无菌手术转接件的制作方法

专利名称：无菌手术转接件的制作方法
技术领域：
0005本发明一般涉及手术机器人系统，并且更具体地涉及用于 覆盖部分手术机器人系统的无菌帷帘的可丢弃无菌转接件。
背景技术：
0006在机器人辅助或遥控机器人手术中，外科医生一般操作主 控制器以从远离病人的位置(如手术室对面、与病人不同的房间内或完全不同的建筑物内)远程控制手术部位处的手术器械的动作。主控制器 通常包括一个或多个手输入设备，如控制手柄、外骨骼手套等，这些手 输入设备耦连于具有伺服电动机的手术器械以铰接手术部位处的器械。 伺服电动机一般为支承并控制手术器械的机电设备或手术操纵器(从动 装置)的一部分，这些手术器械被直接引入开放式手术部位或通过穿刺
套管(trocarsleeve)引入诸如病人腹部之类的体腔。手术期间，手术操 纵器提供机械铰接并控制各种手术器械，如组织夹持器、针驱动器、电 外科烧灼探针等，它们各自执行外科医生的各种功能，如固定或驱动针、 夹持血管、或切割、烧灼或凝结组织。
0007通过远程操纵来执行遥控机器人手术的新方法当然己产生 许多新的挑战。挑战之一来自于机电手术操纵器的一部分将直接接触手 术器械，且被设置在靠近手术部位这一事实。因此，手术操纵器可能在 手术期间受污染，并且一般被丢弃或在多个手术之间消毒。从成本角度 来看，优选消毒该设备。但是，伺服电动机、传感器、编码器和机器人 控制电动机所必须的电连接一般不能使用常规方法即蒸汽、热压或化学 方法来进行消毒，因为系统部件在消毒过程中会受损或损坏。
0008以前使用无菌帷帘来覆盖手术操纵器，并且无菌帷帘包括 多个孔，转接件(例如腕部单元转接件或套管转接件)可通过该孔进入 无菌区。但不利地是这要求每次手术程序后拆除并消毒转接件，也增加 通过帷帘中的这些孔污染的可能性。
0009遥控机器人手术系统的另一挑战在于手术程序中外科医生 一般将使用较大数量的不同手术器械/工具。由于操纵器手臂因空间约束 和成本而数量有限，手术期间许多手术器械将多次连于同一操纵器手臂 并从其上拆除。在腹腔镜手术程序中，例如，进入病人腹腔的入口端口
的数量在手术期间一般有限，这是由于空间的限制以及希望避免病人体 内不必要的切口。因此，手术期间多个不同手术器械一般通过同一穿刺 套管被引入。同样，在开放式手术中，通常在手术部位周围没有足够空 间来放置多于一个或两个手术操纵器，因此迫使外科医生的助手频繁从 操纵器手臂上移除器械，并且用其它手术工具将它们替换。
0010因此需要有远程控制病人手术部位处的手术器械的改进的 遥控机器人系统和方法。更具体地，这些系统和方法应被配置为最小化消毒的需要，以提高成本效率同时也保护系统和手术的病人。另外，这 些系统和方法应被设计为最小化手术程序期间的器械更换次数和难度。 因此，非常需要无菌转接件和具有改进的效率和成本效率的机器人手术 系统。

发明内容
0011本发明提供了无菌转接件、具有整体无菌转接件的无菌帷 帘以及包括具有帷帘接口的无菌帷帘的遥控机器人手术系统。本发明允 许遮盖遥控机器人手术系统的部分以便保持无菌手术区和非无菌机器人 系统间的无菌屏障，同时也提供在机器人手臂和无菌区内手术器械之间 传递机电能量及信号的接口。
0012根据本发明的实施例，提供了器械无菌转接件，包括可操
作耦连于无菌区内的无菌手术器械的外表面、可操作耦连于机器人手术 系统的非无菌操纵器手臂的内表面以及从操纵器手臂传递扭矩至手术器 械的帷帘接口。
0013根据本发明的实施例，提供了覆盖机器人手术系统非无菌 部分的无菌帷帘，无菌帷帘包括邻近执行手术程序的无菌区的外表面以 及接收机器人手术系统非无菌部分的内表面。无菌帷帘还包括机器人手 术系统非无菌操纵器手臂和无菌区手术器械之间连接的无菌转接件，该 无菌转接件包括从操纵器手臂传递扭矩至手术器械的帷帘接口 。
0014根据本发明的另一实施例，提供了在无菌区内执行手术程 序的机器人手术系统，该系统包括非无菌区内的操纵器手臂、无菌区内 的手术器械以及覆盖操纵器手臂以使操纵器手臂与无菌区隔开的无菌帷 帘，该无菌帷帘包括从操纵器手臂传递扭矩至手术器械的帷帘接口 。
0015本发明有利地提供了具有操纵器手臂的手术器械的改进的 安装与连接，提高了无菌区的稳定性，并通过用更多形状适合部件减少 帷帘的尺寸来增加病人的可视性。通过提供可丢弃的转接件，通过使用 价格较低的材料来降低成本，同时又增加了设备的稳定性和可靠性
0016本发明的范围由权利要求限定，其结合于该部分以供参考 的。通过考虑以下一个或多个实施例的详细说明，将向本领域技术人员 提供本发明实施例的更完全理解及其附加优点的实现。将参考首先简短说明的所附附图页。


0017图l是手术室的示意图，其图示说明了根据本发明实施例 的遥控机器人手术系统和方法。
0018图2是图l所示手术室的放大图，其图示说明了根据本发 明的耦连于手术台的一对安装接头。
0019图3A是根据本发明实施例的部分由无菌帷帘覆盖的机器 人手术操纵器的透视图。
0020图3B是图3A所示机器人手术操纵器没有覆盖无菌帷帘的 透视图，以图示说明耦连驱动组件与腕部单元和手术工具的多自由度手 臂。
0021图4图示说明包含用于观察手术部位的摄像机和内窥镜的 图3A—3B所示的机器人手术操纵器。
0022图5是图3A—3B所示的机器人操纵器的局部视图，其图
示说明手臂和腕部单元间的机械和电耦合。
0023图6是图3A和3B所示的操纵器的前臂和载架的局部剖
开截面视图。
0024图7是根据本发明实施例的腕部单元的透视图。
0025图8是机器人操纵器的一部分的侧面横截面视图，其图示 说明手臂和驱动组件。
0026图9A是根据本发明一个实施例的无菌帷帘的透视图，其 中在器械无菌转接件(ISA)上安装有手术器械，并且该无菌帷帘完全覆 盖机器人手术操纵器。
0027图9B是图9A所示的手术操纵器、安装的手术器械以及整 体器械无菌转接件没有无菌帷帘部分的侧视图。
0028图10A是图9A所示根据本发明另一实施例的没有手术器 械和手术附件的无菌帷帘的透视图。
0029图10B是图IOA所示手术操纵器和附件夹具没有无菌帷帘 的透视图。
0030图11A—11L是根据本发明实施例的具有整体器械无菌转接件的病人侧操纵器(PSM)帷帘的视图。
0031图12A、 12B和12C分别图示说明根据本发明实施例的ISA 的俯视图、仰视图和剖视图。
0032图13图示说明根据本发明实施例的ISA的电触点的特 写剖视图。
0033图14A和14B分别图示说明根据本发明实施例的ISA的 圆盘的特写俯视图和仰视图。
0034图15A和15B图示说明根据本发明实施例的ISA的顶部牵 开板的俯视图和仰视图。
0035图16图示说明根据本发明实施例的操纵器的转接件接收部 分的透视图。
0036图17A至17F示出了根据本发明实施例的ISA至转接件接 收部分的安装/啮合、手术器械至ISA的安装/啮合以及手术器械从ISA 的移除。
0037图18图示说明根据本发明另一实施例的ISA的一些基本部件。
0038图19图示说明根据本发明实施例的另一ISA。
0039图20图示说明根据本发明实施例的器械输入端和ISA输入
端之间的无菌帷帘接口。
0040图21图示说明根据本发明该实施例的器械输入端。0041图22A—22C和23A—23C图示说明本实施例的器械和ISA
的啮合顺序。
0042图24A和24B图示说明根据本发明实施例的另一 ISA。0043图25A—25C图示说明根据本发明该实施例的PSM输入端
和ISA的帷帘接口。
0044图26A—26E图示说明本实施例的器械和ISA的啮合顺序0045图27A和27B图示说明根据本发明实施例的另一 ISA的俯
视图和仰视图。
0046图28A和28B图示说明根据本发明实施例的ISA输入端的视图。
0047图29图示说明根据本发明该实施例的在PSM的转接件接收部分上方的ISA的剖视图。
0048图30图示说明根据本发明该实施例的可操作耦连在一起的 器械、ISA、 PSM的转接件接收部分的剖视图。
0049图31A—31E图示说明本实施例的器械和ISA的啮合顺序。0050参考以下详细说明可更好地理解本发明的实施例及其优点。
应理解相同参考数字用于指示一个或多个附图中所示的相同元件。应理 解附图不必按比例绘制。
具体实施例方式
0051本发明提供了对病人执行机器人辅助手术程序的多部件系 统和方法，其具体包括开放式手术程序、诸如立体定向手术之类的神经 手术程序以及诸如腹腔镜、关节镜、胸腔镜手术等内窥镜手术程序。本 发明的系统和方法作为允许外科医生通过伺服机构从远离病人的远程位 置操纵手术器械的遥控机器人手术系统的一部分特别有用。为此目的， 本发明的操纵器装置或从动装置一般由运动等效主控装置驱动，以形成 具有力反馈的远程呈现系统。适当从动一主控系统的说明见1995年8月 21日提交的第08/517,053号美国专利申请，其结合于此以供参考。
0052详细参考附图，其中相同数字表示相同元件，根据本发明 实施例图示说明遥控机器人手术系统2。如图1所示，遥控机器人系统2 一般包括安装于手术台O或其附近的一个或多个手术操纵器组件4，以 及允许外科医生S观察手术部位并控制操纵器组件4的控制组件6。系 统2也包括一个或多个观察器组件19和适于可拆卸地耦连于操纵器组件 4的多个手术器械组件20 (下文详细描述)。遥控机器人系统2通常包括 至少两个操纵器组件4，优选包括三个操纵器组件4。操纵器组件4的实
际数量除其他因素以外，取决于手术程序和手术室内的空间约束。如下 所详述， 一个组件4一般操作用于观察手术部位的观察器组件19 (如内 窥镜手术程序中)，同时其它操纵器组件4操作用于对病人P执行各种手 术程序的手术器械20。
0053控制组件6可位于通常位于与手术台O处于相同房间的外 科医生控制台C处，以使外科医生可与他/她的(多个)助手A对话并且 直接监控手术程序。但是，应理解外科医生S可位于与病人不同的房间或完全不同的建筑物内。控制组件6—般包括支架8、用于向外科医生S
显示手术部位图像的监视器10以及用于控制操纵器组件4的一个或多个 控制器12。控制器12可包括多种输入设备，如控制手柄、手套、扳机枪 (trigger gim)、手动控制器、语音识别设备等。控制器12优选配备有与 相关手术器械组件20相同的自由度，以便给外科医生提供远程呈现或控 制器12与器械20为整体的感觉，使外科医生有直接控制器械20的强烈 感觉。位置反馈传感器、力反馈传感器和触觉反馈传感器(未示出)也 可用于器械组件20上，以在外科医生操作遥控机器人系统时从手术器械 传递位置、力和触觉感觉返回至外科医生的手部。 一种为手术人员提供 远程呈现的适当系统和方法被描述在1995年8月21日提交的第 08/517,053号美国专利申请，其之前已结合于本文以供参考。
0054监视器10可适当耦连于观察器组件19，从而将手术部位 的图像提供于外科医生控制台C上外科医生的手部附近。监视器10优选 在显示器18上显示被定向的倒转图像，使得外科医生感觉自己实际直接 向下观察手术部位。为此目的，手术器械20的图像看似基本定位于手术 人员的手部所处位置，即使观测点(如内窥镜或观察摄像机)不是图像 的观察点。另外，实时图像优选被转换为透视图像，使得手术人员可操 纵末端执行器和手控制器，好像观察基本真实呈现的工作区。真实呈现 意味着图像的呈现是模拟实际操纵手术器械20的手术人员视角的真实透 视图。因此，控制器(未示出)将手术器械20的坐标转换为被感知的位 置，使得透视图是摄像机或内窥镜直接位于手术器械20后所见图像。提 供该虚拟图像的适当坐标转换系统参见1994年5月5日提交的第 08/239,086号美国专利申请即目前的第5,631,973号美国专利所述，其全 部公开结合于此以供参考。
0055如图1所示，提供伺服机构16，用以将控制器12的机械 运动传递至操纵器组件4。伺服机构16可独立于操纵器组件4或与操纵 器组件4形成整体。伺服机构16通常从手术器械20提供力和扭矩反馈 至手动控制器12。另外，伺服机构16包括安全监控控制器(未示出)， 其可以响应识别的条件(如对病人施加过度的力、操纵器组件4失控等) 来冻结或至少限制所有机器人运动。伺服机构优选具有3dB截止频率至 少为10 hz的伺服带宽，使得系统可快速并准确地响应外科医生的迅速手部运动。为有效操作该系统，操纵器组件4具有相对较低的惯性，并且 驱动电动机170 (见图8)具有相对较低速率的齿轮或滑轮连接。实施本 发明时，可使用任何适当的常规或专用伺服机构，并且对于系统的远程 呈现操作特别优选力和扭矩反馈。
0056参考图7，手术器械组件20各自包括腕部单元22和可拆 卸地附连于腕部单元22的手术工具24 (图3A和3B)。如下所详述，各 腕部单元22 —般包括具有近端盖58的细长轴56和可转动地耦连于手术 工具24的远端腕部60。各腕部单元22基本相同，并且根据手术程序的 要求连有不同或相同手术工具24。可替换地，腕部单元22可具有设计用 于独立的手术工具24的专用腕部60，使得腕部单元22可与常规手术工 具24 —起使用。如图1所示，器械组件20通常组装于工作台T或靠近 手术台O的其它适当支架。根据本发明的方法(下述)，手术程序期间， 腕部单元22及其相关手术工具24可通过耦连和从操纵器组件4拆除腕 部单元轴56而被快速更换。
0057参考图2，各操纵器组件4优选通过安装接头30安装于手 术台O。安装接头30为组件4提供了多个自由度(优选至少为5)，并且 这些安装接头30包括制动器(未示出)，使得组件4可被固定在相对于 病人适当的位置和方向。接头30安装于插座32，该插座32用于将接头 30安装至手术台O，并且用于将各操纵器组件4连接至伺服机构16。另 外，插座32可以将接头30连接至其它系统，如RF电源、吸灌 (suction-irrigation)系统等。插座32包括沿手术台O的外轨36滑动安 置的安装臂34。操纵器组件4也可与其它机构被设置在手术台O上方。 例如，系统可以包括有支架系统(耦接于手术室天花板或墙壁)，该支架 系统在病人上方移动并固定一个或多个操纵器组件4。
0058现参考图3 — 8，将更详细地说明操纵器组件4。操纵器组 件4是三部件设备，包括非无菌驱动和控制部件、可消毒末端执行器或 手术工具(即手术器械组件20)以及中间连接器部件。中间连接器包括 机械元件，用于耦连手术工具24与驱动和控制部件，并且用于从驱动部 件传递运动至手术工具24。如图3B所示，驱动和控制部件一般包括驱 动组件40和耦连于安装托架44的多自由度机器人手臂42，该安装托架 44适于安装在安装接头30 (图2)上。驱动组件40和机器人手臂42优选绕X轴可转动地耦连于托架44， X轴穿过球形旋转45的远中心(见 图8，如下文进一步详述)。操纵器组件4还包括固定于手臂42远端48 的前臂组件46，以及腕部单元转接件52，腕部单元转接件52耦连于前 臂组件46用以安装腕部单元22和手术工具24至操纵器组件4。
0059对于内窥镜手术程序，操纵器组件4另外包括套管转接件 64，该套管转接件64附连于前臂46下部用以将套管66安装至操纵器组 件4。可替换地，套管66可以是内置在前臂组件46内的一体套管(未示 出)(即不可移除)。套管66可包括安装至套管66内的环形轴承上的力 传感元件(未示出)，如应变仪或力传感电阻器。力传感轴承在手术期间 支承手术工具24，允许该工具通过轴承的中央孔轴向旋转和移动。另外， 轴承将手术工具24施加的横向力传递至力传感元件，该力感测元件连接 到伺服机构16以传递这些力至一个(或多个)控制器12。以该方式，可 在无来自作用于套管66的力干扰下，如包围手术切口的组织或作用在操 纵器组件4上重力和惯性力，检测作用在手术工具24上的力。这促进在 机器人系统中操纵器组件4的使用，因为外科医生将直接感测反作用于 手术工具24上的力。
0060如图3A所示，操纵器组件4进一步包括尺寸适于基本覆 盖整个操纵器组件4的消毒帷帘70。帷帘70有一对孔72和74，其成尺 寸并被配置成使腕部单元转接件52和套管转接件64可以延伸穿过孔72 和74，从而安装腕部单元22和套管66至操纵器组件4。消毒帷帘70包 括一种材料，该材料被配置成有效地从手术部位隔离操纵器组件4，以便 不必在手术程序之前或之后消毒组件4的大部分部件(即手臂42、驱动 组件40和前臂组件46)。
0061如图3A所示，腕部单元转接件52和套管转接件64穿过 帷帘70的孔72和74，以便前臂组件46和操纵器组件4的剩余部分在手 术过程中保持被遮蔽在病人之外。在一个实施例中，腕部单元转接件52 和套管转接件64被制造成可再用部件，这些部件将被消毒因为它们都延 伸入手术部位的无菌区。腕部单元转接件52和套管转接件和64可通过 常规方法消毒，即蒸汽、加热和加压、化学消毒等。再参考图3B，腕部 单元转接件52包括开口 80，用以接收腕部单元22的轴56。如下面的详 细讨论，轴56可被横向推动通过开口 80并插配到转接件52中，这样腕部单元转接件52的未暴露部分保持无菌状态(即保持在相对无菌区的帷
帘70的无菌侧)。腕部单元转接件52也可包括栓件(未示出)，用以固 定腕部单元22于其中。类似地，套管转接件64包括开口 82，用以插配 套管66在其中，以便转接件64的未暴露部分在手术程序期间保持无菌。
0062如图4所示，腕部单元转接件52也可被配置成接收观察器 100，以便观察手术部位。对于内窥镜手术程序，观察器100可以是传统 的内窥镜，其一般包括刚性、细长管子102，该管子102包括透镜系统(未 示出)和在管子102近端的摄像机安装座104。小型视频摄像机106优选 地固定到摄像机安装座104并连接到视频监视器10，从而提供该手术程 序的视频图像。优选地，观察器100具有远端(未示出)，该远端被配置 成允许相对管子102横向或成角度观察。观察器也可具有可引导尖端， 可通过操纵在管子102近端的致动器而偏转或旋转该可引导尖端。这类 观察器可从伊利诺伊州Deerfield的Baxter Healthcare, Corp或加利福尼亚 州Menlo Park的Origin Medsystem， Inc贝勾买。
0063如图4所示，观察器IOO进一步包括观察器转接件IIO，用 以耦连观察器100至腕部单元转接件52。观察器转接件110是可消毒的， 环氧乙炔(ETO)和可高压加热灭菌，且它包括多个运动馈通(motion feed-through)(未示出)，用以从驱动组件40传递运动至观察器100。在 优选构型中，运动包括俯仰(pitch)和偏转(yaw)运动、绕Z轴的旋 转和沿Z轴的移动。
0064现参考图5和6，将更详细说明前臂组件46。如图5所示， 前臂组件46包括固定于手臂42的壳体120和可滑动耦连于壳体120的 可移动载架122。载架122可滑动地安装腕部单元转接件52至壳体120 以便在Z方向上移动腕部单元转接件52和腕部单元20。此外，载架122 限定大量开口 123，用以传递来自前臂组件46的运动和电信号至腕部单 元转接件52。如图6所示，多个可旋转轴124安装在壳体120内，用以 通过开口 123将来自手臂42的运动传递至腕部单元转接件52和腕部单 元22。旋转轴124优选地为腕部单元22提供至少4个自由度，包括手术 工具24绕腕部单元22的腕部60的偏转和俯仰运动、腕部单元22绕Z 轴的旋转和工具24的致动。如果需要，该系统也可被配置成提供更多或 更少的自由度。工具24的致动可包括多种运动，如张开和关闭夹钳(jaw)、抓钳或剪刀，应用夹子或搭扣(staple)等。腕部单元22和工具24在Z 方向的运动通过一对载架缆线驱动器126被提供，载架缆线驱动器126 在前臂壳体120任一端的可旋转滑轮128、129之间延伸。缆线驱动器126 用来在Z方向上相对前臂壳体120移动载架122和腕部单元22。
0065如图6所示，手臂42的远端48包括联接组件130，该联 接组件130具有多个运动馈通132，用以传递来自臂42的运动至前臂组 件46。此外，联接组件130包括大量电连接器(未示出)以传递来自臂 42的电信号至腕部单元22。类似地，腕部单元转接件52包括多个运动 馈通(未示出)和多个电连接(未示出)，用以传递运动并用于发送电信 号至腕部单元22和从腕部单元22接收电信号(如在手术部位和控制器 12之间发送和接收力和扭矩反馈信号)。联接组件130和腕部单元转接件 52的任一侧的部件均具有有限的运动范围。通常，这个运动范围是至少 一个回转(revolution),并且优选地大于一个回转。当前臂组件46机械 耦连到联接组件130且腕部单元转接件52机械耦连到前臂46时，这些 运动范围彼此对齐。
0066参考图7，现将更详细说明腕部单元22。如图所示，腕部 单元22包括近端连有盖58且远端连有腕部60的空心轴56。腕部60包 括联接件(未示出)，用以可拆卸地连接多种手术工具24至轴56。轴56 可旋转地连接到盖58，用以提供轴56和工具24绕轴56的纵轴(即Z 轴)的旋转。盖58容纳传递腕部单元转接件52的运动至轴56内驱动缆 线(未示出)的机构(未示出)。这些驱动缆线适当地耦连到轴56内的 驱动滑轮上，从而绕腕部60转动工具24，并致动工具24上的末端执行 器140。腕部60也可由其他机构操作，如差动齿轮、推杆等。
0067工具24可拆卸地耦连到腕部单元22的腕部60。工具24 将优选地包括末端执行器65 (图3A和3B)，该末端执行器65具有触觉 传感器阵列(未示出)用以给外科医生提供触觉反馈。工具24可包括具 有如下末端执行器的多种铰接工具，如夹钳、剪刀、夹持器、夹持器、 持针器、显微切割仪、钉合器、钉机、吸灌工具、施夹钳，这些末端执 行器由线连接、偏心凸轮、推杆或其他机构驱动。此外，工具24可包括 非铰接器械，如切割刀片、探针、灌洗器、导液管或引流孔(suctionorifice)。 可替换地，工具24可包括电外科探针来消融、切除、切割或凝固组织。在后面的实施例中，腕部单元22将包括导电元件，例如耦连到延伸通过
轴56到工具24的引线或杆的近端香蕉插头。
0068参考图4和8，将更详细说明本发明的驱动与控制部件(即 机器人手臂42和驱动组件40)的具体结构。如上所述，手臂42和驱动 组件40可绕从安装托架44延伸的一对插销150被旋转地耦连。手臂42 优选地包括细长的基本刚性体152，该刚性体152具有耦连到前臂组件 48的远端48和转动连接到驱动组件40和托架44以便绕俯仰轴和偏转轴 或X轴和Y轴旋转的近端154 (注意Y轴垂直于页面并延伸通过点45， 参看图8)。手臂40可具有其他构型，如肘臂(elbowarm)(类似于人手 臂)、棱柱臂(prismatic arm)(可直向延伸)等。固定的偏转电动机156 安装在安装托架44上，以便绕X轴旋转手臂42和驱动组件40。驱动组 件40也包括俯仰电动机158，该俯仰电动机158被耦连到手臂42以便绕 Y轴旋转手臂。 一对基本刚性联动元件(linkage element) 160和124从 托架44延伸到机器人手臂42从而绕Y轴转动地耦连手臂42至托架44。 一个联动元件160被转动地耦连到手臂42，另一个联动元件124被转动 地连接到平行于手臂42延伸的第三联动元件164。优选地，机器人手臂 42是沟槽形刚性元件，其至少部分容纳第三联动元件164。联动元件160、 124和164以及手臂42形成平行四边形联动装置，其中这些构件以平行 四边形的形式连接到一起，以便仅在构件形成的平面内相对运动。
0069固定于手臂42远端48的腕部单元22的Z轴与上述平行四 边形联动机构的X轴相交。腕部单元22具有绕图8中数字45所指位置 球形旋转的远中心。因此，腕部单元22的远端可绕其自身轴或X和Y 轴旋转，同时旋转的远中心45保持在同一位置。远中心定位装置的更完 整说明可参见1995年7月20日提交的第08/504,301号美国专利申请即 目前的第5，931，832号美国专利，其全部公开均结合于此以供参考。应注 意手臂42和驱动组件40可以与上述并在图8所示以外的多种定位装置 一起使用，如立体定向定位器、固定的万向节等。
0070再次参考图8，驱动组件40还包括耦连于手臂42以随之 旋转的多个驱动电动机170。俯仰和偏转电动机156和158控制手臂42 (和驱动电动机170)绕X和Y轴的运动，且驱动电动机170控制腕部 单元22和手术工具24的运动。至少五个驱动电动机170优选耦连于手臂42，用以给腕部单元22提供至少五自由度。驱动电动机170优选包括 响应伺服机构16的编码器(未示出)和传递力和扭矩反馈至外科医生S 的力传感器(未示出)。如上所述，五自由度优选包括载架122和腕部单 元22沿Z轴方向的运动、腕部单元22绕Z轴的旋转、手术工具24绕腕 部60的俯仰和偏转旋转以及工具24的致动。
0071如图所示，缆线172从每个电动机170绕电动机驱动滑轮 174、手臂42内的导轮176并沿相对大的罐式绞盘机178延伸，以最小 化摩擦扭矩对缆线172的影响。缆线172各自延伸绕过手臂42远端48 处的另一导轮180，绕过联接件驱动滑轮182并返回电动机170。缆线172 优选地张紧并锚定在电动机驱动滑轮174和联接件驱动滑轮182上。如 图8所示，联接件驱动滑轮182经多条缆线186连接至联接组件130内 的多个较小的滑轮184，以便传递电动机170的运动至腕部单元转接件 52。
0072现将参考图l一8说明根据本发明对病人执行手术程序的方 法。如图2所示，安装接头30附连于插座32，该插座32通过沿轨道36 的滑动安装臂34附连于手术台0。然后，每个操纵器组件4附连于其各 自的安装接头30并铰接至相对病人P的适当位置和方向。然后，插座 32附连于伺服机构16和手术程序期间要求的其它系统，如RF电源、吸 /灌系统等。无菌帷帘70在病人麻醉之前、其间或之后置于操纵器组件4 上方(图3A)。为准备手术程序，操纵器组件4可在用帷帘70覆盖之前 被化学清洗或可不被化学清洗。腕部单元转接件52、套管转接件64和观 察器转接件110卡于操纵器组件4的前臂组件46上(见图3B和5)。观 察器转接件110和腕部单元转接件52的数量和相对位置当然取决于具体 手术程序(开放式手术程序可不要求套管转接件64)。
0073手术程序期间，手术器械组件20通过横推各腕部单元轴 56穿过腕部单元转接件52的开口 80耦连到各操纵器组件4。每个腕部 单元22都具有适当识别装置(未示出)，以快速轻松地指示何种工具24 连于腕部单元22。外科医生希望更换手术工具24时，他或她操纵一个(或 多个)控制器12以便载架122移到沿前臂组件46移动的顶部或近端位 置(参考图3B)。在该位置，手术工具24在套管66内，或在开放手术 程序期间，手术工具24从手术部位移开。然后一名(或多名)助手A向上拉动腕部盖58从而释放栓件(未示出)，因而允许腕部单元22进一步 向上滑动并滑出套管66。然后一名(或多名)助手A可横向拉动腕部单 元22从而与腕部单元转接件52分开。当腕部单元22不再与转接件52 连接时，控制机构认为该系统处于"工具更换模式"，且如果外科医生没 有移动载架122至近端位置则控制机构将其驱动至近端位置。
0074为了连接另 一个手术器械组件20至操纵器组件4 ， 一名(或 多名)助手A从工作台T抓取另一个组件20，横向推动腕部单元轴56 至腕部单元转接件52的开口 80中，然后向下移动腕部单元22以便手术 工具24驻存在套管66中(参考图1和图3B)。腕部单元22的这个向下 运动自动匹配腕部盖58和腕部单元转接件52内的电联接件以及运动馈 通(未示出)。系统可包括控制机构，其被配置成锁定载架122在顶部或 近端位置处移动，例如通过启动制动器(未示出)，直到联接件匹配且腕 部单元22不再向下移动。基于这点，外科医生S可继续手术程序。
0075本发明的系统和方法优选包括计数腕部单元22从腕部单元 转接件52拆除和连接的次数的机构。这样，制造商可限制腕部单元22 可使用的次数。在具体结构中，集成电路芯片(未示出)位于手腕部盖 58内。电路芯片计数腕部单元22连于腕部单元转接件52的次数，如20 次，且在外科医生的控制台上C显示警报。然后，控制系统通过减少其 可传输的负载或增加明显的后冲降级系统性能。
0076现参考图9A—9B和IOA—IOB，示出了根据本发明另一实 施例的机器人手术系统200，其包括由无菌帷帘270完全覆盖的机器人手 术操纵器204。本发明提供了无菌转接件，其与无菌帷帘集成在一起用于 遮盖遥控机器人手术系统帷帘的一部分，以保持无菌手术区和非无菌机 器人系统之间的无菌屏障，同时也提供在手术器械和机器人系统间传输 机械和电能以及信号的接口。本发明有利地允许用户重复并轻松安装移 除系统中的手术器械，同时保持无菌手术器械和非无菌机器人系统间的 无菌屏障。
0077图9A示出了根据本发明实施例安装于与无菌帷帘270结 合在一起的器械无菌转接件(ISA) 300上的手术器械250。 ISA300可操 作地耦连于操纵器204的转接件接收部分500 (如前臂246上)。图9B 是图9A所示机器人手术操纵器没有覆盖无菌帷帘部分(除了示出ISA300)的侧视图，以图示说明将驱动组件和ISA300耦连的多自由度手臂、 可操作耦连的手术工具或器械250、手术附件夹具264以及可操作耦连的 手术附件266。图10A和10B图示说明未带有手术器械250和手术附件 266的(与无菌帷帘270—体的)ISA300和附件夹具264，所示的图10B 没有帷帘270。在一个实施例中，ISA300可借助脉冲热封的薄膜粘合剂 材料永久附着到无菌帷帘，和/或使用粘合剂薄膜附着到无菌帷帘。
0078系统200与上面参考图l一8所示及所述的系统相似，但转 接件(如腕部单元转接件或套管转接件)不穿过帷帘270内的孔连接无 菌区内的手术器械。相反，ISA300与无菌帷帘270结合为一体，且帷帘 270的一部分有效地将附件夹具264从手术的无菌区隔离，使得操纵器 204在手术程序期间基本完全被帷帘270覆盖。在一个实施例中，帷帘完 全可丢弃。有利地，不需要在手术程序之前或之后消毒或更换ISA 300 和附件夹具264，从而允许节约成本，且由于基本完全不被无菌帷帘覆盖， 系统200较好地从无菌区隔离，允许更好地隔离系统设备并保护病人。
0079包括驱动组件40、手臂42、前臂组件46、腕部单元转接 件52、腕部单元22和工具24的上述相同或相似操纵器组件4 (具有相 同或相似功能性)可用于系统200内且与ISA 300和附件夹具264 —起 使用，因而省去相同或相似部件的重复说明。但是，在图9A—9B和10A 一10B中图示说明用于致动具有轴256的工具224和末端执行器265的 不同的驱动组件240、手臂242、前臂组件246和接口 252。驱动组件240、 手臂242、前臂组件246以及其它适用部件的实施例被描述在如第 6,331,181号、第6,491,701号和第6,770,081号美国专利，其全部公开(包
括结合于此以供参考的公开)均结合于此以供参考。
0080适用的手术器械250、接口 252、转接件、工具或附件的实 施例被描述在如第6,331,181号、第6,491,701号和第6,770,081号美国专 利中，其全部公开(包括结合于此以供参考的公开)均结合于此以供参 考。注意根据本发明可使用各种手术器械，包括但不限于具有末端执行 器的铰接工具，如夹钳、剪刀、抓钳、持针器、显微切割仪、钉合器、 钉机、吸灌工具、施夹钳等，以及非铰接工具，如切割刀片、烧灼探头、 灌洗器、导液管和引流孔。该手术器械可从加利福尼亚州桑尼维尔市的 Intuitive Surgical公司购买。0081现参考图11A—11M，示出了病人侧操纵器(PSM)帷帘 封包400，其包括作为(参考图3A的上述)无菌帷帘70—部分的PSM 帷帘404。 PSM帷帘404可以是无菌帷帘70的连接或分离段。图11A示 出了 PSM帷帘封包400，其包括PSM帷帘袋402， PSM帷帘404折叠 于其中。PSM帷帘被设计为在手术程序的非无菌PSM手臂和无菌区之 间建立无菌屏障。PSM帷帘404包括永久安装于帷帘的整体器械无菌转 接件(ISA) 406，并且完整组件包括ISA,其用于啮合手术工具。有利 地，PSM的各种特征有助于帷帘覆盖和安装过程。
0082图11B示出从袋402中取出的PSM帷帘404。图IIC示出 永久安装于PSM帷帘404并且靠近PSM帷帘404闭合端的ISA 406的 示例。图11D示出了限定折叠的PSM帷帘和折叠的折翼410内主孔的开 口条408。图11E示出了展开的折翼410，且图11F示出了完全展开的 PSM帷帘404。 PSM帷帘404被封装，使得折叠的帷帘可以首先被置于 PSM臂上，之后通过首先将前舌部件定位于PSM手臂上的托架内、其 后旋转无菌转接件的另一端直至其啮合PSM手臂上的栓件来使永久安装 的ISA406附连于PSM手臂。通过使用开口条408，该PSM帷帘404被 保持在该初始位置，当使用必要的力上拉时撕开该开口条408而控制展 开帷帘。用户通过将手放在整体翻边412 (见图11G)并沿PSM手臂拉 动帷帘，从而沿PSM手臂的长度方向拉开帷帘。
0083图11G1和11G2示出PSM帷帘404开口端处的整体翻边 412，翻边412的边缘包括蓝带411。当沿PSM手臂拉开PSM帷帘时，
消毒擦洗护士可将他或她的手放入翻边中，且通过使用翻边，用户可确 定其沿PSM手臂操作时其手部不会接触非无菌部分。蓝带411用作帷帘 上的物理标记，以指示无菌和非无菌端。使用该标记，非无菌人员可了 解在辅助消毒擦洗护士时拉动非无菌侧。
0084图11H示出了帷帘上的条带414，其有助于控制帷帘并且 减少帷帘可见尺寸(即减少展开的帷帘占据的体积或空间)。 一根条带靠 近套管安装区，另一根条带靠近PSM手臂的"连杆3"，且另一根条带沿 安装PSM手臂的"安装臂"(如图4和5所示的手臂42)。
0085图11I示出了沿插入轴和套管安装袋418的条带416。可使 用的套管安装袋在2005年9月30日提交的同时待决的第11/240,087号美国专利申请的中被公开，该专利申请的内容之前已结合于本文以供参
考。条带416是处于插入轴区内帷帘上的可延展条带。条带416附连于 无菌转接件和套管安装区之间的帷帘。 一旦帷帘安装于PSM手臂上，用 户可以改变可延展条带416的形状，以助于折回多余的帷帘材料。由于 能够折回并固定多余的帷帘材料，帷帘可以紧密配合PSM手臂的形状。 这有利地减少了系统的可见尺寸，从而为外科医生或其它用户提供病人 及其周围更多的可见性。条带416也可充分延展以能够打开，从而允许 系统达到最大动作范围而不会撕开帷帘。
0086图11J示出部分PSM手臂417上方的PSM帷帘404和位 于由用户折回的条带416前面的无菌转接件406。图IIK示出用户折回 后的条带，使得PSM帷帘404更紧密配合PSM手臂的形状，从而减少 系统的尺寸。图11L示出条带416的另一视图，该条带416柔韧到足以 被打开到可以允许最大动作范围并且在手术程序期间可根据需要由用户 被改变形状。
0087上述帷帘400优选包括硬度和强度足以允许适当置于PSM 手臂上方并且甚至在各方向施加环状负载时足以不被撕裂的材料，同时 优选包括弹性足以允许操纵器手臂的活动段运动的材料。帷帘400可包 括各种耐久材料， 一个示例包括聚乙烯、聚氨脂(polyurethane)、聚碳酸 脂或其混合物。在一个实施例中，帷帘400可被真空制成为单个帷帘的 一部分或可被真空制成为经粘合剂、热、RF焊接或其他方式连于主无菌 帷帘70的独立帷帘。在另一个实施例中，帷帘400可用作分离的帷帘(但 可相互邻接或重叠)，以覆盖手术机器人系统的不同部分。
0088现将更详细说明ISA300、转接件接收部分500和ISA 300 与转接件接收部分500之间以及手术器械250与ISA 300之间的安装/啮 合。
0089参考图12A、 12B和12C，分别图示说明根据本发明实施 例的ISA 300的俯视图、仰视图和截面视图。ISA 300包括壳体302、圆 盘304、顶部牵开板306、壳体302的器械止动部件308、壳体302的轨 道部件301、触点310和底部牵开板312。顶部牵开板306和底部牵开板 312形成相对壳体302移动的牵开板组件313。圆盘304固定于牵开板组 件313内侧并相对该组件移动。
20090图13示出了一个实施例中嵌模制入壳体内的触点310的特 写剖视图。
0091图14A和14B分别图示说明根据本发明实施例的圆盘304 的特写俯视图和仰视图，该圆盘304包括位于圆盘304底座处的齿314、 圆盘304主体内容纳手术器械250的销253 (见图17D和17E)的孔316、 圆盘304底部接收弹簧负载输入端504的销505 (见图16)的孔317以 及将圆盘304移出死区的突舌315。在本实施例中ISA300包括四个圆盘 304，每个圆盘包括四个齿314和两个孔316。在一个实施例中，四个齿 314被设置为间隔90度。注意，在其它实施例中，可提供更多或更少的 圆盘、齿以及槽(slot)，但需可操作地耦连于操纵器和手术器械的转接 件接收部分。
0092图15A和15B图示说明根据本发明实施例的顶部牵开板306 的俯视图和仰视图。顶部牵开板306包括用于啮合牵开板和牵开板组件 的杆318和用于根据相对位置与圆盘304的齿314配合的齿319。如图所 示，顶部牵开板306包括四个圆盘304的四个开孔307。
0093根据本发明实施例，图16图示说明操纵器204 (如PSM) 的转接件接收部分500的透视图。转接件接收部分500包括绝缘电触点 510的护罩502、具有销505的弹簧负载输入端504、弹簧柱塞506以及 将ISA300固定在适当位置的托架508。在此实施例中，转接件接收部分 500包括四个弹簧负载输入端504，各自具有两个销505和四个弹簧柱塞 506。
0094现参考图17A至17F，根据本发明实施例图示说明ISA300 至转接件接收部分500的安装/啮合、手术器械250至ISA 300的安装/啮 合以及手术器械250从ISA 300的移除。
0095图17A示出安装并啮合有操纵器204的转接件接收部分500 的ISA 300。 ISA触点310耦连于操纵器触点510，圆盘304与弹簧负载 输入端504啮合，底部牵开板312与弹簧柱塞506啮合，且器械止动部 件308配合托架508。如果在用户安装器械于ISA时错过轨道301，贝U(为 病人的安全)器械止动部件308允许器械停止。安装时，器械由顶部牵 开板306上的杆318完全停止。安装前，弹簧负载输入端504和弹簧柱 塞506处于其最大伸展位置，且ISA的圆盘304可自由旋转至牵开板组件内任何随机位置。在一个实施例中，为了将ISA 300安装至转接件接 收部分500，用户将ISA壳体前段置于托架内并向下旋转其后端，从而 啮合栓件511。
0096在安装但啮合前的位置，圆盘304由弹簧负载输入端504 抵住顶部牵开板306上压，且牵开板组件313由弹簧负载输入端504和 弹簧柱塞506上压。在每个圆盘位置(牵开板306的开孔307)，牵开板 306上有一个齿319啮合圆盘304的齿314。齿构型有多种功能，其中之 一是将圆盘304推出倾斜方向的"死区"，在该死区，圆盘304底部的孔 317由于未旋转整360度，处于可能不配合弹簧负载输入端504的销505 的位置。齿构型的另一功能是在无菌转接件啮合顺序期间避免圆盘304 旋转大于90度。
0097啮合顺序期间，当启动弹簧负载输入端504以使圆盘304 通过销505和圆盘304底面间的摩擦并通过与突舌315的接触移动时， 圆盘齿314啮合牵开板齿319。四个齿314的存在阻止圆盘304的旋转运 动，且弹簧负载输入端504相对圆盘304旋转时允许销505对准圆盘304 的孔317。圆盘304底部的孔317和弹簧负载输入端504的销505对齐时， 圆盘304落于弹簧负载输入端504上。此时，因圆盘304下落，顶部牵 开板306的齿319移开圆盘304的齿314，从而允许圆盘304相对牵开板 306进行360度自由移动。当圆盘304啮合于弹簧负载输入端504上时， ISA 300与转接件接收部分500啮合。
0098在一个实施例中，啮合顺序在安装ISA 300于转接件接收 部分500之后数毫秒内发生。ISA300向下旋转到位时，电触点310啮合 电触点510 (如销)，使得操纵器204上两个初始断开的电路闭合，这就 启动ISA啮合顺序。注意壳体302内嵌模制成的触点310可具有的多个 电路径(通路)，这些电路径与转接件接收部分500上的触点相啮合，并 且也用于通过器械电触点255 (图17C)建立与手术器械250的联通。
0099图17B示出了局部安装的手术器械250，且图17C示出了 完全安装并与ISA300啮合的手术器械250。最初，当用户安装手术器械 250于ISA 300上时，通过器械250啮合中心杆318下压顶部牵开板306 时，牵开板组件313朝向转接件接收部分500下压。在器械250和ISA 300 间电啮合前，杆318上的切槽(chamfer)啮合器械250底部上的切槽，并且当两个切槽对齐时，器械因弹簧负载输入端和弹簧柱塞的弹力被拉 入原位。器械被拉入原位时，牵开板组件313开始上升至手术器械内，
且基本以相同动作，器械250的电触点255与ISA 300的电触点310相 接触。当器械250安装于ISA 300上时，顶部牵开板306压于器械底部 上，并且杆318处于器械壳体内的空隙槽内。器械啮合前，因器械上输 入端没有与圆盘304顶部的孔316啮合，圆盘304和弹簧负载输入端504 受压远离器械。
0100图17D和17E图示说明圆盘304与器械250的啮合顺序。 在图17D中，直至圆盘304旋转至与最初处于随机位置的器械圆盘251 对齐时，圆盘304才与器械250啮合。如前参考ISA 300和转接件接收 部分500之间啮合顺序所述，器械的电触点啮合ISA 300的触点310时， ISA上通常断开的电路闭合，这样启动器械啮合顺序。弹簧负载输入端 504和圆盘304作为组件共同旋转直至圆盘304的孔316啮合器械圆盘 251的销253。当孔与销对齐时，允许圆盘304和弹簧负载输入端504上 移。图17E示出器械圆盘251 ，其具有销253啮合ISA圆盘304的孔316。 此时，器械250视为与ISA300啮合。注意，ISA300上的其它触点可在 手术系统和器械RTI板之间传输电信号。
0101当器械完全安装时，沿其壳体的三个点处被固定到位。两 个点位于沿器械侧面的轨道部件301处，第三点位于沿器械前中心的中 心抑制突舌309处。有利地，通过抑制器械于三个位置，器械不会过度 受限，并且安装和移除更加容易。
0102图17F图示说明器械250 (未示出)从ISA300的移除。用 户需要移除器械时，挤压各侧的杠杆并将器械从ISA拉出。器械上的杠 杆作用于顶部牵开板的中心杆318，中心杆又下推牵开板远离器械。牵开 板进一步远离时，圆盘304与器械的销分离，从而允许移除器械。
0103现参考图18，图示说明根据本发明另一实施例的ISA 600 的基本部件。ISA600结合于无菌帷帘(未示出)内，且特别用于覆盖基 本整个病人侧操纵器(PSM)手臂204。帷帘接口位于器械250和PSM 手臂204之间，在此处器械和PSM手臂的接口靠近区域602，从而提供 从非无菌机器人手臂基本密封的无菌区。器械250通过基本沿插入轴"A" (如箭头所示)的动作插入ISA 600。 ISA600前部、后部和侧面的部件可将器械固定或保持在手臂204，并且器械和ISA之间的连接能够经受
相对ISA的帷帘接口的轴向和径向负载。ISA壳体的"楔"设计可用于引 导器械至ISA上，以允许更初始时器械更加不对齐，同时仍实现正确连 接。也示出了可操作耦连于附件夹具264的手术附件266。
0104本发明的无菌转接件提供了经消毒的器械和非无菌机器人 手臂之间的连接方法和设备。该连接必须仍允许器械腕部轴(内俯仰、 内偏转、滚动以及器械抓取)的传输以及电传感器/信号的传输，而不会 破坏无菌状态。本转接件的另一关键原理在于(机械地)清晰限定转接 件至机器人手臂以及器械至转接件的啮合顺序。该清晰限定将使得啮合 可预测，因此允许可靠的探测啮合。所有不同的设计原理均具体限定了 正确连接器械至无菌转接件/机器人手臂的啮合顺序，它们是相似的，但 轴的传输区别很大。同样，这些设计的目的是使其充分有效地直接结合 于完整手臂帷帘，并且因此使其可丢弃。为支持该要求，许多复杂性已 从无菌接口去除并移入器械或机器人手臂内。 一些示例是移除无菌转接 件上的PCA和通路的使用、移除无菌转接件的弹簧并在机器人手臂上使 用弹簧负载输入端，以及重新设计无菌转接件内的部件使其可以被模制。
0105研究并定型了几种不同的方法和设备以改进机械啮合和无 菌屏障。这些不同的实施例被描述如下。
0106现参考图19，图示说明根据本发明实施例的称为"斜板"的 另一 ISA。 ISA 700包括帷帘接口 704，该接口 704包括处于区域702内 的帷帘部分。器械250包括器械输入端280、前突舌291和后突舌292， 该器械250可操作地耦连于ISA 700。
0107图20图示说明器械输入端280和帷帘接口 704之间的无菌 隔离部分701，且图21图示说明根据本发明这一实施例的器械输入端 280。在一个实施例中，帷帘接口 704包括底座705和内轴承，该内轴承 形成包括压槽706的旋转圆盘708。器械输入端280包括主轴282、内轴 承284、旋转圆盘288和旋转圆盘288上的凸块286。尽管帷帘部分701 处于输入端280和接口 704之间以有效保持无菌区，输入端280和接口 704的旋转圆盘288和708分别可旋转360度，并传递扭矩，并且帷帘部 分701沿上下方向弯曲而不撕裂。器械输入端280下落到位并与凸块286 对齐，在一个示例中该凸块286可以为球形或部分锥形，并且配合帷帘接口 704的旋转圆盘708上的压槽706。凸块286有助于保持器械的输入 端和机器人手臂(PSM)的输入端甚至在传递扭矩时对齐。在此实施例 中，多个帷帘接口 704中的每一个均可操作地耦连于各器械输入端280。0108图22A—22C和23A—23C图示说明器械250至本实施例 的ISA 700的啮合顺序。在图22A中，器械250的尖端首先置于手术附 件266 (如套管)内。然后，前突舌291被插入ISA700内，如图22B所 示。最后，后突舌292在ISA 700上滑动到位，如图22C所示。图23A 示出了插入到ISA 700中的前突舌291 ，同时后突舌292最初伸展并由隆 起(bump)阻挡。图23B示出后突舌292随器械250 (沿箭头A所指方 向)向前滑动继续向前滑动，且器械250落入ISA 700的适当位置。图 23C示出了器械壳体突舌292内的凸块卡入ISA 700内的沟槽710内以最 终接触啮合。
0109现参考图24A和24B ，图示说明根据本发明实施例的称为"瓶 颈输入端"的另一ISA。 ISA 800包括每个PSM输入端520 (图25A)的 独立帷帘接口 802。图24A示出四个帷帘接口 802其中之一的分解图， 且图24B示出帷帘接口区域的特写剖视图，特别是组装(如通过焊接) 帷帘接口的区域B。
0110图25A—25C更详细图示说明根据本发明这一实施例的 PSM输入端520和帷帘接口 802。 PSM输入端520包括校准部件522和 524，用于以特定的方位耦连至器械输入端(未示出)，但尖锐边缘最小 以最小化或减少帷帘撕裂，同时允许输入端不对齐。PSM输入端520 (图 25B)还包括弹簧528和板526，用以提供弹簧负载输入端。本实施例中 帷帘接口 802 (图25C)包括顶部802a和底部802b。顶部802a包括组 装在一起的环804和帷帘部分801 ，并且底部802b包括组装在一起的环 806和衬垫803。在连接帷帘部分801至环804期间，帷帘可被设置为一 种形态，以形成展开的袋子。顶部802a和底部802b被置于ISA壳体的 任一侧，并沿区域B组装，这可通过各种装置和方法完成，包括但不限 于焊接和粘接(图25A)。
0111如图25A中箭头"C"进一步所示，在将ISA 800安装到PSM 期间，PSM输入端520被压入帷帘接口 802，并且帷帘部分801变形为 覆盖PSM输入端520上顶面的形状。有利地，因隔膜不必对齐PSM输入端的具体部件，因此ISA 800可轻松啮合于PSM。 PSM输入端仅需要 被定位在帷帘接口 802的环内。
0112图26A—26E图示说明器械250和本实施例的ISA 800的啮 合顺序。器械尖端250首先被插入套管等手术附件内。然后，前突舌291 被插入ISA800内并移向ISA800的前部(如箭头A所示)，以便由ISA 壳体的前楔部810 (图26A)最终固定。前突舌291推动滑板812以启动 牵开板808向下远离ISA 800和器械250，从而确保PSM输入端没有贴 附于器械输入端，并且后突舌292由ISA壳体的后楔部820 (图26B) 固定。牵开板808的致动使得所有四个PSM输入端520下移远离器械250 (图26C)。 一旦前突舌291处于适当位置，滑动杠杆移动到适当位置(图 26D)。最后，前突舌291和后突舌292移入ISA壳体内的凹槽内，该凹 槽允许牵开板808向上返回移向器械250，并且器械和ISA之间的电触 点被连接。应注意尽管以上并未示出所有帷帘接口，但多个帷帘接口中 的每一个均可操作地耦连于各自的PSM输入端和器械输入端。
0113现参考图27A和27B，图示说明根据本发明实施例的称为"X 弹簧"的另一 ISA的俯视和仰视剖视图。ISA900包括固定构件902和904 (相对的两个其它固定构件902和904未示出)以及啮合PSM和/或手 术器械上电触点的电触点906。 ISA 900还包括顶部牵开板908、底部牵 开板909、包括ISA输入端913的帷帘接口 910、 ISA输入开孔911和用 于将帷帘部分901固定在适当位置的固定器912。
0114固定构件902和904用于将器械固定在ISA上，并且在一 个示例中，四个主要的角用于固定手术器械。在另一示例中，后固定构 件比前固定构件相距更远以产生楔效果，从而使手术器械从ISA后部移 向前部被引导到固定位置。
0115帷帘901夹于ISA各层之间，特别是夹于ISA壳体914和 固定器912之间以及顶部牵开板908和底部牵开板909之间。帷帘901 包括与ISA输入开孔911对齐且同心的帷帘孔903。
0116图28A和28B图示说明根据本发明实施例的帷帘接口 910 的ISA输入端的视图。每个输入端913均装配于输入开孔911内，并且 包括配合沟槽916。每个输入端913均具有分别固定于牵幵板908和909 顶段和底段之间从而被固定在输入开孔911内的较宽段。沟槽916 (图28A)贴合装配于开孔911内并形成曲折路径，以避免流体通过ISA并 到达机器人手臂。帷帘901内的帷帘孔903的边缘与输入端的沟槽916 对齐。在一个示例中，底部牵开板909固定帷帘接口 910、将帷帘901 固定在适当位置、避免顶部牵开板908在壳体914顶面上方移动，并增 加顶部牵开板908的硬度。
0117图29图示说明根据本发明实施例的PSM(包括输入端520) 的转接件接收部分500上方的ISA900的剖视图，而图30示图示说明根 据本发明实施例的可操作地耦连于图29所示组件的器械250 (包括输入 端280)的剖视图。
0118图31A—31E图示说明本实施例的器械250和ISA900的啮 合顺序。器械尖端250首先被插入套管(未示出)等手术附件内，并将 器械从ISA900的后部移向ISA900的前部，如箭头A所示(图31A和 31B)。当器械被定位在ISA900上方时，器械开始下压在顶部牵开板卯8 的杆918上，以将牵开板和ISA输入端从器械移开，并且确保器械输入 端不被贴附在ISA输入端(图31C和图31D)。当正确插入器械的前突舌 和后突舌时，顶部牵开板的中心杆918上移至器械的凹槽内，并且器械 输入端位于ISA输入端上方，准备啮合在输入端之间(图31E)。注意多 个帷帘接口中的每个均可操作地耦连于各自的PSM输入端和器械输入 端，虽然以上并未示出所有帷帘接口。
0119有利地，本发明的转接件、帷帘和手术系统提供具有操纵 器手臂的手术器械的改进的安装与连接，改进的无菌区的稳定性，并通 过用更多的形状匹配部件减少帷帘的尺寸来增加病人的可视性。
0120上述实施例图示说明但不限制本发明。也应理解，根据本 发明的原理可能有多种修改和变动。例如，销、槽、圆盘和齿的数量可 变化，但必须允许可操作地耦连在ISA、操纵器手臂和手术器械之间。 因此，本发明的范围仅由权利要求限定。
29
权利要求
1. 无菌转接件，包括外表面，其可操作耦连于无菌区内的无菌手术器械；内表面，其可操作耦连于机器人手术系统的非无菌的操纵器手臂；以及帷帘接口，通过它从所述操纵器手臂传递扭矩至所述手术器械。
2. 如权利要求1所述的转接件，其中所述外表面包括形成从近端至远 端渐窄的楔形的固定结构。
3. 如权利要求1所述的转接件，其中所述帷帘接口能够接收所述手术 器械的输入端和所述操纵器手臂的输入端。
4. 如权利要求1所述的转接件，其中所述帷帘接口包括所述手术器械 的输入端和所述操纵器手臂的输入端之间的帷帘段。
5. 如权利要求1所述的转接件，其中所述帷帘接口包括具有压槽的旋 转圆盘，该压槽用于接收所述手术器械的输入端。
6. 如权利要求1所述的转接件，其中所述帷帘接口包括帷帘段位于其 间的两个环。
7. 如权利要求1所述的转接件，进一步包括多个帷帘接口，每个帷帘 接口用于接收所述手术器械的输入端和所述操纵器手臂的输入端。
8. 如权利要求7所述的转接件，进一步包括具有多个帷帘接口的牵开板。
9. 如权利要求8所述的转接件，其中所述牵开板包括帷帘段位于其间 的顶部板和底部板。
10. 如权利要求1所述的转接件，进一步包括提供所述操纵器手臂和所 述手术器械之间电连通性的电触点。
11. 覆盖机器人手术系统的非无菌部分的无菌帷帘，所述无菌帷帘包括邻近执行手术程序的无菌区的外表面；接收所述机器人手术系统的所述非无菌部分的内表面；以及无菌转接件，其用于连接所述机器人手术系统的非无菌操纵器手臂和 所述无菌区内的手术器械，所述无菌转接件包括帷帘接口，通过所述帷帘 接口从所述操纵器手臂传递扭矩至所述手术器械。
12. 如权利要求ll所述的无菌帷帘，其中所述帷帘包括从下列组中选 择的材料聚乙烯、聚氨脂、聚碳酸脂和类似的弹性耐久材料。
13. 如权利要求ll所述的无菌帷帘，其中所述帷帘是较大帷帘的真空制成部分或独立模制部分。
14. 如权利要求ll所述的无菌帷帘，其中所述帷帘接口能够接收所述手术器械的输入端和所述操纵器手臂的输入端。
15. 如权利要求ll所述的无菌帷帘，其中所述帷帘接口包括所述手术 器械的输入端和所述操纵器手臂的输入端之间的帷帘段。
16. 如权利要求ll所述的无菌帷帘，其中所述帷帘接口包括具有压槽 的旋转圆盘，所述压槽用于接收所述手术器械的输入端。
17. 如权利要求11所述的无菌帷帘，其中所述帷帘接口包括两个附 连的环，用于固定其间的帷帘段。
18. '如权利要求11所述的无菌帷帘，其中所述无菌转接件包括多个帷帘接口，每个帷帘接口用于接收所述手术器械的输入端和所述操纵器 手臂的输入端。
19. 如权利要求ll所述的无菌帷帘，其中所述无菌转接件包括电触 点，所述电触点用于连接所述操纵器手臂上的电触点和所述手术器械上 电触点。
20. 在无菌区内执行手术程序的机器人手术系统，该系统包括非无菌区内的操纵器手臂； 无菌区内的手术器械；以及覆盖所述操纵器手臂以使所述操纵器手臂与所述无菌区隔开的无菌 帷帘，所述无菌帷帘包括帷帘接口，通过所述帷帘接口从所述操纵器手 臂传递扭矩至所述手术器械。
21. 如权利要求20所述的系统， 器手臂或内窥镜摄像机操纵器手臂。
22. 如权利要求20所述的系统， 材料聚乙烯、聚氨酯和聚碳酸酯。其中所述操纵器手臂是病人侧操纵 其中所述帷帘包括下列组中所选的
23. 如权利要求20所述的系统，其中所述手术器械是从包括夹钳、 剪刀、夹持器、持针器、显微切割仪、钉合器、钉机、吸灌工具、施夹 钳等具有末端执行器的铰接工具以及切割刀片、烧灼探头、灌洗器、导 液管和弓I流孔等非铰接器械的组中选择的。
24. 如权利要求20所述的系统，其中所述帷帘接口能够接收所述手 术器械的输入端和所述操纵器手臂的输入端。
25. 如权利要求20所述的系统，其中所述帷帘接口包括所述手术器 械的输入端和所述操纵器手臂的输入端之间的帷帘段。
26. 如权利要求20所述的系统，其中所述帷帘接口包括具有压槽的 旋转圆盘，所述压槽用于接收所述手术器械的输入端。
27. 如权利要求20所述的系统，其中所述帷帘接口包括两个附连的 环，用于固定其间的帷帘段。
28. 如权利要求20所述的系统，其中所述无菌转接件包括多个帷帘接 口 ，每个帷帘接口用于接收所述手术器械的输入端和所述操纵器手臂的输 入端。
全文摘要
提供了无菌转接件、具有整体无菌转接件的无菌帷帘以及包括具有帷帘接口的无菌帷帘的遥控机器人手术系统。转接件、帷帘和系统允许遮盖遥控机器人手术系统的部分以便保持无菌手术区和非无菌机器人系统之间的无菌屏障，同时也提供在机器人手臂和无菌区内手术器械之间传递机电能量以及信号的接口。
文档编号A61B1/00GK101426412SQ200680045307
公开日2009年5月6日 申请日期2006年12月20日 优先权日2005年12月20日
发明者J·奥尔班, R·德文根佐, S·C·安德森 申请人:直观外科手术公司