CN115887007A - 用于诸如用于机器人手术系统中的手术器械的末端执行器驱动机构 - Google Patents

用于诸如用于机器人手术系统中的手术器械的末端执行器驱动机构 Download PDF

Info

Publication number
CN115887007A
CN115887007A CN202210973076.7A CN202210973076A CN115887007A CN 115887007 A CN115887007 A CN 115887007A CN 202210973076 A CN202210973076 A CN 202210973076A CN 115887007 A CN115887007 A CN 115887007A
Authority
CN
China
Prior art keywords
lever
input
housing
robotic surgical
surgical system
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202210973076.7A
Other languages
English (en)
Inventor
C·T·楚迪
D·R·金斯利
S·A·马朗
J·H·博德默
T·G·莫厄
A·W·泽科拉
C·M·西贝纳勒
H·P·阿波斯托洛普洛斯
R·W·霍尔布鲁克
W·R·惠特尼
J·G·韦伊
Z·S·黑利格尔
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Covidien LP
Original Assignee
Covidien LP
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Covidien LP filed Critical Covidien LP
Publication of CN115887007A publication Critical patent/CN115887007A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A61B34/70—Manipulators specially adapted for use in surgery
    • A61B34/76—Manipulators having means for providing feel, e.g. force or tactile feedback
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B18/00—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body
    • A61B18/04—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body by heating
    • A61B18/12—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body by heating by passing a current through the tissue to be heated, e.g. high-frequency current
    • A61B18/14—Probes or electrodes therefor
    • A61B18/1442—Probes having pivoting end effectors, e.g. forceps
    • A61B18/1445—Probes having pivoting end effectors, e.g. forceps at the distal end of a shaft, e.g. forceps or scissors at the end of a rigid rod
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B18/00—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body
    • A61B18/04—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body by heating
    • A61B18/12—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body by heating by passing a current through the tissue to be heated, e.g. high-frequency current
    • A61B18/1206—Generators therefor
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B18/00—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body
    • A61B18/04—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body by heating
    • A61B18/12—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body by heating by passing a current through the tissue to be heated, e.g. high-frequency current
    • A61B18/14—Probes or electrodes therefor
    • A61B18/1442—Probes having pivoting end effectors, e.g. forceps
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A61B34/30—Surgical robots
    • A61B34/37—Master-slave robots
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B17/00—Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets
    • A61B2017/00367—Details of actuation of instruments, e.g. relations between pushing buttons, or the like, and activation of the tool, working tip, or the like
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B17/00—Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets
    • A61B17/28—Surgical forceps
    • A61B17/29—Forceps for use in minimally invasive surgery
    • A61B17/2909—Handles
    • A61B2017/2912—Handles transmission of forces to actuating rod or piston
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B18/00—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body
    • A61B2018/00571—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body for achieving a particular surgical effect
    • A61B2018/0063—Sealing
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B18/00—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body
    • A61B2018/00636—Sensing and controlling the application of energy
    • A61B2018/00696—Controlled or regulated parameters
    • A61B2018/00702—Power or energy
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B18/00—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body
    • A61B2018/00636—Sensing and controlling the application of energy
    • A61B2018/00773—Sensed parameters
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B18/00—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body
    • A61B2018/00636—Sensing and controlling the application of energy
    • A61B2018/00773—Sensed parameters
    • A61B2018/00875—Resistance or impedance
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B18/00—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body
    • A61B2018/0091—Handpieces of the surgical instrument or device
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B18/00—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body
    • A61B18/04—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body by heating
    • A61B18/12—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body by heating by passing a current through the tissue to be heated, e.g. high-frequency current
    • A61B18/14—Probes or electrodes therefor
    • A61B18/1442—Probes having pivoting end effectors, e.g. forceps
    • A61B2018/1452—Probes having pivoting end effectors, e.g. forceps including means for cutting
    • A61B2018/1455—Probes having pivoting end effectors, e.g. forceps including means for cutting having a moving blade for cutting tissue grasped by the jaws
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A61B34/70—Manipulators specially adapted for use in surgery
    • A61B34/74—Manipulators with manual electric input means
    • A61B2034/742—Joysticks
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B90/00—Instruments, implements or accessories specially adapted for surgery or diagnosis and not covered by any of the groups A61B1/00 - A61B50/00, e.g. for luxation treatment or for protecting wound edges
    • A61B90/06—Measuring instruments not otherwise provided for
    • A61B2090/064—Measuring instruments not otherwise provided for for measuring force, pressure or mechanical tension
    • A61B2090/066—Measuring instruments not otherwise provided for for measuring force, pressure or mechanical tension for measuring torque
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B2562/00—Details of sensors; Constructional details of sensor housings or probes; Accessories for sensors
    • A61B2562/02—Details of sensors specially adapted for in-vivo measurements
    • A61B2562/0252—Load cells
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B2562/00—Details of sensors; Constructional details of sensor housings or probes; Accessories for sensors
    • A61B2562/02—Details of sensors specially adapted for in-vivo measurements
    • A61B2562/0261—Strain gauges
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A61B34/30—Surgical robots

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Surgery (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Heart & Thoracic Surgery (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Otolaryngology (AREA)
  • Robotics (AREA)
  • Surgical Instruments (AREA)
  • Manipulator (AREA)

Abstract

一种机器人系统包括具有器械外壳的电手术器械，所述器械外壳具有轴，所述轴具有末端执行器组合件以及附接到其上的可移动以抓取组织的第一和第二钳口构件。输入端被配置为移动所述钳口构件并被配置为可操作地联接到扭矩传感器，所述扭矩传感器在所述输入端的旋转期间测量所述输入端的扭矩。手柄相对于所述器械外壳远程设置并被配置为与所述输入端通信以用于控制所述钳口构件的所述移动。具有可操作地联接到其上的杠杆的外壳在其中容纳部件，所述部件被配置为可操作地连接到所述输入端，使得所述杠杆的移动与所述钳口构件的移动相关。所述部件被配置为响应于来自所述扭矩传感器的反馈调节所述杠杆的阻力。

Description

用于诸如用于机器人手术系统中的手术器械的末端执行器驱动机构
技术领域
本公开涉及手术器械，并且更具体地，涉及用于诸如用于机器人手术系统中的手术器械的末端执行器驱动机构。
背景技术
机器人手术系统越来越多地用于各种不同的手术过程中。一些机器人手术系统包括支撑机器人臂的控制台。一个或多个不同的手术器械可被配置为用于与机器人手术系统一起使用，并且可选择性地安装到机器人臂。机器人臂提供到所安装的手术器械的一个或多个输入端，以使得能够操作所安装的手术器械。
手术钳是一种能够与机器人手术系统一起使用的器械，依靠其钳口构件之间的机械作用来抓取、夹持和收缩组织。电手术钳利用机械夹持作用和能量来加热组织以处理例如凝结、烧灼或密封组织。典型地，一旦组织被处理，就使用切割元件切断组织。因此，电手术钳被设计成结合切割元件以有效地切断处理过的组织。另选地，可实施基于能量的切割机构，例如热切割、电切割、超声波切割等。
用传统的手术器械，例如开放式和内窥镜手术器械，外科医生典型地能够感觉到或以其它方式感知来自末端执行器的直接反馈，该反馈与钳口构件之间的组织大小以及在操纵和密封期间施加的力有关。用机器人器械，触觉反馈可能会丢失或牺牲，以便于使用以抵消手术疲劳等因素。
发明内容
如本文所使用，术语“远侧”是指所描述的离操作员(无论是人类外科医生还是手术机器人)较远的部分，而术语“近侧”是指所描述的较接近操作员的部分。如本文所用，术语“约”、“基本上”等意指说明制造、材料、环境、使用和/或测量公差和变化，并且在任何情况下可涵盖高达10％的差异。另外，在一致的程度上，本文所描述的任何方面可与本文所描述的任何或所有其它方面结合使用。
根据本公开的多个方面，提供了一种机器人手术系统，该机器人手术系统包括电手术器械，该电手术器械包括器械外壳，该器械外壳具有从其延伸的轴。末端执行器组合件设置在轴的远侧末端处并包括可在第一和第二位置之间移动的第一和第二钳口构件，在该第一位置，钳口构件中的至少一个相对于钳口构件中的另一个间隔开，在该第二位置，第一和第二钳口构件协作以抓取组织。输入端可操作地联接到器械外壳并被配置为在第一和第二位置之间移动钳口构件。输入端被配置为可操作地联接到扭矩传感器，该扭矩传感器被配置为在输入端的旋转期间测量输入端的扭矩。一个或多个手柄相对于器械外壳远程设置并被配置为与输入端通信以用于控制钳口构件的移动。手柄包括具有可操作地联接到其上的杠杆的外壳，该外壳在其中限定腔体，该腔体被配置为容纳一个或多个部件，该一个或多个部件被配置为可操作地连接到输入端，使得杆相对于外壳的移动与钳口构件在第一和第二位置之间的移动相关。一个或多个部件被配置为响应于来自扭矩传感器的反馈可操作地调节杠杆的阻力。
在根据本公开的方面中，一个或多个部件被配置为相对于在制造期间测量的输入端的基线扭矩测量值可操作地调节杠杆的阻力。在根据本公开的其它方面，一个或多个部件被配置为相对于输入端的扭矩曲线可操作地调节杠杆的阻力。
在根据本公开的方面中，杠杆的阻力与输入扭矩的相关性是线性的。在根据本公开的其它方面，杠杆的阻力与输入扭矩的相关性是非线性的。
在根据本公开的方面中，设置在腔体中的部件的组合包括杠杆、齿轮、连杆和弹簧。
根据本公开的多个方面，提供了一种机器人手术系统，该机器人手术系统包括电手术器械，该电手术器械包括器械外壳，该器械外壳具有从其延伸的轴。末端执行器组合件设置在轴的远侧末端处并包括具有相对的组织接触表面的第一和第二钳口构件。钳口构件可在第一位置和第二位置之间移动，在该第一位置，钳口构件中的至少一个相对于钳口构件中的另一个间隔开，在该第二位置，第一和第二钳口构件协作以抓取组织。相对的组织接触表面可操作地连接到发生器的相反极性。输入端可操作地联接到器械外壳并被配置为在第一和第二位置之间移动钳口构件。一个或多个手柄相对于器械外壳远程设置并被配置为与输入端通信以用于控制钳口构件的移动。手柄包括具有可操作地联接到其上的杠杆的外壳。外壳包括限定在其中的腔体，该体腔被配置为在其中容纳一个或多个部件，该一个或多个部件被配置为可操作地连接到输入端，使得杠杆相对于外壳的移动与钳口构件在第一和第二位置之间的移动相关。在向相对的组织接触表面供应电手术能量之前，发生器被配置为感测相对的组织接触表面之间的阻抗并确定设置在其间的组织的量。一个或多个部件被配置为响应于来自发生器的阻抗反馈可操作地调节杠杆的阻力。
在根据本公开的多个方面中，发生器被配置为跨相对的组织接触表面发送低能量信号以确定组织的存在及其设置在它们之间的对应阻抗。
在根据本公开的方面中，杠杆的阻力与阻抗的相关性是线性的。在根据本公开的其它方面，杠杆的阻力与阻抗的相关性是非线性的。
在根据本公开的方面中，设置在腔体中的部件的组合包括杠杆、齿轮、连杆和弹簧。
在根据本公开的多个方面中，该系统另外包括可操作地设置在杠杆或外壳上的开关，该开关可在第一位置和第二位置之间移动，在该第一位置，杠杆在其移动时与输入端协作以赋予钳口构件在第一和第二位置之间的移动，闭合压力在约0.1kg/cm2至约2kg/cm2的范围内，在该第二位置，杠杆的移动赋予钳口构件的移动，闭合压力在约3kg/cm2至约16kg/cm2的范围内。在根据本公开的方面中，杠杆的阻力被配置为与开关的位置相关。
在根据本公开的方面中，该系统另外包括钳口构件之间的闭合压力的触觉、视觉和/或听觉指示器。
附图说明
在下文中参考附图描述本公开的各种方面和特征，在附图中：
图1是根据本公开的手术器械的透视图，该手术器械被配置为用于安装在机器人手术系统的机器人臂上；
图2是图1的手术器械的近侧部分的后透视图，其中去除了外外壳；
图3是被配置为可释放地接收图1的手术器械的示范性机器人手术系统的示意图；
图4A是图3的机器人手术系统的顶部透视图，图3示出了用于远程控制手术器械的一对操作手柄；
图4B是图4A的机器人手术系统的一个操作手柄的放大图；和
图5是根据本公开的另一实施例的操作手柄的放大图。
具体实施方式
参照图1和2，根据本公开提供的手术器械10通常包括外壳20、从外壳20向远侧延伸的轴30、从轴30向远侧延伸的末端执行器组合件40，以及设置在外壳20内并与轴30和末端执行器组合件40可操作地相关联的致动组合件100。器械10在本文中被详述为被配置为用于机器人手术系统(例如，机器人手术系统500(图3))的铰接电手术钳。然而，下文详述的根据本公开提供的器械10的方面和特征同样适用于与其它合适的手术器械(包括非机器人手术器械)一起使用和/或在其它合适的手术系统(包括非机器人手术系统)中使用。
器械10的外壳20包括第一和第二主体部分22a、22b以及近侧面板24(图2)，它们协作以将致动组合件100封闭在其中。近侧面板24包括限定在其中的孔口，致动组合件100的输入端110-140延伸穿过这些孔口。一对闩锁杠杆26(图1中仅示出了其中一个)从外壳20的相对侧向外延伸，并且使得外壳20能够(直接地或间接地)与手术系统(例如，机器人手术系统500(图3))的机械臂可释放地接合。穿过外壳20限定的孔28允许指移轮440延伸穿过其中以使得能够从外壳20的外部手动操纵指移轮440，从而允许手动打开和闭合末端执行器组合件40。
器械10的轴30包括远侧段32、近侧段34和设置在远侧段32与近侧段34之间的铰接区段36。铰接区段36包括一个或多个铰接部件37，例如链节、接头等。多根铰接缆线38(例如四(4)根铰接缆线)或其它合适的致动器延伸穿过铰接区段36。更具体地，铰接缆线38在其远侧端处可操作地联接到轴30的远侧段32，并且从轴30的远侧段32向近侧延伸，穿过轴30的铰接区段36和轴30的近侧段34，并且进入外壳20，其中铰接缆线38可操作地与致动组合件100的铰接组合件200联接，以便能够相对于近侧段34和外壳20选择性地铰接远侧段32(并且因此联接到末端执行器组合件40)，例如，围绕至少两个铰接轴线(例如，偏航和俯仰铰接)。铰接缆线38布置成大体上呈矩形的配置，但也想到其它合适的配置。
关于末端执行器组合件40相对于轴30的近侧段34的铰接，成对地致动铰接缆线38。更具体地，为了倾斜末端执行器组合件40，以相似的方式致动上边的一对缆线38，而以彼此相似但与上边的那对缆线38相反的方式致动下边的一对缆线38。关于偏航铰接，以相似的方式致动右边的一对缆线38，而以彼此相似但与右边的那对缆线38相反的方式致动左边的一对缆线38。
轴30的远侧段32限定了末端执行器组合件40的U形夹部分，其分别支撑第一和第二钳口构件42、44。每个钳口构件42、44分别包括近侧延伸部分43a、45a和远侧主体部分43b、45b。远侧主体部分43b、45b分别限定相对的组织接触表面46、48。近侧延伸部分43a、45a可枢转地围绕枢轴销50彼此联接，并且经由凸轮驱动机构52(下文更详细地描述)可操作地彼此联接，以使钳口构件42能够相对于钳口构件44和轴30的远侧段32在隔开位置(例如末端执行器组合件40的打开位置)与接近位置(例如末端执行器组合件40的闭合位置)之间枢转以用于抓取在组织接触表面46、48之间的组织。作为这种单侧配置的替代方案，可提供双侧配置，从而两个钳口构件42、44可相对于彼此和轴30的远侧段32枢转。
相对的纵向延伸通道(未示出)分别通过钳口构件42、44的组织接触表面46、48限定。提供平移切割元件(未示出)，并且可选择性地推进以使得能够切割分别在钳口构件42、44的组织接触表面46、48之间抓取的组织。致动组合件100的切割驱动组合件300(图2)通过钳口构件42、44的通道提供切割元件的选择性致动，以切割在组织接触表面46、48之间抓取的组织。切割驱动组合件300可操作地联接到致动组合件100的第三输入端130，使得在接收到向第三输入端130的适当旋转输入时，切割驱动组合件300推进钳口构件42、44之间的切割元件以切割组织接触面46、48之间抓取的组织。
继续参考图1和2，驱动杆(未示出)可操作地联接到末端执行器组合件40，使得驱动杆的纵向致动使钳口构件42相对于钳口构件44在隔开位置和接近位置之间枢转，如下详述。更具体地，推动驱动杆使钳口构件42相对于钳口构件44向近侧朝向接近位置枢转，同时推动驱动杆使钳口构件42相对于钳口构件44向远侧朝向隔开位置枢转。然而，也想到了反向配置。驱动杆从末端执行器组合件40向近侧延伸穿过轴30并进入外壳20，其中驱动杆与致动组合件100的钳口驱动组合件400可操作地联接，以使得末端执行器组合件40能够选择性地致动，从而抓取其间的组织并在适当的钳口闭合力范围内施加闭合力，例如，响应于向第四输入端140的适当旋转输入。
钳口构件42、44的组织接触表面46、48分别至少部分地由导电材料形成，并且可被激励成不同的电位，以便能够通过被抓取在其间的组织传导电能，但是组织接触表面46、48也可被配置为通过被抓取在其间的组织提供任何合适的能量，例如热、微波、光、超声等，以用于基于能量的组织处理。器械10限定了穿过外壳20和轴30延伸到末端执行器组合件40的导电通路(未示出)，该末端执行器组合件可包括引线、触头和/或导电部件，以使得钳口构件42、44的组织接触表面46、48能够分别经由在其间延伸的电手术缆线电连接到能量源(未示出)，例如电手术发生器，用于将能量供应到组织接触表面46、48，以处理例如密封抓取在组织接触表面46、48之间的组织。
致动组合件100设置在外壳20内，并且包括铰接组合件200、刀驱动组合件300和钳口驱动组合件400。铰接组合件200可操作地分别联接在致动组合件100的第一输入端110和第二输入端120与铰接缆线38之间，以便在接收到向第一输入端110和/或第二输入端120的适当旋转输入时，铰接组合件200操纵缆线38(图1)以沿期望的方向铰接末端执行器组合件40，例如使末端执行器组合件40俯仰和/或偏转。如上所述，切割驱动组合件300使得切割元件能够在钳口构件42、44之间往复运动，以响应于接收到向第三输入端130的适当旋转输入来切割在组织接触表面46、48之间抓取的组织。钳口驱动组合件400可操作地联接在致动组合件100的第四输入端140和驱动杆之间，使得在接收到向第四输入端140的适当旋转输入时，钳口驱动组合件400使钳口构件42、44在隔开位置与接近位置之间枢转，以在其间抓持组织并在适当的闭合力范围内施加闭合力。
致动组合件100被配置为当器械10安装在机器人手术系统500(图3)上时可操作地与机器人手术系统500(图3)对接，以使得致动组合件100的机器人操作能够提供上述功能性。即，机器人手术系统500(图3)选择性地向致动组合件100的输入端110-140提供旋转输入，以铰接末端执行器组合件40、抓取钳口构件42、44之间的组织，和/或切割抓取在钳口构件42、44之间的组织。然而，还可想到的是，致动组合件100被配置为与任何其它合适的手术系统(例如，手动手术手柄、电动手术手柄等)对接。出于本文的目的，一般性地描述了机器人手术系统500(图3)。
转到图3，根据本公开，机器人手术系统500的示意图被配置供使用。省略了与本公开的理解无密切关系的机器人手术系统500的方面和特征，以避免在不必要的细节中模糊本公开的方面和特征。
机器人手术系统500通常包括多个机械臂502、503；控制装置504；以及与控制装置504联接的操作控制台505。操作控制台505可包括显示装置506，该显示装置可被特别设置成显示三维图像；以及手动输入装置或手柄507、508，借助于手动输入装置或手柄，例如外科医生的人能够在第一操作模式下远程操纵机械臂502、503。机器人手术系统500可被配置为用于躺在患者台512上以微创方式治疗的患者513。机器人手术系统500可另外包括数据库514，特别是联接到控制装置504的数据库，其中存储例如来自患者513的手术前数据和/或解剖图。
机械臂502、503中的每一个可包括通过接头连接的多个构件，以及可为例如手术工具“ST”的安装的装置。手术工具“ST”中的一个或多个可为器械10(图1)，从而在机器人手术系统500上提供这类功能性。
机械臂502、503可由连接到控制装置504的电驱动器(例如马达)驱动。控制装置504(例如，计算机)可被配置为用于激活这些马达，具体地借助于计算机程序，其方式为使得机械臂502、503，并且因此它们所安装的手术工具“ST”分别根据来自手动输入装置507、508的对应输入来执行所希望的移动和/或功能。控制装置504还可按这样的方式被配置，从而使得其调节机器人臂502、503和/或马达的移动。
现在转向图4A和4B，更详细地描绘了操作控制台505的部分，即输入装置或手柄507、508。每个输入装置或手柄507、508包括类似的部件，因此，图4B中仅描绘了输入装置或手柄508。输入装置508包括外壳520，该外壳在其中限定腔521，该腔被配置为容纳致动组合件550，该致动组合件被配置为与上面详细描述的输入端110-140中的一个或多个通信。外壳520可连接到一个或多个万向节机构540a-540c以控制末端执行器组合件40的延伸、旋转、铰接等，如上所述。与可用于此目的的各种类型的万向节机构有关的细节公开于2018年11月30日提交的题为“用于机器人手术系统的控制臂组合件”的美国专利申请序列号第16/306,420号中，其全部内容通过引用并入本文。
致动组合件550可操作地联接到杠杆530，该杠杆在其相对于外壳520的致动时打开和闭合末端执行器组合件40的钳口构件42、44。更具体地，杠杆530联接到一系列部件，例如链节、联接器和/或致动器551-555，其被配置为与输入端140通信以用于控制钳口构件42、44相对于彼此的闭合，如上所述。尽管被描述为一系列链节、联接器和/或致动器551-555，但任何类型的机械或机电布置均是可想到的。此外，如下所述，杠杆530的致动相对于钳口构件42、44的致动可为线性的1:1、非线性的1:2或在杠杆530的整个移动或行程范围期间是可变的。
杠杆530包括手指支撑件535，该手指支撑件被配置为便于杠杆530相对于外壳520移动。更具体地，手指支撑件535可为袖带状的以包住用户的一根或多根手指以促进杠杆530从外壳520缩回并便于外壳围绕上述万向节机构540a-540c中的一个或多个旋转。
如上所述，在涉及血管或组织密封的机器人手术期间，重要的是外科医生在抓取和操纵组织时以及在夹持血管或组织以产生密封件时充分控制钳口构件42、44之间的压力。如可理解的，当精细地抓取和操纵血管或组织时，钳口构件42、44之间的压力明显小于密封血管或组织时的压力。钳口构件42、44的触觉反馈或“感觉”并不总是通过手柄508适当地传回外科医生。
上面论述的各种上述致动组合件、杠杆、齿轮、连杆和弹簧均协作以便于从远程输入装置或手柄507、508致动钳口构件42、44。典型地，杠杆530相对于外壳520移动固定距离将在相同的力下致动钳口构件42、44，而与血管或组织的大小无关。
举例来说，对于如上所述的机器人血管密封装置，钳口构件42、44的致动通过映射到致动杠杆530的马达旋转来控制。由于生成适当密封件所需的力典型地大约为100psi或更大，因此软件将外科医生的手指和杠杆530的相对移动映射到外壳520并将该相对移动与钳口构件42、44相关联。为此目的使用了各种软件算法。结果，经由外科医生的手指相对于外壳520移动杠杆530以生成用于密封组织的适当压力需要非常小的力。这也有助于抵消手术疲劳。然而，由于机器人密封器被设计为在钳口构件42、44处生成密封压力，而杠杆530处的相对力要小得多，因此在一些情况下，当外科医生的意图是简单地抓取、操纵或切割组织时，可能会向血管施加过多的压力，例如与密封组织相关联的压力。
在根据本公开的一个实施例中，扭矩传感器“TS”可以可操作地联接到器械10的输入端140，另选地，连接到电机控制装置504。扭矩传感器“TS”继而可操作地联接手柄508的驱动组合件550的内部部件551-555中的一个或多个。由扭矩传感器“TS”感测到的扭矩的任何变化均被转换为杠杆530中的触觉反馈，例如阻力。如可理解的，并且取决于扭矩传感器“TS”和杠杆530的相关性的灵敏度，外科医生将能够远程地“感觉到”设置在钳口构件42、44之间的组织中的差异，例如厚度、量等，以及施加到其上的相对闭合压力。
如上所述，致动组合件550(和部件551-555)可操作地联接到杠杆530，该杠杆在致动时打开和闭合末端执行器组合件40的钳口构件42、44。部件551-555可操作地联接或被配置为与输入端140通信以用于控制钳口构件42、44相对于彼此的闭合，如上所述。取决于来自扭矩传感器“TS”的实际反馈，杠杆530的致动相对于钳口构件42、44的致动可为线性的1:1、非线性的1:2或在杠杆530的整个移动或行程范围期间是可变的。如可理解的，杠杆530和钳口构件42、44之间的可变相关性可减小为某些器械功能例如密封组织在钳口构件42、44处生成适当闭合压力所需的总杠杆力。对于简单的操纵、抓取和切割，杠杆力与钳口闭合压力的比率可为线性的1:1，或者甚至具有反向比率2:1，这具体取决于特定目的。对于密封组织，该比率可能更大。
在实施例中，扭矩传感器“TS”可能需要在制造期间或在所谓的“归位”操作期间进行校准，因为新的末端执行器组合件40被互换。与各种归位算法有关的细节公开于共同拥有的题为“用于机器人辅助密封器械的马达位置控制和方法”的美国专利申请序列第63/183,089号中，其全部内容通过引用并入本文。如其中所述，在制造或归位步骤期间，可在扭矩传感器“TS”、机器人控制器505或控制装置504中记录基线扭矩(或可记录基线扭矩曲线)，控制装置由软件算法使用(或驱动组合件550或一个或多个单独部件551-555)以相应地调整杠杆530。随着扭矩传感器“TS”感测扭矩的增加，致动杠杆530所需的力被相应地调整，例如，沿着扭矩曲线，这取决于器械的预期功能，例如抓取或密封。
开关536可以可操作地联接到手柄508并用于将外科医生的意图传达给用于分配正确触觉响应的软件。另选地，一个或多个激活开关525可包括在手柄508上，其将电手术能量供应到钳口构件42、44以用于密封组织。一个或多个开关525的激活可调整扭矩曲线以使杠杆530的阻力与钳口构件42、44之间的密封压力相关联。可在软件算法中设置延迟以实现此目的。
在设想的实施例中，软件可包括一个或多个通常显示为智能特征“S”(图3)的“智能”特征，其被配置为区分由于摩擦损失或与移动部件的偏移、轴30的铰接、重复和正常磨损等引起的输入端140的扭矩灵敏度的正常变化与涉及组织的实际反馈。智能特征“S”可包括低通滤波器，该低通滤波器衰减来自扭矩传感器“TS”的信号以调节杠杆530的触觉响应，从而更接近地反映实际组织反馈。
如上所述，钳口构件42、44包括各自相对的组织接触表面46、48，其被配置为从电手术能源例如发生器“G”接收相反电位的电手术能量，使得当发生器“G”被激活时，设置在相对的组织接触表面46、48之间的组织被处理。组织处理的类型或电手术能量的量(或两者)可取决于设置在组织接触表面46、48之间的组织的量。举例来说，可跨组织接触表面46、48中的一个或两个连续发送低能量信号，并且发生器“G”可被配置为感测“短路”状况。如果在组织接触表面46、48之间没有设置任何组织，则发生器“G”将不会感测“短路”状况并可能阻止电手术能量的激活。另一方面，如果组织设置在组织接触表面46、48之间，则组织将导致由发生器“G”检测到的低能量“短路”状况，释放发生器“G”以便经由开关525激活.可测量“短路”的阻抗水平并将其与查找表或算法相关联以确定有多少组织设置在组织接触表面46、48之间。
一旦被检测到，机器人控制器504就可被配置为向手柄508提供反馈，以根据检测到的组织的量来调整杠杆535的触觉反馈或阻力。如上所述，外科医生将能够远程“感觉到”设置在钳口构件42、44之间的组织的差异，例如厚度、量等，以及施加到其上的相对闭合压力。对于简单的操纵、抓取和切割，杠杆力与钳口闭合压力的比率可为线性的1:1，或者甚至具有反向比率2:1，这具体取决于特定目的。对于密封组织，该比率可能更大。此外，如上所述，杠杆530的致动相对于钳口构件42、44的致动可为非线性的1:2或在杠杆530的整个移动或行程范围期间是可变的。
可将各种视觉或听觉反馈545传送给外科医生，这些反馈与钳口构件42、44之间的组织量和为预期的组织动作(例如，操纵、抓取、切割或密封)而施加的必要压力有关。当外科医生打算操纵、抓取或切割组织时，反馈可像“安全”信号一样简单，例如绿灯、安全音，或者可相对于施加到组织的压力量来计量。视觉或听觉反馈的计量可当外科医生接近用于这些组织动作的钳口构件42、44之间的非预期压力时向外科医生提供反馈。如果外科医生打算密封组织，可测量“短路”的阻抗水平并将其与查找表或算法相关联以确定有多少组织设置在组织接触表面46、48之间以生成适当的组织密封。
开关536可用于将外科医生的意图传达给生成器“G”以分配正确的触觉响应。在第一位置，杠杆530在其移动时与输入端协作以赋予钳口构件42、44在第一和第二位置之间的移动，闭合压力在约0.1kg/cm2至约2kg/cm2的范围内。也可想到高达并包括以下确定的密封压力范围的较低范围的压力。在第二位置，杠杆530的移动赋予钳口构件42、44的移动，闭合压力在约3kg/cm2至约16kg/cm2的范围内。
简要转向图5，设想了手柄708的另一个实施例，该手柄基于经验数据调整杠杆730的触觉反馈，使得每个杠杆行程从完全打开位置继续，通过典型的抓取位置并到达用于密封组织的位置。开关736可被配置为适应此目的。
更具体地，杠杆730上的点“A”位置指示完全打开位置，在该位置，钳口构件42、44完全打开以在其间定向组织。在点“A”和点“B”之间，随着杠杆730开始闭合，只有轻微的与杠杆730相关的触觉力，例如杠杆730上的阻力很小。点“B”可取决于特定器械或基于经验数据进行定制，例如，点“B”被配置在杠杆730上作为设置在钳口42、44内的大血管与钳口42、44中的无血管之间的点。同样，可定制开关736以适应此目的。在其它情况下，点“B”可基于来自传感器或扭矩的反馈进行定制。
在点“B”和点“C”之间，杠杆730开始压缩弹簧(或一些其它压力控制机构(未示出))，该弹簧将向外科医生提供关于钳口构件42、44之间的压力的直接触觉反馈。杠杆730和弹簧关系可为线性的或指数关系，或者可为组合，例如，最初是线性的，然后是指数关系。在实施例中，在点“B”和“C”之间移动杠杆可在上述密封范围内引起压力，并且外科医生可基于在该行程范围内感知的触觉反馈来选择密封组织。另选地，点“C”可包括在杠杆行程内，该点“C”最终确定钳口压力在密封范围内。取决于特定目的，开关736的移动可定制以影响点“C”的位置。杠杆730的任何另外移动均不会增加钳夹构件42、44之间的压力，例如，压力被弹簧(或一些其它压力控制机构(未示出))卸载以不过度压缩组织。点“D”可包括作为杠杆730的底部出点。
可使用一种或多种机械、机电或软件来采用各种安全措施，这些机械、机电或软件仅允许在施加能量时传递密封压力。举例来说，可将轻微延迟编程到控制软件中以延迟电手术能量的激活，直到经由杠杆530在钳口构件42、44之间施加适当的钳口压力。
应理解，可对本文所公开的方面和特征进行各种修改。因此，以上描述不应被解释为限制性的，而仅仅是作为各个方面和特征的范例。本领域的技术人员将设想在本文所附的权利要求书的范围和精神内的其它修改。

Claims (13)

1.一种机器人手术系统，其包含：
电手术器械，其包括器械外壳，所述器械外壳具有从其延伸的轴；
末端执行器组合件，其设置在所述轴的远侧末端处，所述末端执行器组合件包括能在第一位置和第二位置之间移动的第一和第二钳口构件，在所述第一位置，所述钳口构件中的至少一个相对于所述钳口构件中的另一个间隔开，在所述第二位置，所述第一和第二钳口构件协作以抓取组织；
输入端，其可操作地联接到所述器械外壳并被配置为在所述第一和第二位置之间移动所述钳口构件，所述输入端被配置为可操作地联接到扭矩传感器，所述扭矩传感器被配置为在所述输入端的旋转期间测量所述输入端的扭矩；和
至少一个手柄，其相对于所述器械外壳远程设置并被配置为与所述输入端通信以用于控制所述钳口构件的所述移动，所述至少一个手柄包括：
外壳，其具有可操作地联接到其上的杠杆，所述外壳包括限定在其中的腔体，所述腔体被配置为在其中容纳一个或多个部件，所述一个或多个部件被配置为可操作地连接到所述输入端，使得所述杠杆相对于所述外壳的移动与所述钳口构件在所述第一和第二位置之间的移动相关，所述一个或多个部件被配置为响应于来自所述扭矩传感器的反馈可操作地调节所述杠杆的阻力。
2.根据权利要求1所述的机器人手术系统，其中所述一个或多个部件被配置为相对于在制造期间测量的所述输入端的基线扭矩测量值可操作地调节所述杠杆的阻力。
3.根据权利要求1所述的机器人手术系统，其中所述一个或多个部件被配置为相对于所述输入端的扭矩曲线可操作地调节所述杠杆的阻力。
4.根据权利要求1所述的机器人手术系统，其中所述杠杆的阻力与所述输入端的扭矩的相关性是线性的。
5.根据权利要求1所述的机器人手术系统，其中所述杠杆的阻力与所述输入端的扭矩的相关性是非线性的。
6.根据权利要求1所述的机器人手术系统，其中设置在所述腔体中的部件的组合包括杠杆、齿轮、连杆和弹簧。
7.一种机器人手术系统，其包含：
发生器，其被配置为生成电手术能量；
电手术器械，其包括器械外壳，所述器械外壳具有从其延伸的轴；
末端执行器组合件，其设置在所述轴的远侧末端处，所述末端执行器组合件包括具有相对的组织接触表面的第一和第二钳口构件，所述钳口构件能在第一位置和第二位置之间移动，在所述第一位置，所述钳口构件中的至少一个相对于所述钳口构件中的另一个间隔开，在所述第二位置，所述第一和第二钳口构件协作以抓取组织，所述相对的组织接触表面可操作地连接到所述发生器的相反极性；
输入端，其可操作地联接到所述器械外壳并被配置为在所述第一和第二位置之间移动所述钳口构件；和
至少一个手柄，其相对于所述器械外壳远程设置并被配置为与所述输入端通信以用于控制所述钳口构件的所述移动，所述至少一个手柄包括：
外壳，其具有可操作地联接到其上的杠杆，所述外壳包括限定在其中的腔体，所述腔体被配置为在其中容纳一个或多个部件，所述一个或多个部件被配置为可操作地连接到所述输入端，使得所述杠杆相对于所述外壳的移动与所述钳口构件在所述第一和第二位置之间的移动相关，
其中在向所述相对的组织接触表面供应所述电手术能量之前，所述发生器被配置为感测所述相对的组织接触表面之间的阻抗并确定设置在其间的组织的量，并且其中所述一个或多个部件被配置为响应于来自所述发生器的阻抗反馈可操作地调节所述杠杆的阻力。
8.根据权利要求7所述的机器人手术系统，其中所述发生器被配置为跨所述相对的组织接触表面发送低能量信号以确定组织的存在及其设置在它们之间的对应阻抗。
9.根据权利要求7所述的机器人手术系统，其中所述杠杆的所述阻力与所述阻抗的相关性是线性的。
10.根据权利要求7所述的机器人手术系统，其中所述杠杆的所述阻力与所述阻抗的相关性是非线性的。
11.根据权利要求7所述的机器人手术系统，其中设置在所述腔体中的部件的组合包括杠杆、齿轮、连杆和弹簧。
12.根据权利要求7所述的机器人手术系统，其另外包含可操作地设置在所述杠杆或所述外壳中的至少一个上的开关，所述开关能在第一位置和第二位置之间移动，在所述第一位置，所述杠杆在其移动时与所述输入端协作以赋予所述钳口构件在所述第一和第二位置之间的移动，闭合压力在约0.1kg/cm2至约2kg/cm2的范围内，在所述第二位置，所述杠杆的移动赋予所述钳口构件的移动，闭合压力在约3kg/cm2至约16kg/cm2的范围内。
13.根据权利要求12所述的机器人手术系统，其中所述杠杆的所述阻力被配置为与所述开关的所述位置相关。
CN202210973076.7A 2021-08-16 2022-08-15 用于诸如用于机器人手术系统中的手术器械的末端执行器驱动机构 Pending CN115887007A (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US17/403,504 US20230047289A1 (en) 2021-08-16 2021-08-16 End effector drive mechanisms for surgical instruments such as for use in robotic surgical systems
US17/403,504 2021-08-16

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN115887007A true CN115887007A (zh) 2023-04-04

Family

ID=82932656

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210973076.7A Pending CN115887007A (zh) 2021-08-16 2022-08-15 用于诸如用于机器人手术系统中的手术器械的末端执行器驱动机构

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20230047289A1 (zh)
EP (1) EP4137086A3 (zh)
JP (1) JP2023027028A (zh)
CN (1) CN115887007A (zh)

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
NL1018874C2 (nl) * 2001-09-03 2003-03-05 Michel Petronella Hub Vleugels Chirurgisch instrument.
US10532466B2 (en) * 2008-08-22 2020-01-14 Titan Medical Inc. Robotic hand controller
US9161803B2 (en) * 2010-11-05 2015-10-20 Ethicon Endo-Surgery, Inc. Motor driven electrosurgical device with mechanical and electrical feedback
US9198714B2 (en) * 2012-06-29 2015-12-01 Ethicon Endo-Surgery, Inc. Haptic feedback devices for surgical robot
JP2019503218A (ja) * 2016-01-12 2019-02-07 インテュイティブ サージカル オペレーションズ， インコーポレイテッド 制御状態同士の間の段階的な力フィードバック移行
US11376087B2 (en) * 2016-01-12 2022-07-05 Intuitive Surgical Operations, Inc. Uniform scaling of haptic actuators

Also Published As

Publication number Publication date
US20230047289A1 (en) 2023-02-16
EP4137086A2 (en) 2023-02-22
EP4137086A3 (en) 2023-05-03
JP2023027028A (ja) 2023-03-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20220257312A1 (en) Jaw aperture position sensor forelectrosurgical forceps
US20220168037A1 (en) Energy-activation mechanisms for surgical instruments
CN205885520U (zh) 电外科器械
US10426543B2 (en) Knife trigger for vessel sealer
EP4151169A1 (en) Vessel sealer with smart cutting
EP4137086A2 (en) End effector drive mechanisms for surgical instruments such as for use in robotic surgical systems
EP4201353A1 (en) End effector drive mechanisms for surgical instruments such as for use in robotic surgical systems
US20230047599A1 (en) End effector drive mechanisms for surgical instruments such as for use in robotic surgical systems
CN105997232B (zh) 钳子
CN111182843B (zh) 间隙受控的血管密封和解剖
WO2020201906A1 (en) Monopolar and bipolar functionality
US20240138871A1 (en) Thick tissue application of directional energy to jaw members
EP3595561B1 (en) Electrosurgical instrument with trigger driven cutting function
US10213221B2 (en) Surgical instruments including cam surfaces
CN109069199B (zh) 血管密封和离断腹腔镜式装置
CN116033878A (zh) 诸如在机器人外科系统中使用的具有铰接区段的外科器械
WO2023114045A1 (en) Surgical instrument for use in surgical robotic systems
CN116867447A (zh) 诸如用于机器人外科系统中的外科器械的末端执行器驱动机构

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication