[发明专利]具有可选运动控制断联场的机器人外科系统

说明书

本发明提供了机器人外科系统，该机器人外科系统用于基于不同的控制状态，响应于用户界面装置的致动，来控制端部执行器。在每个控制状态下，用户界面装置的所选移动方向与端部执行器的相应移动方向相联接或断联。通过将用户界面装置定位在用户界面装置与端部执行器相断联的范围内，可以重新联接断联的移动方向。为了协助进行这种重新联接，可以将预估端部执行器位置的图形图像叠加在端部执行器的当前位置上，如果重新联接断联的移动方向，可以基于用户界面装置的当前位置，实现图形图像对端部执行器的当前位置的预估。

本发明提供了用于机器人手术的方法和装置，具体地讲，提供了使用手持式装置对机器人外科工具进行运动控制的技术。

背景技术

由于术后恢复时间减少且瘢痕形成最小化，因此微创外科手术(MIS)器械通常优于传统的开放式外科装置。腹腔镜式外科手术是一种类型的MIS手术，其中在腹部形成一个或多个小切口，并且通过切口插入套管针以形成进入腹腔的通路。套管针用于将各种器械和工具引入腹腔中，而且提供注气使腹壁升高到器官上方。器械和工具可用于以多种方式接合和/或处理组织以达到诊断或治疗效果。内窥镜式外科手术是另一种类型的MIS手术，其中将细长的柔性轴通过自然孔口引入体内。

尽管传统的微创外科器械和技术已证明是高度有效的，但较新的系统可提供甚至更多的优点。例如，传统的微创外科器械通常不能为外科医生提供存在于开放式外科手术中的工具布置的灵活性。用器械通过小切口接近手术部位时遇到困难。另外，典型的内窥镜式器械的长度的增加通常会降低外科医生感觉由组织和器官施加在端部执行器上的力的能力。此外，如电视监视器上的图像中所观察到的器械的端部执行器的运动与端部执行器的实际运动的协调是特别困难的，因为如图像中所感知的运动通常不与端部执行器的实际运动直觉地对应。因此，通常缺乏对外科器械运动输入的直觉响应。已经发现，直觉性、灵巧性和灵敏度的此类缺乏使得增加微创外科手术的使用受阻。

多年以来，已经开发出多种微创机器人系统以增加外科手术的灵巧性，并允许外科医生以直觉方式对患者进行手术。远程手术是使用系统进行的外科手术的一般术语，其中外科医生使用一些形式的远程控制(例如，伺服机构等)来操纵外科器械运动，而不是用手直接握持和移动工具。在此类远程外科手术系统中，通常在远离患者的位置处，在视觉显示器上为外科医生提供外科手术部位的图像。外科医生通常可在远离患者的位置处执行外科手术，同时在外科手术期间观察视觉显示器上的端部执行器运动。通常在视觉显示器上观察手术部位的三维图像时，外科医生通过操纵远程位置处的主控制装置来对患者执行外科手术，该主控制装置控制远程控制式器械的远动。

因此，虽然在机器人外科手术领域已经取得了重大进展，但仍然需要用于机器人外科手术的改善的方法、系统和装置。

发明内容

在一个实施方案中，提供了一种外科系统。外科系统包括机电工具、机电臂和控制系统。机电工具包括器械轴以及形成于器械轴上的端部执行器，并且该端部执行器可被配置成能够对患者的组织执行多种外科功能。机电臂被配置成能够用于相对于多个轴线移动，并且机电工具被配置成能够安装在机电臂上并相对于机电臂移动。控制系统还被配置成能够响应于用户界面装置的致动，根据至少两种控制状态，控制端部执行器的移动和外科功能。在第一控制状态下，用户界面装置在第一所选方向上移动引起端部执行器在第一所选方向上发生相应移动。在第二控制状态下，用户界面装置在第一所选方向上移动不会引起端部执行器在第一所选方向上发生相应移动，并且端部执行器响应于用户界面装置接收到第一外科功能输入执行第一外科功能。控制系统还被配置成能够响应于用户界面装置接收到第一转换输入，从第一控制状态进入第二控制状态。