CN116472004A - 机器人手术站 - Google Patents

Abstract

一种机器人手术站(1)，包括：■有轮基座(100)，被配置为放置在地面上；■部分环形结构(210)，可滑动地联接到基座(210)，以相对于基座(100)围绕通过环形中心(C)的水平滚动轴线(R)可旋转；■患者的床(600)，在第一安装件(220)处被约束到部分环形结构(210)的第一弧形区段(211)；*多个机械臂(900)，在第二安装件(250)处被约束到部分环形结构(210)的第二弧形区段(212)上；以及■远程控制单元(801)，可由外科医生使用来命令多个机械臂(900)中的一个或多个，其中第二弧形区段(212)相对于第一弧形区段(211)可以允许外科医生完全接近患者的床(600)的方式侧向旋转。

Description

机器人手术站

技术领域

本发明总体上涉及手术机器人，尤其涉及一种机器人手术站。

背景技术

目前，手术室的组织形式主要基于19世纪的前机器人环境。随着手术机器人的引入，尤其是在腹腔镜介入的框架内，出现了手术和手术室配置的新时代。

已知的用于微创手术的机器人，例如“达芬奇”设有多个机械臂和末端执行器，手术工具与末端执行器连接。在典型的布置中，机器人被放置在手术台的旁边，并且由外科医生远程控制，例如通过允许选择性地驱动机械臂和工具的特殊手柄和踏板，从而对患者进行手术介入。

WO2014/201340A1公开了一种集成的手术站，该手术站主要包括固定到地面的基座和围绕滚动轴线和俯仰轴线可旋转的环形结构。患者的病床和多个机械臂安装在该环形结构上并且可一体地移动到该环形结构上。

尽管上述机器人系统和集成机器人站是可用的，但是仍然需要改进的安全性、多功能性和操作结构的机动性，并且需要在不影响手术介入的可靠性和质量的情况下减小它们的尺寸和复杂性。

发明内容

根据本发明的原理构造的手术机器人站满足了上述需求。

优选的特征是从属权利要求中阐述的示例的对象。

本发明涉及一种机器人手术站，该机器人手术站主要包括待搁置在地面上的基座和弓形结构，例如合适的部分环形结构，其相对于基座是可移动的，并且手术台和多个机械臂都可以可释放地安装在该结构上。外科医生通过远程控制单元命令机械臂对患者进行手术介入。

根据本发明，部分环形结构具有操作部分或区段，机械臂安装在该操作部分或区段上，并且该操作部分或区段可以侧向移动，特别是旋转，以便释放手术室中手术台周围的区域，以便外科医生或医疗操作员根据需要直接对患者采取行动。以这种方式，手术站可以用于机器人手术和非机器人手术，并且还可以在特定情况下(例如在紧急情况下)从一种模式快速转换到另一种模式。

根据优选实施例，部分环形结构的轮廓基本上限定了覆盖整个环形轮廓的360度中的大约270度的圆弧。

有利地，部分环形结构可相对于基座围绕平行于地面并穿过几何环轮廓的中心的滚动轴线旋转。

在部分环形结构的静止状态下，部分环形结构、手术台和/或机械臂-可能通过其相应的安装件-也可以相对于基座围绕垂直于滚动轴线并且平行于地面的俯仰轴线旋转。特别地，俯仰轴线可以是截取(intercepting)几何环轮廓的直径的轴线。

根据本公开的示例性实施例，手术台和/或机械臂-通过其相应的安装件-(也)围绕垂直于滚动轴线和俯仰轴线的偏航轴线相对于部分环形结构可旋转。例如，这种(额外的)自由度可以使患者的手术准备或机械臂和相关的手术工具或末端执行器的设置变得容易。

在优选实施例中，在标准状态下，手术台可以基本上平行于所述俯仰轴线(即根据几何环轮廓的弦纵向延伸)地定位在所述基座上。

有利地，手术台和机械臂，特别是其相应的安装件，可以布置在部分环形结构的相对侧。

手术台和/或机械臂可以支撑在具有伸缩结构的相应安装件上，从而允许调节它们的(相互)位置。

根据本发明的实施例，手术台可以被配置为可移除地安装在站基座上。因此，可以将患者布置在手术台上，并在进入手术室之前准备进行手术，其中，手术台可以连接到手术站。此外，手术后移除手术台允许患者舒适地返回他/她的病房，而无需将他/她转移到另一张床或支撑件。

例如，手术台通常可以被配置为患者的床。

优选地，整个机器人手术站，在其基座，可以安装在轮上，或类似的移动装置，使机器人手术站在手术环境中移动或从一个环境(例如，房间)移动到另一个环境。

根据本发明的示例实施例，机械臂可以是模块化的或者可以在不同位置处组装在该结构上，以便允许外科医生基于特定手术介入的要求来布置和重新布置它们。为此，部分环形结构的安装件可包括环形框架。

可以附接到所述环形框架-或可附接到可操作连接的安装结构的机械臂的数量取决于具体的实施例，所述具体的实施例可以根据具体的手术需要而变化(即，该站实行“开放平台”)。因此，可以实现手术站的不同设置和优化设置，例如用于前列腺手术、肺部手术等。

根据本发明的机器人手术站的进一步的优点和特征对于本领域技术人员来说将从以下对其实施例的详细且非限制性的描述中变得清楚。

附图说明

参考附图，其中：

-图1示出了根据本发明的机器人手术站的实施例的透视图，其中部分环形结构处于默认配置或静止配置，其中患者的床基本上平行于地面；

-图2至图5分别示出了图1的机器人手术站的侧视图、俯视图、前视图和后视图；

-图6示出了图1的机器人手术站的侧视图，其中部分环形结构绕其滚动轴线顺时针旋转90°；

-图7示出了图1的机器人手术站的侧视图，其中部分环形结构绕其滚动轴线逆时针旋转；

-图8示出了图1的机器人手术站的部分分解透视图，其中用于根据滚动轴线旋转部分环形结构的系统的示例是可见的；

-图9和图10分别示出了图1的机器人手术站的前视图，其中，部分环形结构分别绕其俯仰轴线逆时针和顺时针旋转；

-图11示出了图1的机器人手术站的一部分的部分分解透视图，其中，用于根据俯仰轴线和偏航轴线旋转患者的床的系统的示例是可见的；

-图12和图13分别示出了图1的机器人手术站的俯视图和前视图，其中，患者的床可绕偏航轴线旋转90度；

-图14示出了图1的机器人手术站的俯视图，其中，该部分环形结构的操作区段可围绕其偏航轴线侧向旋转，特别是顺时针旋转；

-图15示出了图1的机器人手术站的前视图，其中，该部分环形结构的操作区段可围绕其偏航轴线侧向旋转，特别是逆时针旋转；

-图16和图17分别示出了根据图1的机器人手术站的部分环形结构的垂直平面的部分剖视图和部分分解图，其中，其手术区段的移位系统的示例是可见的；以及

-图18示出了根据本文原理的示例性机器人手术站，其被配置为提供移动性和手术台易使用性。

具体实施方式

在本文中阐述了机器人手术站及其元件的几个实施例和变型，但也设想了其他实施例。

当兼容时，不同的实施例和变型可以组合使用。

首先参考图1至图5，根据本发明的示例性实施例的机器人手术站总体上以1示出。机器人手术站1可以包括基座100，其被配置为选择性地搁置在地面上，以及工作台和手术器械框架或结构，例如部分环形结构210，如果需要，患者的床600和多个机械臂900可以被选择性地约束到并且可操作地连接到该部分环形结构210。

机器人手术站1还可以包括远程控制单元801(在图1中示意性地示出)，根据下面将描述的示例性模式，该远程控制单元801可以由外科医生用来通过致动部分环形结构210、患者的床600和/或机械臂900来对患者实施手术介入。

基座100可以有利地安装在合适的可移动支撑件(例如轮110)上，以便能够从一个环境移动到另一个环境。轮110可以设置有锁定系统，该锁定系统构造成避免任何不期望的移动，例如在手术介入期间，或者如果需要，可以通过远程控制单元801缩回、或者以其他方式固定以防止在系统操作期间基座100的滚动。

基座100可包括可直接安装在轮110上的地面平台101和用于集成用于特定程序的医疗设备(包括例如麻醉设备或其他装置和用品)的机架组件120。特别地，机架组件120可以与机架插入件121、监视器122和扶手123相关联。基座100还可以包括联接元件200，该联接元件200与地面平台101固定并且构造成用于以滑动方式接收部分环形结构210，使得部分环形结构210可以围绕滚动轴线R旋转。特别地，联接元件200可限定弧形导向座111，该弧形导向座111复制(reproducing)部分环形结构210的外部轮廓，使得部分环形结构210可根据圆周运动轨迹可滑动地容纳在其中(联接元件200中)。

如图1所示，滚动轴线R可以是水平的，并且垂直于部分环形结构210的几何环或周向轮廓,通过穿过该轮廓的几何中心C布置。

将参照图6至图8简要描述部分环形结构210的旋转配置以及允许这种旋转运动的示例性机构或系统。

垂直于滚动轴线R，仍然在图1的配置中的水平面上，限定俯仰轴线P，其截断(intercepts)所述几何轮廓的直径。垂直于地面(即垂直)的偏航轴线Y也表示在图1中，并且与滚动轴线R和俯仰轴线P一起限定笛卡尔参考系统，其可以被有利地视为与部分环形结构210和/或与机器人手术站1的可移动组件固定。在图1中，滚动轴线R和俯仰轴线P限定了水平面，并且偏航轴线Y垂直布置。该定位对应于机器人手术站1的默认或静止配置。在优选实施例中，患者的床600和/或机械臂900可围绕俯仰轴线P和偏航轴线Y旋转。将参照图9至图13简要描述这些组件围绕这些轴线的旋转配置以及允许这样的(一种或多种)移动的示例性机构或系统。

如到目前为止所提到的，结构210具有部分环形的形状，特别是限定了基本上成形为圆周的圆弧并且以C为中心的弧形轮廓。在本示例中，圆周的圆弧覆盖整个环/周向轮廓的360度中的270度。

部分环形结构210由第一(或下)弧形区段或部分211和第二(或上)弧形区段或部分212制成。上区段212(其也可以被表示为操作区段)被约束到机械臂900，而下区段211被约束到患者的床600。上区段212相对于下区段211是可移动的，尤其是可旋转的。具体地，上区段211可以侧向移动，特别是根据平行于偏航轴线Y的纵向轴线L旋转。将参考图14至图17简要描述所述操作区段212的移位配置和允许这种移动的示例性机构或系统。

仍然参考图1，部分环形结构210设置有第一安装件，总体用220表示，其被配置为支撑患者的床600；和第二安装件,总体用250表示,包括被配置用于装配机械臂900的环形框架800。在本实施例中，第一安装件220和第二安装件250沿着部分环形结构210的直径彼此相对地布置。

优选地，在静止配置中，由安装件220平行于俯仰轴线P并且在任何情况下根据环形轮廓的弦布置患者的床600。

在图1中，第一安装件220和第二安装件250被示出为在垂直方向上对齐，即它们的纵向轴线基本上垂直于地面。如上所述，该配置定义了机器人手术站1的默认或静止状况，其中患者的床600也基本平行于地面。

如上所述，部分环形结构210被构造成围绕滚动轴线R可旋转，特别是360度或更多，优选地逆时针和顺时针旋转。

由于机器人手术站1的上述配置，部分环形结构210的旋转同时确定组装在第一安装件220上的患者的床600和约束到第二安装件800的机械臂900的旋转。换句话说，机械臂900可以与患者的床600机械同步地移动，因为它们安装在相同的部分环形结构210上。因此，如果机械臂900需要，则患者的床600和机械臂900可以在整个手术介入期间维持其初始的相互定位设置。

如图6所示，部分环形结构210可以例如围绕滚动轴线R逆时针旋转90度，以便将患者的床600从如图1所示的基本上平行于地面的第一位置(对应于手术台的传统静止位置)移动到第二位置(基本垂直于地面)，这通常用于腹腔镜手术中，以利用重力作为移动患者内部器官的手段，以便为更好地操纵手术器械创造空间。

类似地，如图7所示，部分环形结构210可以顺时针旋转以使患者的床600处于特定手术需要所需的倾角。优选地，允许的向后旋转范围至少为30度。

根据本发明的实施例，部分环形结构210绕滚动轴线R的旋转可以通过图8中例示的系统获得。

特别地，部分环形结构210通过在下部分211的侧表面上获得的导轨214和在上部分212的侧表面上获得的导轨241绕滚动轴线R旋转。这些导轨分别与导向辊202和203配合。辊被安装在联接元件200的导引架201上。该运动例如由两个电机/齿轮单元260致动。

如上所述，根据本发明的优选实施例，患者的床600和机械臂900通过其相应的安装件220和250的部分也可绕俯仰轴线P旋转。

图9和图10示意性地示出了上述组件如何绕俯仰轴线P顺时针或逆时针旋转。

患者的床600和机械臂900的绕俯仰轴线P的旋转是机电同步的。

根据本发明的实施例，上述患者的床600绕俯仰轴线P的旋转可以通过图11中例示的系统获得。可以将相同或类似的系统用于机械臂900的安装件250。

旋转范围可以有利地为+/-15度，优选地为+/-12度。

安装件220具有弧形轮廓元件，优选地围绕俯仰轴线P或与其平行的轴线展开。安装件220包括护罩221、齿轮或摩擦轮缘222、下导轨223和上导轨224，用于围绕俯仰轴线P的运动的机械限定。柔性保护盖225保护该机构。导轨223和224与安装在用于患者的床600的伸缩支撑件或外筒300上的导向辊330配合。在本示例中，该运动由电机齿轮组件320致动。所有滚珠轴承310允许患者的床600沿着偏航轴线Y移动，如下所述。

由于根据本发明的实施例的机器人手术站1的这种配置，患者的床600和机械臂900可以同时围绕两个水平轴线(即滚动轴线R和俯仰轴线P)旋转，同时保持它们的初始相互定位设置。这允许外科医生根据两个旋转自由度相对于地面移动患者。

还参考图1，根据本发明的实施例，第一安装件220和第二安装件250可以有利地具有沿着偏航轴线Y的伸缩结构，以便允许调节患者的床600和机械臂900之间的相对距离，例如在初始设置阶段。因此，在本实施例中，第一安装件和第二安装件能够沿着偏航轴线Y伸缩地移动。

特别地，第一安装件220实现到部分环形结构210的基本T形的连接器。它包括伸缩结构，该伸缩结构包括上述的外筒300和可滑动地装配在外筒300中的内筒400。内筒400的自由端包括凸缘，患者的床600组装和约束在该凸缘上。

第一安装件220可以包括液压线性致动器或机电线性致动器。

第二安装件250具有伸缩结构，该伸缩结构包括外筒700和可滑动地装配在外筒700中的内筒701。内筒701的自由端包括或固定到环形框架800，该环形框架800允许机械臂900的组装。环形框架800通过例如径向构件被约束到内筒701。

类似于第一伸缩安装件220，第二伸缩安装件250也可以被配置为液压线性致动器或机电线性致动器。

根据本发明的实施例，第一安装件220和第二安装件250或其部分可绕偏航轴线Y旋转。为此目的，齿轮电机可例如布置在每个安装件220、250的内筒400、701内。

以这种方式，患者的床600和机械臂900可以根据手术或外科医生的具体需要相对于部分环形结构210旋转。因此，可以进一步优化患者床600和/或机械臂900的定位。

患者的床600和机械臂900围绕偏航轴线Y的旋转可以是同时的，类似于手术站的其他运动，因此允许维持相互定位设置。

患者的床600和机械臂900围绕偏航轴线Y-并且还可能相对于俯仰轴线P-的旋转也可能不是同时的，例如，为了允许准备患者进行手术或将他/她从手术站移动到医院病床以运输到医院病房。

图12和图13示出了患者的床600围绕偏航轴线Y旋转90度的配置。

图14和图15示出了与部分环形结构210的操作区段212绕轴线L的旋转相关的可能配置。

图16和图17分别示出了旋转机构230的横截面图和分解图，该旋转机构230允许将上区段212侧向转动，以允许例如机械臂的手术准备或自由接触病人进行非机器人手术。

该机构230包括基板233，该基板233被安装，特别是固定在部分环形结构210的下区段211上。基板233容纳滚珠轴承234。在滚珠轴承234上，通过固定环236安装具有内链轮的旋转环235。在旋转环235上，顶板237用螺钉固定。顶板237安装在部分环形结构210的上部分212上。齿轮电机231允许上区段212的支撑旋转。在非旋转位置，部分环形结构210的上部分212通过两个机电或液压夹持元件232或锁定致动器固定到下部分211。

由于如上所述的整体配置，手术站1可以具有三个旋转自由度，即围绕滚动轴线、俯仰轴线和偏航轴线的旋转。

根据本公开的实施例，患者的床600可以有利地配置为可移除地安装在第一安装件220上。

在患者的床600下方可以提供控制面板和/或药柜500，例如用于在手术期间或在设置阶段中接收操作者的输入。

根据本发明的优选实施例，环形框架800被构造成允许在不同的操作位置处组装机械臂900。

在其更广泛的定义中，本发明还涉及基座100与部分环形结构210的组合，其中患者的床600、机械臂900以及可能的它们各自的安装件和安装组件被单独地和/或在组装或制造的后期阶段提供。

在图18所示的另一实施例中，总体以1800示出的机器人手术站可被配置成使得结构1810的旋转可同时确定组装在第一安装件1830上的患者的床1820和约束到第二安装件1850的机械臂1840的旋转。换句话说，机械臂1840的运动可以与患者的床1820的运动同步，因为机械臂安装在相同的结构1810上。因此，患者的床1820和机械臂1840可以保持它们相对于彼此的初始位置，同时如果需要进行同步的重新定位。

此外，根据本文的原理，患者的床和机械臂分别通过安装件1830和1850可绕俯仰轴线P顺时针和逆时针旋转，使得可实现多个手术位置。

应当理解的是，上述详细描述仅仅是说明性的，而不应被视为对本发明的实施例的范围的限制，本发明的实施例的范围的限制仅由所附权利要求及其等同物限定。对于本领域技术人员来说，对所公开的实施例的各种变化和修改将是显而易见的。

示例性组件列表

1机器人手术站300(220的)外筒

400(220的)内筒

100基座

101地面平台 700(250的)外筒

120机架组件 701(250的)内筒

121机架插入件

122监视器230绕L的旋转机构

233(230的)基板

110轮 234(230的)滚珠轴承

200联接元件 235(230的)旋转环

111导向座 236(230的)固定环

237(230的)顶板

600患者的床231(230的)齿轮电机

900机械臂

801远程控制单元232夹持元件

210部分环形结构

211下区段 R滚动轴线

212上区段 P俯仰轴线

220第一安装件(患者的床) Y偏航轴线

250第二安装件(机械臂) C环轮廓的几何中心

800环形框架 L纵向轴线

214、241(210的)导轨

202、203导向辊

201(200的)导引架

260电机/齿轮单元

221(220的)护罩

222(220的)齿轮或摩擦轮缘

223、224(220的)导轨

330(220的)导向辊

225(220的)保护盖

320(220的)电机齿轮组件

310(220的)滚珠轴承

Claims (21)

1.一种机器人手术站(1)，其特征在于，包括：

■基座(100)，所述基座(100)被配置为放置在地面上；

■部分环形结构(210)，所述部分环形结构(210)可滑动地联接到所述基座(210)，以便围绕与由所述部分环形结构(210)限定的周向轮廓正交并穿过所述周向轮廓的中心(C)的滚动轴线(R)可旋转；

■手术台(600)，所述手术台(600)在第一安装件(220)处被约束到所述部分环形结构(210)的第一弧形区段(211)；

■多个机械臂(900)，所述多个机械臂(900)在第二安装件(250)处被约束到所述部分环形结构(210)的第二弧形区段(212)，并且被配置为由外科医生远程致动，

其中，所述部分环形结构(210)的所述第二弧形区段(212)相对于所述第一弧形区段(211)以允许完全接近所述手术台(600)的方式侧向移动。

2.根据权利要求1所述的机器人手术站(1)，其特征在于，所述部分环形结构(210)具有弧形轮廓，所述弧形轮廓基本上成形为圆周的弧，优选地覆盖整个周向轮廓360度中的270度。

3.根据权利要求1或2所述的机器人手术站(1)，其特征在于，所述部分环形结构(210)的所述第二弧形区段(212)可相对于所述第一弧形区段(211)围绕与所述滚动轴线(R)正交的纵向轴线(L)侧向旋转。

4.根据前述权利要求中任一项所述的机器人手术站(1)，其特征在于，包括一个或多个锁定致动器(232)，所述锁定致动器(232)介于所述部分环形结构(210)的所述第一弧形区段(211)和所述第二弧形区段(212)之间。

5.根据前述权利要求中任一项所述的机器人手术站(1)，其特征在于，所述部分环形结构(210)具有围绕所述滚动轴线(R)的360度的旋转范围。

6.根据前述权利要求中任一项所述的机器人手术站(1)，其特征在于，所述部分环形结构(210)相对于所述基座(100)围绕所述滚动轴线(R)逆时针和顺时针可旋转。

7.根据前述权利要求中任一项所述的机器人手术站(1)，其特征在于，所述基座(100)包括移位装置，尤其是轮(110)，以便在环境中是可移动的。

8.根据前述权利要求所述的机器人手术站(1)，其特征在于，所述基座(100)包括安装在所述移位装置(110)上的地面平台(101)。

9.根据前述权利要求中任一项所述的机器人手术站(1)，其特征在于，所述第一安装件(220)和/或所述第二安装件(250)相对于所述基座(100)围绕垂直于所述滚动轴线(R)的俯仰轴线(P)可旋转。

10.根据前述权利要求所述的机器人手术站(1)，其特征在于，所述第一安装件(220)和所述第二安装件(250)围绕所述俯仰轴线(P)的旋转是机电同步的。

11.根据权利要求9或10所述的机器人手术站(1)，其特征在于，在所述机器人手术站(1)的静止配置中，所述滚动轴线(R)和所述俯仰轴线(P)平行于所述地面。

12.根据前述权利要求中任一项所述的机器人手术站(1)，其特征在于，所述第一安装件(220)和/或所述第二安装件(250)具有伸缩结构。

13.根据前述权利要求中任一项所述的机器人手术站(1)，其特征在于，所述第一安装件(220)和/或所述第二安装件(250)包括液压或机电线性致动器。

14.根据前述权利要求中任一项所述的机器人手术站(1)，其特征在于，所述第一安装件(220)和/或所述第二安装件(250)、或其部分，绕垂直于所述滚动轴线(R)的偏航轴线(Y)可旋转，并且优选地被配置为在所述机器人手术站(1)的静止状态下垂直于所述地面。

15.根据前述权利要求中任一项所述的机器人手术站(1)，其特征在于，所述手术台(600)被配置为可移除地安装在所述部分环形结构(210)上。

16.根据前述权利要求中任一项所述的机器人手术站(1)，其特征在于，所述基座(100)包括用于集成医疗设备的元件，特别是机架(121、122),所述医疗设备例如是麻醉设备。

17.根据前述权利要求中任一项所述的机器人手术站(1)，其特征在于，包括远程控制单元(801)，所述远程控制单元被配置为由外科医生使用以命令所述多个机械臂(900)中的一个或多个。

18.根据前述权利要求中任一项所述的机器人手术站(1)，其特征在于，所述手术台(600)和所述机械臂(900)布置在所述部分环形结构(210)的相对侧处。

19.一种机器人手术站，其特征在于，包括:

定位在结构上并且被配置为提供围绕俯仰轴线P的选择性旋转的患者床安装件和机械臂安装件。

20.根据权利要求19所述的机器人手术站，其特征在于，所述结构还包括轮和紧凑配置，使得所述结构能够容易地在房间之间移动。

21.根据权利要求19所述的机器人手术站，其特征在于，还包括可选择性地附接到所述结构的第二机械臂安装件和麻醉站。