[发明专利]用于远程操纵的机械遥控操作装置

说明书

技术领域

本发明涉及远程致动的机械系统的领域，并且更具体地涉及主要利用进入患者身体的小尺寸进入切口在微创外科手术程序中使用的用于远程操纵的机械遥控操作装置。此装置还适于通过高的刚性、准确性与质量力反馈来要求熟练操纵的任何适当的远程致动应用，诸如装配操作、在狭窄位置操作、在危险或艰苦环境中操作、以及在污染或干净环境中操作。

背景技术

打开外科手术仍是用于大部分外科手术程序的标准技术。其已经被医学界使用几十年并且包括通过在传统外科手术工具插入通过其中的腹部中的长切口来执行外科手术任务。然而，由于长切口，因此此方法对于患者来说是极其创伤的，造成在外科手术过程中的大量失血液以及在医院的长期而痛苦的恢复期。

为了减小打开外科手术、腹腔镜检查的创伤性，开发了微创技术。替代单个长切口，对患者做出细长的外科手术装置与内窥镜摄像头插入通过其中的四到五个小的切口。由于低创伤性，此技术减少了失血量并且缩短了住院与痛苦。当通过有经验的外科医生执行此技术时，此技术可以获得与打开外科手术类似的临床结果。然而，除了上述优点，腹腔镜需要极为先进的外科医生技能来操纵刚性与长的仪器。进入切口起到旋转点的作用，降低了将仪器定位且定向在患者体内的自由度。外科医生的手围绕此切口的运动反转并且相对于仪器端部按比例增加（“支轴效应”），这去掉了熟练、敏感并且放大了外科医生手的颤抖。此外，这些长且直的仪器迫使外科医生的手、臂和身体在不舒服的姿势中工作，在操作几个小时以后这可能是极端疲劳的。因此，由于腹腔镜仪器的这些缺点，这些微创技术主要地限于在简单外科手术中使用，而仅有极少数外科医生能够在复杂程序中使用它们。

为克服这些限制，开发了外科手术机器人系统以便为复杂的微创外科手术提供更容易使用的方法。通过电脑机器人界面，此系统能够执行远程腹腔镜检查，其中外科医生坐在操纵两个主操纵器的控制台旁以通过几个小的切口执行操作。与腹腔镜类似，机器人方法也是微创的，相对于打开外科手术机器人方法在痛苦、失血、以及恢复时间方面具有若干优点。此外，与打开与腹腔镜检查技术相比其还为外科医生提供了更好的人体工程学。然而，尽管在技术上更容易，但是机器人外科手术带来若干负面情况。这些系统的主要弊端涉及包括复杂机电一体化系统的现有机器人装置的极高复杂性，导致获取与维护的巨大成本，这对于世界范围的大多数外科手术部门来说是负担不起的。此系统的另一个缺点来自现有的外科手术机器人体积大的事实，在操作室环境内竞争宝贵空间并且显著增加了准备时间。由此，进入与缺少力反馈一起对患者有伤害，这引起了安全考虑。

WO9743942、WO9825666和US2010011900公开了机器人遥控操作外科手术仪器，其设计为在患者的身体内部复制外科医生的手部运动。通过电脑机器人界面，其使得能够执行远程腹腔镜检查，其中外科医生坐在操纵两个操纵杆的控制台旁以通过几个小的切口执行操作。然而，此系统不具有自主性或者人工智能，基本上是完全由外科医生控制的复杂的工具。控制指令通过复杂的计算机控制的机电一体化系统在主机器人与从机器人之间传送，这对于制造与维护来说极端昂贵并且医务人员难以使用。

WO2008130235公开了用于供微创外科手术使用的仪器的不太复杂的机械操纵器，其在近端具有用于操作连接在操纵器的远端处的仪器的把手。平行四边形构造设置在在近端与远端之间，以便确保把手与仪器之间的明确的位置关系。此平行四边形构造与杠的系统接合以便控制平行四边形构造的位置。系统的杠通过万向接头连接到平行四边形构造以及连接到彼此。

通过此机械操纵器施加的平行四边形限定使得在施加于此操纵器的把手上的运动幅度与由连接在操纵器的远端的仪器复制的运动幅度之间很难获得除了1:1以外的尺度比。这减小了操纵器的准确度，这对于外科手术干预是最重要的。

此外，WO2008130235的操纵器的把手连接到沿着引导元件可滑动地安装的延伸臂。这确保延伸臂通常沿着其纵轴平移，以使得仪器通常沿着平行于所述延伸臂的纵轴的虚拟轴平移。引导元件偏心可旋转地安装在支撑结构上，这致使仪器在固定单点的一定距离处围绕此点旋转，当通过在患者上实现的切口施加限定时这是不充分的。此外，由于平行四边形构造的刚性元件的高惯性，因此此机械操纵器提供了差的触觉透明度。

已经开发出用于在辐射环境中远程操纵并且在诸如US2846084的几个文献中公开的几种其它机械系统。然而，尽管在此文献中公开的系统包括主从构造，其尺寸、重量与运动均不适于微创外科手术应用。