机器人臂可以耦合到机器人器械驱动机构150。尽管本文描述的一些实施方案包括通过侧面配置在侧面直接耦合到器械120和内窥镜110两者的机器人器械驱动机构150，但例如如图21E所示，图21C至图21D中所示的机器人器械驱动机构150以堆叠配置直接耦合到内窥镜110或器械120。在这些示例中，直接耦合包括经由无菌适配器的耦合，在这种情况下，机器人驱动输出部154是可以安装到机器人资本设备的无菌适配器的驱动输出部。机器人器械驱动机构150可以包括一个或多个机器人驱动输出部154，该一个或多个机器人驱动输出部可以耦合到内窥镜基部111和/或器械基部121的对应机器人驱动输入部(未示出)。在一些实施方案中，诸如图21C所示，内窥镜110可以包括机器人驱动输入部(例如，耦合到驱动输出部154)，该机器人驱动输入部本身也用作耦合到器械120的对应机器人驱动输入部的机器人驱动输出部。附加地或另选地，器械120可以包括机器人驱动输入部(例如，耦合到驱动输出部154)，该机器人驱动输入部用作耦合到内窥镜110的对应机器人驱动输入部的机器人驱动输出部，诸如在图21D中所示的实施方案中。因此，在一些实施方案中，用于一个医疗器械(例如，内窥镜110)的驱动输入部还可以包括用于不同医疗器械(例如，器械120)的驱动输出部。以此方式，即使器械基部121未直接耦合到机器人器械驱动机构150，器械120也可由机器人器械驱动机构150间接控制。

在一些配置中，机器人器械驱动机构150可以经由例如机器人驱动输入部直接耦合到器械120，该机器人驱动输入部直接耦合到对应的机器人驱动输出部(例如，通过内窥镜110)。例如，器械120的机器人驱动输入部可以是细长驱动输入部(例如，至少部分地延伸穿过内窥镜110)，该细长驱动输入部与机器人器械驱动机构150的对应机器人驱动输出部耦合。附加地或另选地，机器人器械驱动机构150可以包括延伸(例如，细长)的机器人驱动输出部，该延伸的机器人驱动输出部至少部分地延伸穿过内窥镜110以与器械120的机器人驱动输入部耦合。因此，即使在图21C至图21D所示的竖直配置中，各种实施方案也允许机器人驱动输入部/输出部在机器人器械驱动机构150与器械120之间直接耦合。其他变体是可能的。

图22A示出了根据一种配置的示例性内窥镜210的底视图，其可以耦合到与以上参考图21A和图21B描述的实施方案类似的器械系统100并与该器械系统一起使用。如图所示，内窥镜210包括内窥镜基部211(或内窥镜柄部)和细长轴(未示出)。细长轴可以从内窥镜出口242朝远侧延伸。细长轴被配置成在医疗规程期间插入到患者。细长轴可被配置成可关节运动和可控制，使得细长轴可被导航和操控通过患者的解剖结构。例如，在一些实施方案中，细长轴包括被配置成插入到患者管腔诸如尿道、输尿管、胃肠道、食道、肺的气道等中并且引导通过这些患者管腔的细的柔性主体。如上所述，牵拉线可以包括在细长轴中或细长轴上以控制细长轴的关节运动。细长轴可以在远侧端部与近侧端部之间延伸。远侧端部可以被配置成插入到患者。近侧端部可以经由内窥镜出口242附接到内窥镜基部211。细长轴可以包括工作通道(未示出)，附加器械或工具可穿过该工作通道以用于递送到远侧端部205。内窥镜210可以包括被配置成允许进入工作通道的工作通道入口(未示出)。器械轴入口228可以允许将器械轴(下文描述)耦合插入到其中并且耦合到工作通道入口并进入工作通道中。

内窥镜基部211被配置成允许对内窥镜210进行手动控制和机器人控制两者。例如，内窥镜基部211被配置成被物理地保持和手动地操纵以提供手动控制，并且耦合到器械驱动机构(参见下文)以提供机器人控制。在一些实施方案中，无菌适配器可定位在内窥镜基部211与器械驱动机构之间以在医疗规程期间保持无菌区。

如图所示，内窥镜基部211包括壳体212。如图所示，壳体212还可成形为包括耦合到其的器械。内窥镜基部211包括一个或多个内窥镜接收元件276。内窥镜接收元件276被配置成与另一个器械(例如，下文描述的器械220)的对应元件耦合。内窥镜基部211的壳体212可以被成形为为从业者的手中的器械柄部和/或另一个器械的耦合提供人体工程学配合。例如壳体212形状可允许内窥镜基部211在手动控制期间被更容易地或更舒适地保持。另选地或附加地，壳体212形状可提供(或不会阻挡)到器械驱动机构上的未使用的一个或多个机器人驱动输出部的通路。内窥镜基部211可以包括用于连接到电力单元以向医疗器械系统200的一个或多个器械供电的电力接入214。电力接入214可以被配置成提供到内窥镜210的电连接和/或视觉连接。在例示的实施方案中，电力接入214被示出为用于通向塔处的连接器的脐带式缆线的应变消除件。

内窥镜基部211可以包括允许在其中插入器械(例如，下文描述的器械220)的器械轴入口228。器械轴入口256可以包括器械入口致动器229。器械入口致动器229可以允许手动控制器械的轴。在一些实施方案中，器械入口致动器229可以被拧紧以改善器械轴与内窥镜210之间的连接。器械入口致动器229可包括卢尔锁组件。在一些实施方案中，器械入口致动器229可以防止器械轴在器械轴入口228内意外滑动(例如，平移、旋转)。附加地或另选地，器械入口致动器229可以被配置成允许从业者手动旋转器械轴。

内窥镜基部211可以包括手动致动器236。在例示的实施方案中，手动致动器236被配置为杆件，但是其他机械结构(诸如滑块或轮)也是可能的。如将在下文更详细地描述，手动致动器236被配置成对内窥镜210提供手动双向偏转控制。在例示的实施方案中，手动致动器236被配置成被来回操纵或旋转。沿第一方向运动手动致动器236可引起细长轴沿第一关节运动方向的关节运动，并且沿第二方向(与第一方向相反)运动手动致动器236可引起细长轴沿第二关节运动方向的关节运动。第一关节运动方向和第二关节运动方向可基本上相反(例如，上和下)，但是并非在所有实施方案中都需要如此。

内窥镜基部211还可以包括可由内窥镜出口242控制的手动滚动输入部。尽管未示出，但是内窥镜210的细长轴的近侧端部可以附接到内窥镜出口242。在一些实施方案中，细长轴延伸穿过内窥镜出口242并进入内窥镜210的壳体212中。内窥镜出口242可被配置成允许细长轴相对于内窥镜基部211旋转。如图所示，内窥镜出口242可以是可相对于壳体212旋转的绞扭器或可旋转柄部或夹持件。例如，内窥镜出口242可以顺时针和/或逆时针运动旋转。在一些实施方案中，内窥镜出口242沿顺时针方向和逆时针方向两者旋转。细长轴可以相对于内窥镜出口242旋转地固定，使得内窥镜出口242的旋转引起细长轴的旋转。细长轴的旋转可以是沿相同方向的并且可等于内窥镜出口242的对应运动，但是并非在所有实施方案中都需要如此。可以允许细长轴沿两个旋转方向旋转(例如，滚动)至少90度、至少100度、至少110度、至少120度、至少130度、至少140度、至少150度、至少160度、至少170度、至少180度、至少190度、至少200度、至少210度、至少220度、至少230度、至少240度、至少250度、至少260度、至少270度、至少280度、至少290度、至少300度、至少310度、至少320度、至少330度、至少340度、至少350度或至少360度。该滚动控制是任选的，并且在某些实施方案中，滚动可以通过例如旋转内窥镜210来手动控制。

继续参考图22A，内窥镜210包括多个机器人内窥镜驱动输入部262。在例示的实施方案中，内窥镜210包括三个机器人内窥镜驱动输入部262，但是在其他实施方案中可使用其他数量的机器人内窥镜驱动输入部262。机器人内窥镜驱动输入部262被配置成在内窥镜基部211附接到器械驱动机构时接合器械驱动机构上的对应机器人驱动输出部。示例性机器人驱动输出部和器械驱动机构在图15至图17(如上所述)以及图25和图30(如下所述)中示出。器械驱动机构的机器人驱动输出部接合机器人内窥镜驱动输入部262并且将扭矩传递到该机器人内窥镜驱动输入部或使该机器人内窥镜驱动输入部旋转。在一些实施方案中，机器人内窥镜驱动输入部262中的每个机器人内窥镜驱动输入部可沿顺时针方向和逆时针方向两者旋转。在例示的实施方案中，机器人内窥镜驱动输入部262被配置为沟槽状或带键凹入部，并且被配置成接合被配置为突出花键的机器人驱动输出部。机器人驱动输出部可由马达驱动以沿顺时针方向和逆时针方向旋转。当机器人驱动输出部与机器人内窥镜驱动输入部262接合时，机器人驱动输入部将旋转运动传递至机器人内窥镜驱动输入部262。在一些实施方案中，机器人驱动输出部驱动机器人内窥镜驱动输入部262。在一些实施方案中，这种布置可颠倒，或者可使用其他类型和构型的机器人驱动输入部和机器人驱动输出部。

内窥镜210的例示的实施方案至少被配置用于机器人四向偏转控制和机器人滚动控制。在此实施方案中，机器人驱动输入部262中的两个机器人驱动输入部被配置用于偏转控制，并且机器人驱动输入部262中的另一个机器人驱动输入部被配置用于滚动控制。机器人驱动输入部262中的被配置用于偏转控制的两个机器人驱动输入部中的每个机器人驱动输入部可允许双向偏转控制，使得可一起实现四向偏转控制。

如将在下文更详细地所述，在一些实施方案中，机器人内窥镜驱动输入部262中的一个的第一机器人驱动输入部的致动可以被配置成引起细长轴的与手动驱动输入部的致动相同的关节运动。例如，第一机器人驱动输入部和手动致动器236两者可被配置成引起细长轴沿上方向和下方向的关节运动。这可能是因为，如以下将描述的，第一机器人驱动输入部和手动致动器236两者可连接到内窥镜基部211的壳体212内的同一关节运动机构(例如，对应的滑轮)。在一些实施方案中，由手动致动器236提供的双向偏转控制与由第一机器人驱动输入部提供的双向偏转控制相同。

图22B示出了根据一种配置的示例性医疗器械系统200的透视图，其包括内窥镜和其中的另一医疗器械(例如，装篮工具)的功能。医疗器械系统200可以包括内窥镜基部211、内窥镜出口242、内窥镜轴244、手动致动器236、第一器械驱动构件354和第二器械驱动构件356。第一器械驱动构件354和第二器械驱动构件356可以包括旋转元件，诸如圆形齿轮。在一些实施方案中，第一器械驱动构件354和第二器械驱动构件356耦合到对应的第一线性器械致动器360和第二线性器械致动器364。第一器械驱动构件354和第二器械驱动构件356以及第一线性器械致动器360和第二线性器械致动器364共享下面参考图29描述的对应元件的功能。内窥镜基部211可以包括用于使内窥镜轴244以多个自由度关节运动的旋转元件(未示出)。旋转元件可以共享下面参考图23描述的滑轮310的功能。在一些实施方案中，第一线性器械致动器360和第二线性器械致动器364可以与对应的第一器械驱动构件354和第二器械驱动构件356手动脱离接合。这可以允许从业者在需要时更容易地将第一线性器械致动器360和第二线性器械致动器364耦合到内窥镜基部211和/或将第一线性器械致动器360和第二线性器械致动器364与该内窥镜基部脱离以快速且易于手动操纵。因此，图22B示出了其中内窥镜和另一医疗器械两者的功能组合到单个内窥镜基部211中的一些实施方案。手动致动器236可以与下面图23中描述的手动致动器236共享功能。

图23示出了内窥镜基部211的内部部件中的一些内部部件。示出了内窥镜基部211的第一侧视图，其中壳体212的一部分被移除以便查看内部部件中的一些内部部件。如图所示，两个滑轮(或滑轮组件)(即，第一滑轮310a和第二滑轮310b)定位在壳体212内。在此实施方案中，第一滑轮310a和第二滑轮310b中的每一者与细长轴的四个关节运动方向中的两个关节运动方向相关联。在一些实施方案中，每个关节运动平面(例如，上下或左右)可链接到一个滑轮组件。例如，细长轴的上关节运动和下关节运动可与第一滑轮310a相关联，并且细长轴的左关节运动和右关节运动可与第二滑轮310b相关联。

在例示的实施方案中，第一滑轮310a可旋转地安装到器械基部并且操作地耦合到对应的第一机器人驱动输入部。第二滑轮310b可旋转地安装到器械基部并且操作地耦合到对应的第二机器人驱动输入部。因此，第一机器人驱动输入部的旋转可引起第一滑轮310a的对应旋转，并且第二机器人驱动输入部的旋转可引起第二滑轮310b的对应旋转。如上所述，第一滑轮310a的旋转可引起细长轴沿上方向和下方向的关节运动，并且第二滑轮310b的旋转可引起细长轴沿左方向和右方向的关节运动。因此，对于一些实施方案，可利用第一机器人驱动输入部和第二机器人驱动输入部以及第一滑轮组件310a和第二滑轮组件310b来实现机器人四向偏转控制。另选地，四个单独的滑轮可与四个对应的机器人驱动输入部一起使用。

如上所述，手动致动器236也可以可旋转地安装到器械基部并且操作地耦合到第一滑轮310a，使得手动致动器236可用于旋转第一滑轮310a。第一滑轮310a的旋转可引起细长轴沿上方向和下方向的关节运动。因此，在例示的实施方案中，手动致动器236和第一机器人驱动输入部227a两者各自耦合到第一滑轮310a，使得两者可引起细长轴沿例如上方向和下方向的关节运动。在例示的实施方案中，手动致动器236被配置为刚性地附接到第一滑轮310a的杆件。例如，手动致动器236的端部237可以附接到第一滑轮310a的轴。因此，手动致动器236的任何运动可直接地传递至第一滑轮310a。因此，内窥镜210被配置用于手动双向偏转控制(利用手动致动器236)和四向偏转控制(利用第一机器人驱动输入部和第二机器人驱动输入部)。

在例示的实施方案中，第二滑轮310b仅可与第二机器人驱动输入部227b进行关节运动。在一些实施方案中，第二手动致动器(未示出)可耦合到第二滑轮310b，以进一步允许沿例如左方向和右方向手动地控制细长轴。

机器人轴滚动可以通过第一锥齿轮320和第二锥齿轮330来实现。第一锥齿轮320可附接到或以其他方式操作地耦合到第三机器人驱动输入部，使得第三机器人驱动输入部的旋转可引起第一锥齿轮320的旋转。第二锥齿轮330可附接到内窥镜210的细长轴的近侧端部，使得第二锥齿轮330的旋转可引起细长轴相对于内窥镜基部211的旋转。第一锥齿轮320和第二锥齿轮330可接合以将第三机器人驱动输入部的旋转运动传递至内窥镜210的细长轴。例如，如图所示，驱动皮带324可以用于从一定距离将第一锥齿轮320操作地耦合到第三机器人驱动输入部(未示出)。第三驱动输入部可以位于第一锥齿轮320的近侧。第三驱动输入部可以设置在内窥镜210的第一机器人驱动输入部与第二机器人驱动输入部之间。用于将第三机器人驱动输入部的旋转运动传递至内窥镜210的细长轴的其他方法和机构也是可能的。在一些实施方案中，当细长轴滚动时，内部部件(诸如盘管、牵拉线、电线和光纤)被允许在它们可以固定到内窥镜210的细长轴的近侧端部和远侧端部两者时绞扭。内部部件的绞扭可在细长轴的大部分长度上实现，从而使施加到近侧终端和远侧终端的合力/扭矩最小化。

内窥镜210还可包括电子控制器328。电子控制器328可以经由电力接入214耦合到电力。电子控制器328可以被配置成为设置在内窥镜210的细长通道的工作通道内部的一个或多个元件提供电子控制。例如，内窥镜210可以包括相机、光源、麦克风、另一传感器和/或用于在医疗规程期间使用的另一工具。电子控制器328可以为这些工具中的一个或多个工具提供电力和/或信号。附加地或另选地，电子控制器328可以从这些工具中的一个或多个工具接收信号并且将该信息传递到计算机(未示出)。例如，电子控制器328可以将视频和/或音频信号传递到远程显示器以在手术期间辅助从业者。

内窥镜210可以包括一个或多个引导元件332。引导元件332可以被定位和定尺寸成接收穿过其中的一根或多根牵拉线并促进其通过内窥镜210的细长轴的工作通道。引导元件332可以有利地减少在牵拉线使细长轴进行关节运动时摩擦对牵拉线的损坏影响。引导元件332可以引导第一滑轮组件310a和/或第二滑轮组件310b与内窥镜出口242之间的牵拉线。第一水平的引导元件332可以被配置成从第一滑轮310a引导牵拉线，并且第二水平的引导元件332可以被配置成从第二滑轮310b引导牵拉线。第一水平和第二水平可以彼此间隔开(例如，沿着大致平行于第一滑轮组件310a和/或第二滑轮组件310b中的一个或多个滑轮组件的旋转轴线的轴线)。

滑轮310a、310b中的一个或每一个滑轮可以包括对应的滑轮棘轮314a、314b和/或滑轮锁定机构318a、318b，诸如图23所示。为了清楚起见，将参考第一滑轮310a，但相同的功能可以适用于第二滑轮310b。滑轮棘轮314a、314b可用于向对应的滑轮310a、310b提供初始张力，诸如在制造期间。因此，一旦通过旋转滑轮棘轮314a、314b正确张紧牵拉线，滑轮锁定机构318a、318b就防止滑轮棘轮314a、314b在相反方向上旋转。

图24中示出了示例性滑轮310。这种滑轮310可以用于上述滑轮310a、310b中的一者或两者。如图所示，滑轮310包括两个牵拉线卷轴元件342。每个牵拉线卷轴元件可以被配置成在与另一个方向相反的方向上卷绕对应的牵拉线。例如，第一牵拉线卷轴元件可以沿顺时针方向卷绕牵拉线，而第二牵拉线卷轴元件可以沿逆时针方向卷绕对应的牵拉线。因此，每个滑轮310可以沿第一方向旋转，从而使牵拉线中的一根牵拉线展开(例如，延伸)，同时使牵拉线中的另一根牵拉线卷绕(例如，回缩)。在一些实施方案中，手动致动器(例如，手动致动器236)可以耦合到滑轮310，使得手动致动器的运动(例如，旋转)导致滑轮310的旋转。附加地或另选地，滑轮310的旋转(例如，机器人地)也可以引起手动致动器的运动。滑轮棘轮314和滑轮锁定机构318可以一起操作以允许滑轮310的牵拉线在使用之前被张紧。滑轮棘轮314可用于向滑轮310提供初始张力，诸如在制造期间。滑轮锁定机构318防止滑轮棘轮314沿相反方向旋转。

如上所述，内窥镜210可包括用于使细长轴进行关节运动的牵拉线。在一些实施方案中，一根牵拉线可与细长轴的关节运动的每个方向相关联。在一些实施方案中，内窥镜210包括四根牵拉线，使得四向偏转控制是可能的。在此类情况下，例如第一牵拉线可与沿上方向的偏转相关联，第二牵拉线可与沿下方向的偏转相关联，第三牵拉线可与沿右方向的偏转相关联，并且第四牵拉线可与沿左方向的偏转相关联。牵拉线可在第一滑轮310a和第二滑轮310b与内窥镜210的细长轴的远侧端部之间延伸。在细长轴的远侧端部处，牵拉线可连接到该远侧端部。

在第一滑轮310a和第二滑轮310b处，牵拉线中的每根牵拉线可缠绕、环绕或以其他方式安装在两个滑轮组件的滑轮中的一个滑轮上或连接到该一个滑轮。例如，考虑图24的滑轮310，第一牵拉线(例如，与向上偏转相关联)可以缠绕在第一牵拉线卷轴元件内，并且第二牵拉线(例如，与向下偏转相关联)可以缠绕在第二牵拉线卷轴元件内。两根牵拉线的相对卷绕可以允许滑轮310的旋转牵拉第一牵拉线(例如，以引起向上偏转)或第二牵拉线(例如，以引起向下偏转)，这取决于滑轮310旋转的方向。第三牵拉线和第四牵拉线可类似地缠绕在第二滑轮(例如，第二滑轮310b)上以用于例如左偏转控制和右偏转控制。在一些实施方案中，附加地或另选地，可使用弹簧来向一根或多根牵拉线施加张力。

图25示出了附接到机器人器械驱动适配器250的实施方案的医疗器械系统200的内窥镜基部211的视图。医疗器械系统200可包括细长轴(未示出)。机器人器械驱动适配器250可包括内窥镜基部211可附接到的耦合面。在一些实施方案中，机器人器械驱动适配器250可以被配置为无菌适配器。在一些实施方案中，单独的适配器(诸如无菌适配器)可定位在内窥镜基部211与机器人器械驱动适配器250之间。无菌适配器可以在内窥镜基部211与机器人器械驱动器之间提供无菌边界。耦合面可以包括定位在其上的机器人驱动输出部，诸如器械驱动输出部272(或下文描述的内窥镜驱动输出部274)。机器人驱动输出部中的一个或多个机器人驱动输出部可接合内窥镜基部211和/或器械基部221的对应机器人驱动输入部。机器人器械驱动器可以包括一个或多个用于驱动机器人驱动输出部的马达。机器人驱动输出部可以被配置为齿轮、突出花键等。机器人器械驱动适配器250可被配置成附接到机器人臂或其他器械定位装置，如例如图16和图17所示。

在一些实施方案中，当内窥镜基部211附接到机器人器械驱动适配器250时，手动致动器236和/或其他致动器可保持暴露并且可接触。在一些实施方案中，器械200可被配置成使得内窥镜基部211与机器人器械驱动适配器250的连接引起手动致动器236的脱离接合。

内窥镜基部211的形状可以使器械驱动输出部272中的一个或多个器械驱动输出部暴露。因此，暴露的器械驱动输出部272可以保持可接触，以连接到其他工具(例如，装篮工具、激光工具等)。在一些实施方案中，在将内窥镜基部211连接到机器人器械驱动适配器250之前，手动致动器236可操作地连接到滑轮组件229，使得手动致动器236可被致动以引起器械200的关节运动，如上所述。在一些实施方案中，在内窥镜基部211连接到机器人器械驱动适配器250之后，手动致动器236与滑轮组件229脱离接合，使得当内窥镜基部211连接到机器人器械驱动适配器250时，手动致动器236不可用于使器械200进行关节运动。

在一些实施方案中，内窥镜基部211与机器人器械驱动适配器250的连接引起手动驱动机构的脱离接合。脱离接合可以是自动的。例如，将机器人器械驱动适配器250的器械驱动输出部272插入到器械(例如，下文讨论的器械220)的对应输入部中可以通过例如使手动致动器236与第一滑轮310a脱离接合来引起脱离接合。在一些实施方案中，当医疗器械系统200的一个或多个器械从机器人器械驱动适配器250移除时，可以重新接合手动致动器236。

机器人器械驱动适配器250的某些驱动输出部可以提供分层齿轮装置。这种分层齿轮装置可以允许在医疗器械与机器人器械驱动适配器250的兼容性中更大的多功能性。例如，器械驱动输出部272中的每一个器械驱动输出部可以包括第一齿轮区段272a和第二齿轮区段272b。第一齿轮区段272a可以被配置成与特定工具元件耦合，而第二齿轮区段272b可以被配置成与不同的工具元件耦合。第一齿轮区段272a可以具有半径大于第二齿轮区段272b的半径的齿轮。因此，对于某些具体实施，第一齿轮区段272a可用于在对应的驱动输入部上赋予更大的扭矩(与第二齿轮区段272b相比)，而第二齿轮区段272b可以向对应的驱动输入部赋予相对更大的旋转速度(与第一齿轮区段272a相比)。即使在同一器械内，器械的第一驱动输入部也可以针对第一齿轮区段272a的齿轮半径进行配置，而第二驱动输入部可以针对第二齿轮区段272b进行配置。

机器人器械驱动适配器250可以包括肩部248。肩部248可以为内窥镜210提供附加的支撑，以促进本文所述的耦合件的更好配合并且减少松散装配。附加地或另选地，在一些实施方案中，机器人器械驱动适配器250可以包括用于另一个器械的对应肩部。在一些实施方案中，肩部248被省略。

图26示出了根据一种配置的示例性医疗器械系统200的底视图。如图所示，医疗器械系统200包括内窥镜210和器械220。器械220包括器械基部221和细长轴224。细长轴224可以从器械基部221的近侧部分朝近侧延伸。然而，在一些实施方案中，细长轴224可以从器械基部221朝远侧延伸。细长轴224可以被配置成耦合到内窥镜210的器械轴入口228中。以此方式，细长轴224可以被接收到内窥镜210的细长轴的工作通道(未示出)中。

器械220可以包括一个或多个机器人器械驱动输入部264。机器人器械驱动输入部264中的一个或多个机器人器械驱动输入部可以被配置成与机器人器械驱动机构(例如，机器人器械驱动适配器250)的对应驱动输出部(例如，器械驱动输出部272)耦合。细长轴224被配置成在医疗规程期间插入到患者。细长轴224可被配置成可关节运动和/或可控制，使得细长轴可被导航和操控通过患者的解剖结构。附加地或另选地，某些器械220可以被配置成具有附加功能。例如，装篮工具可以被配置成展开和回缩以便从患者体内收集材料(例如，钙化结石)。这种功能可以由机器人驱动输入部中的一个或多个机器人驱动输入部来机器人地控制。

在一些配置中，器械220可以被手动地控制以作为机器人控制的附加或另选。如图26所示，器械220可以包括第一器械致动器252和第二器械致动器254。第一器械致动器252可以被配置成控制第一运动程度(例如，近侧或远侧运动)。第二器械致动器254可以被配置成控制第二运动程度(例如，展开/回缩或打开/闭合工具)。因为细长轴224可以耦合到内窥镜210的细长轴(例如，经由器械轴入口228)中，所以通过直接控制内窥镜210的细长轴，可以实现细长轴224的附加关节运动，如上所述。因此，在一些实施方案中，细长轴224可被配置成在五个自由度下控制：左右、上下、旋转(例如，滚动)、近侧远侧运动和展开回缩(例如，篮式部署)。这些自由度可以在内窥镜210与器械220之间共享。然而，由于内窥镜210和器械220可以如图所示耦合在一起，因此医疗器械系统200的人体工程学形状可以允许从业者容易地根据需要来机器人地和/或手动地控制细长轴224。

如图所示，在一些实施方案中，细长轴224可从器械220的近侧部分朝近侧延伸。例如，激光工具可以包括有利地包括服务环的光纤。“服务环”可以包括额外长度的细长且柔性的轴，其提供用于沿轴轴线平移的自由度和/或柔性轴(例如，延伸、回缩)的轴向运动。服务环可以包括额外长度的细长轴224，以允许例如更容易的手动可及性和/或运动自由。服务环不一定需要形成圆形或360度环，而是可以是任何弯曲额外长度的柔性轴。在一些实施方案中，可以通过使柔性轴在医疗器械基部外部环成具有宽半径来形成服务环。可以在器械基部的近侧部分附近和/或从内窥镜基部的入口朝近侧形成服务环的半径。在一些实施方案中，可以从器械的细长轴的近侧部分、内窥镜或两者朝近侧形成服务环。服务环不一定需要特定长度。服务环也不需要延伸最小弧长。例如，服务环可以延伸约5度、约10度、约20度、约30度、约45度、约60度、约75度、约100度、约120度、约140度、约160度、约180度、约200度、约225度、约250度、约275度、约300度、约315度、约330度、约350度、约360度、介于其间的任何数字的度数或落入其中具有端点的任何范围内。如上所述，篮通过在篮的第一方向上相对于护套的运动(例如，篮的相对推进)展开和/或通过在相反方向上相对于护套的运动(例如，篮的相对后退)回缩。关于激光工具，激光工具可以包括激光纤维和保护护套。器械220可以有其他示例和工具。细长轴224可以环绕，如参考图21B所描述并且如下所述。

图27示出了根据一个实施方案的示例性器械220的顶视图。在一些实施方案中，器械基部221可以包括第一壳体元件282和第二壳体元件284。第一壳体元件282和第二壳体元件284可以接合在一起以形成器械基部221的壳体。第二壳体元件284可以包括用于与内窥镜210耦合的耦合元件。可以致动器械按钮218以使器械220与内窥镜210脱离。除非致动，否则器械按钮218可以被偏置以维持内窥镜210与器械220的耦合。可以操纵器械按钮218以使器械220与内窥镜210脱离。例如，在一些实施方案中，用户可以滑动器械按钮218以使器械220与内窥镜210脱离接合。在一些实施方案中，器械按钮218可替代地设置在内窥镜210上，以允许用户经由内窥镜210将内窥镜210与器械220脱离。

图28示出了根据一个实施方案的图27的器械220的透视底视图。器械220可以包括器械轴耦合器256。器械轴耦合器256可以固定地耦合到细长轴224，以防止细长轴224的相对旋转和/或平移。在一些设计中，器械轴耦合器256包括细长器械224的包覆成型部分。器械轴耦合器256可以与第一器械致动器252脱离，以允许从业者手动操纵细长轴224而不控制器械基部221。一旦完成其使用，从业者可以将器械轴耦合器256重新耦合到第一器械致动器252。器械轴耦合器256可以包括由第一器械致动器252的接收元件接收的插入元件。附加地或另选地，第一器械致动器252可以包括由器械轴耦合器256的接收元件接收的插入元件。第一器械致动器252可以允许从业者手动控制细长轴224的纵向位置(例如，近侧/远侧)。第二器械致动器254可以允许从业者展开和/或回缩细长轴224。第一器械致动器252和第二器械致动器254中的每一个被示出为线性致动器。然而，可以使用其他类型的致动器(例如，轮、杆、按钮等)。

图29示出了图28的器械220的底视图的横截面。如图所示，器械220可以包括第一器械驱动构件354和第二器械驱动构件356。第一器械驱动构件354和第二器械驱动构件356耦合到对应的机器人器械驱动输入部264(如图28所示)。第一器械驱动构件354和第二器械驱动构件356可以固定地耦合到对应的机器人器械驱动输入部264。第一器械驱动构件354和第二器械驱动构件356可以耦合到对应的第一器械致动器252和第二器械致动器254。例如，如图所示，第一器械驱动构件354是圆形齿轮并且耦合到第一线性器械致动器360，该第一线性器械致动器被示出为线性齿轮。其他选项是可能的。因此，当第一器械驱动构件354旋转时，第一线性器械致动器360平移(例如，纵向)。如图所示，第一线性器械致动器360的平移也驱动第一器械致动器252。附加地或另选地，第一器械致动器252可以能够驱动第一线性器械致动器360的平移，然后驱动第一器械驱动构件354的旋转。

第二器械驱动构件356被示出为键控元件。第二器械驱动构件356耦合到第二线性器械致动器364。当第二器械驱动构件356旋转时，第二线性器械致动器364平移。在某些实施方案中，此平移可能导致器械的展开。当第二线性器械致动器364平移时，即使当第二线性器械致动器364被机器人地驱动时，也可以使第二器械致动器254平移。附加地或另选地，当第二线性器械致动器364被手动地(例如，经由第二器械致动器254)驱动时，则此致动可以驱动第二器械驱动构件356的旋转。手动和机器人致动可以一起或单独使用。在一些设计中，细长轴224的一部分终止于与器械基部221内部的第二线性器械致动器364耦合处。

尽管上文已经论述了第一线性器械致动器360和第二线性器械致动器364控制某些自由度，但是其他选项也是可能的。例如，第一线性器械致动器360可以被配置成控制细长轴224的平移，而第二线性器械致动器364可以被配置成控制细长轴224的一部分(例如，其外护套)的平移。因此，可以通过同时平移第一线性器械致动器360和第二线性器械致动器364两者来实现细长轴224(没有展开)的平移。然后可以通过相对于器械的外部部分对细长轴224进行对应的推进或后退来实现细长轴224的展开或回缩。第一线性器械致动器360和第二线性器械致动器364中的哪一个控制所述自由度可以根据需要反转。因此，可以通过修改由第一线性器械致动器360和第二线性器械致动器364中的每一者控制的自由度来实现控制的各种配置。

图30A示出了示例性机器人器械驱动适配器250的顶部透视图。机器人器械驱动适配器250可以包括一个或多个器械驱动输出部272和/或一个或多个内窥镜驱动输出部274。如图所示，机器人器械驱动适配器250包括用于与器械220耦合的两个器械驱动输出部272和用于与内窥镜210耦合的内窥镜驱动输出部274。机器人器械驱动适配器250可以包括一个或多个驱动机构耦合元件292。如图所示，机器人器械驱动适配器250包括驱动机构耦合元件292。一个或多个驱动机构耦合元件292可以适于与内窥镜210的一个或多个对应耦合元件(例如，内窥镜耦合元件266)和/或器械220的一个或多个对应耦合元件耦合。在一些实施方案中，驱动机构耦合元件292仅被配置成与内窥镜210或器械220耦合，但不是两者。然而，在一些实施方案中，机器人器械驱动适配器250包括驱动机构耦合元件292，该驱动机构耦合元件被配置成与内窥镜210和器械220两者耦合。其他配置也是可能的。还示出了可以促进与内窥镜210的更好耦合的肩部248。释放构件288可以包括在机器人器械驱动适配器250中。可以按下释放构件288以允许例如机器人器械驱动适配器250与机器人臂上的器械驱动机构的脱离。在一些实施方案中，释放构件288使内窥镜耦合元件266与对应驱动机构耦合元件292脱离。

机器人器械驱动适配器250可以包括内窥镜释放致动器290，该内窥镜释放致动器被配置成允许用户将内窥镜210与机器人器械驱动适配器250脱离。在一些实施方案中，内窥镜释放致动器290耦合到驱动机构耦合元件292，使得当内窥镜释放致动器290被按下时，驱动机构耦合元件292经历对应的致动(例如，按下或平移)。因此，在一些实施方案中，用户可通过按下内窥镜释放致动器290而使内窥镜210与机器人器械驱动适配器250脱离接合。内窥镜释放致动器290可以偏置在闭合位置。在一些实施方案中，内窥镜释放致动器290可以设置在内窥镜210上，使得用户可以经由内窥镜210将内窥镜210与机器人器械驱动适配器250脱离。根据一些实施方案，用于器械220和内窥镜210的闩锁方案可以提供改进的可用性和/或安全性。在所示的实施方案中，无法操作机器人器械驱动适配器250上的释放致动器290，直到工作通道工具首先从内窥镜210拆离，从而提供安全性约束。在其他实施方案中，可以在工作通道工具仍然附接到内窥镜时操作释放致动器290，例如，通过在工作通道工具中提供切口或凹陷，其允许用户使用其手指进入释放致动器290。

机器人器械驱动适配器250可以具有输入部和/或输出部(例如，图30B中所示的适配器驱动输入部296)以耦合到器械驱动机构(例如，图15的器械驱动器62，图16的器械驱动器75，图14的器械驱动机构146A、146B)。机器人器械驱动适配器250可以包括或连接到无菌衬里(例如，无菌盖布)，以允许在无菌规程中使用。机器人器械驱动适配器250可以被称为无菌适配器。无菌衬里可以在某些规程(例如，手术)期间促进无菌环境。

图30B示出了图30A中所示的机器人器械驱动适配器250的底部透视图。如上所述，机器人器械驱动适配器250可以包括一个或多个适配器驱动输入部296，其驱动对应的器械驱动输出部272和/或内窥镜驱动输出部274。适配器驱动输入部296被配置成耦合到器械驱动机构(例如，图15的器械驱动器62，图16的器械驱动器75，图14的器械驱动机构146A、146B)。适配器驱动输入部296可以包括接收元件，该接收元件耦合到器械驱动机构的对应驱动输出部的突起(图30B中未示出)。在一些实施方案中，适配器驱动输入部296可以包括耦合到器械驱动机构的驱动输出部的对应接收元件的突起。如图所示，机器人器械驱动适配器250可以包括一个或多个释放构件288，该一个或多个释放构件可以由用户操纵(例如，按下或挤压)以使机器人器械驱动适配器250与器械驱动机构脱离。机器人器械驱动适配器250的一个或多个适配器耦合元件286可以诸如通过卡扣配合、螺钉配合或一些其他机械耦合布置耦合到器械驱动机构。释放构件288的操作可以使适配器耦合元件286与器械驱动机构脱离。

图31示出了具有均耦合到机器人器械驱动适配器250的内窥镜210和器械220的示例性医疗器械系统200。内窥镜210和/或器械220中的一者或两者可以与机器人器械驱动适配器250脱离(例如，暂时地)以手动使用。

各种医疗器械可由医疗器械(例如，器械220)控制。例如，图32示出了远侧定位的篮头175的近视图。篮头175可以在器械轴178内推进以捕获结石。器械轴178可以是上述任何细长器械的外轴(例如，细长轴224)。此类前进可以通过穿过上述工作通道与篮式工具手动接触或经由与插入/回缩和/或致动装置的可操作耦合，诸如上述基于机器人的系统来进行。此类致动激活轴的远侧部分或远侧端部，在该示例中，这可以涉及通过相对于外护套或器械轴178部署或抽出篮头来扩展或收缩篮头175。另一医疗器械可以包括激光工具(未示出)，其可以用于经由将基于激光的能量受控地发射到结石中来递增地破坏结石。激光工具可以包括具有被配置成与器械基部221交接的近侧耦合元件和被配置成发射基于激光的能量以破坏诸如肾结石的物品的远侧尖端的激光纤维。结石可以一定模式受到激光尖端攻击，以递增地将结石破碎成较小的亚临界几何形状块。例如，可以利用“涂漆”模式，其中激光尖端在多个点处解决结石。

3.实施系统和术语。

下文描述了本文描述的系统的一些非限制性实施例。

在第1实施例中，一种机器人医疗器械系统包括：第一医疗器械，该第一医疗器械包括器械基部和从该器械基部延伸的细长轴，该器械基部包括机器人驱动输入部和耦合到该机器人驱动输入部的第一旋转元件，其中该第一医疗器械的该机器人驱动输入部被配置成使该第一医疗器械的该细长轴的远侧端部进行关节运动，该第一医疗器械进一步包括与延伸穿过该第一医疗器械的工作通道连通的器械入口；第二医疗器械，该第二医疗器械包括器械基部和细长轴，该细长轴被配置成延伸穿过该器械入口并且部分地位于该第一器械的该细长轴内，该第二医疗器械包括机器人驱动输入部；以及机器人臂，该机器人臂包括第一机器人驱动输出部和第二机器人驱动输出部，该第一机器人驱动输出部被配置成驱动该第一医疗器械的该机器人驱动输入部，并且该第二机器人驱动输出部被配置成驱动该第二医疗器械的该机器人驱动输入部。

在第2实施例中，根据实施例1所述的机器人系统，其中，该第一旋转元件包括张紧棘轮，该张紧棘轮被配置成允许将耦合到该第一旋转元件的牵拉线初始张紧。

在第3实施例中，根据实施例1至2中任一项所述的机器人系统，其中，该第二医疗器械的该细长轴从该第二医疗器械的该器械基部的近侧部分延伸。

在第4实施例中，根据实施例3所述的机器人系统，其中，该第二医疗器械包括耦合元件，该耦合元件将该第二医疗器械的该细长轴操作地耦合到该第二医疗器械的该机器人驱动输入部，其中该第二医疗器械的该机器人驱动输入部在远离该器械基部的该近侧部分的点处操作地耦合到该第二医疗器械的该细长轴。

在第5实施例中，根据实施例4所述的机器人系统，其中，该第二医疗器械进一步包括耦合到该耦合元件的线性致动器，该线性致动器被配置成纵向操纵该第二医疗器械的该细长轴。

在第6实施例中，根据实施例1至5中任一项所述的机器人系统，其中，该第二医疗器械包括激光工具或装篮工具。

在第7实施例中，根据实施例1至6中任一项所述的机器人系统，其中，第一致动器控制该第二医疗器械的该细长轴的至少一部分的纵向位置。

在第8实施例中，根据实施例7所述的机器人系统，其中，第二致动器控制该第二医疗器械的该细长轴的远侧部分的激活。

在第9实施例中，根据实施例1至8中任一项所述的机器人系统，其中，该第二医疗器械的该机器人驱动输入部耦合到该第二医疗器械的该细长轴的护套。

在第10实施例中，根据实施例1至9中任一项所述的机器人系统，其中，该第二医疗器械进一步包括第二机器人驱动输入部，其中该第二机器人驱动输入部耦合到该第二医疗器械的该细长轴的内部部分。

在第11实施例中，根据实施例1至10中任一项所述的机器人系统，其中，该第二医疗器械的该细长轴形成服务环。

在第12实施例中，根据实施例11所述的机器人系统，其中，该服务环在该第一医疗器械的该器械入口与该第二医疗器械的该器械基部之间延伸至少45度。

在第13实施例中，一种医疗系统包括：内窥镜基部，该内窥镜基部具有从该内窥镜基部延伸的细长轴，该内窥镜基部具有第一机器人驱动输入部和第一手动致动器；以及工作通道器械，该工作通道器械具有被配置成在该内窥镜的该细长轴内延伸的细长轴，该工作通道器械具有第二机器人驱动输入部和第二手动致动器，其中该第一机器人驱动输入部和该第二机器人驱动输入部被配置成耦合到机器人臂的对应的第一机器人驱动输出部和第二机器人驱动输出部，并且其中该第一手动致动器和该第二手动致动器被配置成当该第一机器人驱动输入部和该第二机器人驱动输入部与该机器人臂的该第一机器人驱动输出部和该第二机器人驱动输出部脱离时被手动致动。

在第14实施例中，根据实施例13所述的医疗系统，其中，该工作通道器械包括器械基部，该器械基部具有被配置成允许该器械基部能够移除地耦合到该内窥镜基部的耦合元件。

在第15实施例中，根据实施例13至14中任一项所述的医疗系统，其中，该内窥镜进一步包括第一旋转元件，该第一旋转元件被配置成使该内窥镜的该细长轴的远侧端部以第一自由度进行关节运动，并且其中该第一手动致动器被配置成允许该第一旋转元件的手动旋转。

在第16实施例中，根据实施例13至15中任一项所述的医疗系统，其中，该工作通道器械进一步包括耦合到该工作通道器械的该细长轴的器械基部，该工作通道器械的该细长轴从该器械基部的近侧部分延伸。

在第17实施例中，根据实施例13至16中任一项所述的医疗系统，其中，该工作通道器械包括耦合元件，该耦合元件将该工作通道器械的该细长轴操作地耦合到该第二机器人驱动输入部，其中该工作通道器械的该第二机器人驱动输入部在远离该器械基部的该近侧部分的点处操作地耦合到该工作通道器械的该细长轴。

在第18实施例中，根据实施例17所述的医疗系统，其中，该工作通道器械进一步包括耦合到该耦合元件的线性致动器，该线性致动器被配置成纵向操纵该工作通道器械的该细长轴。

在第19实施例中，根据实施例13至18中任一项所述的医疗系统，其中，该工作通道器械包括激光工具或装篮工具。

在第20实施例中，根据实施例13至19中任一项所述的医疗系统，其中，该第二机器人驱动输入部控制该工作通道器械的该细长轴的至少一部分的纵向位置。

在第21实施例中，根据实施例13至20中任一项所述的医疗系统，其中，该第二手动致动器控制该工作通道器械的该细长轴的远侧部分的激活。

在第22实施例中，根据实施例13至21中任一项所述的医疗系统，其中，该第二机器人驱动输入部耦合到该工作通道器械的该细长轴的护套。

在第23实施例中，根据实施例13至22中任一项所述的医疗系统，其中，该器械的该细长轴在该内窥镜的入口与该工作通道器械的器械基部之间形成服务环。

在第24实施例中，一种医疗器械包括：器械基部，该器械基部包括机器人驱动输入部和耦合到该机器人驱动输入部的线性致动器，该机器人驱动输入部被配置成耦合到机器人臂的对应机器人驱动输出部；以及细长轴，该细长轴从该器械基部的近侧部分延伸，其中该线性致动器在远离该器械基部的该近侧部分的点处耦合到该细长轴的一部分。

在第25实施例中，根据实施例24所述的机器人系统，其中，该线性致动器包括线性齿轮，该线性齿轮被配置成操纵该细长轴的纵向位置。

在第26实施例中，根据实施例24至25中任一项所述的医疗器械，其中，该器械进一步包括第二机器人驱动输入部，该第二机器人驱动输入部被配置成致动该器械的远侧端部。

在第27实施例中，根据实施例26所述的医疗器械，进一步包括手动致动器，该手动致动器进一步控制该器械的该远侧端部的致动。

在第28实施例中，根据实施例26至27中任一项所述的医疗器械，其中，该第二机器人驱动输入部被配置成扩展或回缩该器械的该远侧端部。

在第29实施例中，根据实施例24至28中任一项所述的医疗器械，其中，该器械包括激光工具或装篮工具。

在第30实施例中，根据实施例24至29中任一项所述的医疗器械，其中，该细长轴形成从该器械基部的该近侧部分延伸到远离该近侧部分的该点的服务环。

本文所公开的具体实施提供了与能够手动地和机器人地控制的医疗器械相关的系统、方法和设备。如上所述，医疗器械可通过手动驱动输入部和机器人驱动输入部控制，从而允许既手动地又机器人地使用装置。

应当指出的是，如本文所用，术语“耦合(couple)”、“耦合(coupling)”、“耦合(coupled)”或词语耦合的其他变型形式可以指示间接连接或直接连接。例如，如果第一部件“耦合”到第二部件，则第一部件可经由另一个部件间接连接到第二部件或直接连接到第二部件。

引用本文所述的特定计算机实施的过程和功能的短语可作为一个或多个指令存储在处理器可读或计算机可读的介质上。术语“计算机可读介质”是指可由计算机或处理器访问的任何可用介质。通过示例而非限制，这样的介质可包括随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、快闪存储器、致密盘只读存储器(CD-ROM)或其他光盘存储装置、磁盘存储装置或其他磁存储装置，或可以用于存储呈指令或数据结构的形式的期望的程序代码并且可以由计算机访问的任何其他介质。应当指出的是，计算机可读介质可为有形的和非暂态的。如本文所用，术语“代码”可以指可由计算装置或处理器执行的软件、指令、代码或数据。

本文所公开的方法包括用于实现所述方法的一个或多个步骤或动作。在不脱离权利要求的范围的情况下，方法步骤和/或动作可彼此互换。换句话讲，除非正在描述的方法的正确操作需要步骤或动作的特定顺序，否则可以在不脱离权利要求的范围的情况下修改特定步骤和/或动作的顺序和/或使用。

如本文所用，术语“多个”表示两个或更多个。例如，多个部件指示两个或更多个部件。术语“确定”涵盖多种动作，并且因此，“确定”可包括计算、运算、处理、导出、调查、查找(例如，在表格、数据库或另一种数据结构中查找)、查明等。另外，“确定”可包括接收(例如，接收信息)、访问(例如，访问存储器中的数据)等。另外，“确定”可包括解析、选择、挑选、建立等。

除非另有明确指明，否则短语“基于”并不意味着“仅基于”。换句话讲，短语“基于”描述“仅基于”和“至少基于”两者。

提供对所公开的具体实施的前述描述以使得本领域的任何技术人员能够制作或使用本发明。对这些具体实施的各种修改对于本领域的技术人员而言将是显而易见的，并且在不脱离本发明的范围的情况下，本文所定义的一般原理可应用于其他具体实施。例如，应当理解，本领域的普通技术人员将能够采用多个对应的替代和等同的结构细节，诸如紧固、安装、耦合或接合工具部件的等同方式、用于产生特定致动运动的等同机构、以及用于递送电能的等同机构。因此，本发明并非旨在限于本文所示的具体实施，而是被赋予符合本文所公开的原理和新颖特征的最广范围。

Claims (30)

1.一种机器人医疗器械系统，包括：

第一医疗器械，所述第一医疗器械包括器械基部和从所述器械基部延伸的细长轴，所述器械基部包括机器人驱动输入部和耦合到所述机器人驱动输入部的第一旋转元件，其中所述第一医疗器械的所述机器人驱动输入部被配置成使所述第一医疗器械的所述细长轴的远侧端部进行关节运动，所述第一医疗器械进一步包括与延伸穿过所述第一医疗器械的工作通道连通的器械入口；

第二医疗器械，所述第二医疗器械包括器械基部和细长轴，所述细长轴被配置成延伸穿过所述器械入口并且部分地位于所述第一器械的所述细长轴内，所述第二医疗器械包括机器人驱动输入部；以及

机器人臂，所述机器人臂包括第一机器人驱动输出部和第二机器人驱动输出部，所述第一机器人驱动输出部被配置成驱动所述第一医疗器械的所述机器人驱动输入部，并且所述第二机器人驱动输出部被配置成驱动所述第二医疗器械的所述机器人驱动输入部。

2.根据权利要求1所述的机器人系统，其中，所述第一旋转元件包括张紧棘轮，所述张紧棘轮被配置成允许将耦合到所述第一旋转元件的牵拉线初始张紧。

3.根据权利要求1所述的机器人系统，其中，所述第二医疗器械的所述细长轴从所述第二医疗器械的所述器械基部的近侧部分延伸。

4.根据权利要求3所述的机器人系统，其中，所述第二医疗器械包括耦合元件，所述耦合元件将所述第二医疗器械的所述细长轴操作地耦合到所述第二医疗器械的所述机器人驱动输入部，其中所述第二医疗器械的所述机器人驱动输入部在远离所述器械基部的所述近侧部分的点处操作地耦合到所述第二医疗器械的所述细长轴。

5.根据权利要求4所述的机器人系统，其中，所述第二医疗器械进一步包括耦合到所述耦合元件的线性致动器，所述线性致动器被配置成纵向操纵所述第二医疗器械的所述细长轴。

6.根据权利要求1所述的机器人系统，其中，所述第二医疗器械包括激光工具或装篮工具。

7.根据权利要求1所述的机器人系统，其中，第一致动器控制所述第二医疗器械的所述细长轴的至少一部分的纵向位置。

8.根据权利要求7所述的机器人系统，其中，第二致动器控制所述第二医疗器械的所述细长轴的远侧部分的激活。

9.根据权利要求1所述的机器人系统，其中，所述第二医疗器械的所述机器人驱动输入部耦合到所述第二医疗器械的所述细长轴的护套。

10.根据权利要求1所述的机器人系统，其中，所述第二医疗器械进一步包括第二机器人驱动输入部，其中所述第二机器人驱动输入部耦合到所述第二医疗器械的所述细长轴的内部部分。

11.根据权利要求1所述的机器人系统，其中，所述第二医疗器械的所述细长轴形成服务环。

12.根据权利要求11所述的机器人系统，其中，所述服务环在所述第一医疗器械的所述器械入口与所述第二医疗器械的所述器械基部之间延伸至少45度。

13. 一种医疗系统，包括：

内窥镜基部，所述内窥镜基部具有从所述内窥镜基部延伸的细长轴，所述内窥镜基部具有第一机器人驱动输入部和第一手动致动器；以及

工作通道器械，所述工作通道器械具有被配置成在所述内窥镜的所述细长轴内延伸的细长轴，所述工作通道器械具有第二机器人驱动输入部和第二手动致动器，

其中所述第一机器人驱动输入部和所述第二机器人驱动输入部被配置成耦合到机器人臂的对应的第一机器人驱动输出部和第二机器人驱动输出部，并且

其中所述第一手动致动器和所述第二手动致动器被配置成当所述第一机器人驱动输入部和所述第二机器人驱动输入部与所述机器人臂的所述第一机器人驱动输出部和所述第二机器人驱动输出部脱离时被手动致动。

14.根据权利要求13所述的医疗系统，其中，所述工作通道器械包括器械基部，所述器械基部具有被配置成允许所述器械基部能够移除地耦合到所述内窥镜基部的耦合元件。

15.根据权利要求13所述的医疗系统，其中，所述内窥镜进一步包括第一旋转元件，所述第一旋转元件被配置成使所述内窥镜的所述细长轴的远侧端部以第一自由度进行关节运动，并且其中所述第一手动致动器被配置成允许所述第一旋转元件的手动旋转。

16.根据权利要求13所述的医疗系统，其中，所述工作通道器械进一步包括耦合到所述工作通道器械的所述细长轴的器械基部，所述工作通道器械的所述细长轴从所述器械基部的近侧部分延伸。

17.根据权利要求13所述的医疗系统，其中，所述工作通道器械包括耦合元件，所述耦合元件将所述工作通道器械的所述细长轴操作地耦合到所述第二机器人驱动输入部，其中所述工作通道器械的所述第二机器人驱动输入部在远离所述器械基部的所述近侧部分的点处操作地耦合到所述工作通道器械的所述细长轴。

18.根据权利要求17所述的医疗系统，其中，所述工作通道器械进一步包括耦合到所述耦合元件的线性致动器，所述线性致动器被配置成纵向操纵所述工作通道器械的所述细长轴。

19.根据权利要求13所述的医疗系统，其中，所述工作通道器械包括激光工具或装篮工具。

20.根据权利要求13所述的医疗系统，其中，所述第二机器人驱动输入部控制所述工作通道器械的所述细长轴的至少一部分的纵向位置。

21.根据权利要求13所述的医疗系统，其中，所述第二手动致动器控制所述工作通道器械的所述细长轴的远侧部分的激活。

22.根据权利要求13所述的医疗系统，其中，所述第二机器人驱动输入部耦合到所述工作通道器械的所述细长轴的护套。

23.根据权利要求13所述的医疗系统，其中，所述器械的所述细长轴在所述内窥镜的入口与所述工作通道器械的器械基部之间形成服务环。

24. 一种医疗器械，包括：

器械基部，所述器械基部包括机器人驱动输入部和耦合到所述机器人驱动输入部的线性致动器，所述机器人驱动输入部被配置成耦合到机器人臂的对应的机器人驱动输出部；以及

细长轴，所述细长轴从所述器械基部的近侧部分延伸，

其中所述线性致动器在远离所述器械基部的所述近侧部分的点处耦合到所述细长轴的一部分。

25.根据权利要求24所述的机器人系统，其中，所述线性致动器包括线性齿轮，所述线性齿轮被配置成操纵所述细长轴的纵向位置。

26.根据权利要求24所述的医疗器械，其中，所述器械进一步包括第二机器人驱动输入部，所述第二机器人驱动输入部被配置成致动所述器械的远侧端部。

27.根据权利要求26所述的医疗器械，进一步包括手动致动器，所述手动致动器进一步控制所述器械的所述远侧端部的致动。

28.根据权利要求26所述的医疗器械，其中，所述第二机器人驱动输入部被配置成扩展或回缩所述器械的所述远侧端部。

29.根据权利要求24所述的医疗器械，其中，所述器械包括激光工具或装篮工具。

30.根据权利要求24所述的医疗器械，其中，所述细长轴形成从所述器械基部的所述近侧部分延伸到远离所述近侧部分的所述点的服务环。

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