[发明专利]具有柱面坐标类型的操作器臂的医疗机器人系统

说明书

技术领域

本发明涉及医疗设备领域并且更具体地涉及用于实施医疗手术、特别 是诸如微创手术的外科手术的医疗机器人系统。

背景技术

众所周知，不同于剖腹手术，微创医疗手术具有在诊断或外科手术过 程中减少外部组织损伤的优点。该优点产生较短的患者恢复周期、更少的 不舒适及有害副作用，以及更少住院费用。目前，在普通外科、泌尿科、 妇科及心脏科，由诸如腹腔镜手术的微创技术完成的手术操作的数量有所 上涨。

然而，一般的微创技术并且特别是腹腔镜手术确实对外科医生实施手 术提出了更高的要求。外科医生以不舒适且易疲劳的姿势、有限的视野、 受限制的运动自由度及差的触觉感受进行操作。对于这些问题增加了一个 事实，即外科医生经常必须每天完成几个连续介入手术，每个介入手术持 续例如从30分钟到几个小时。尽管有这些困难，由于人口老龄化及医疗领 域花费的压力，微创手术的趋势大概将在未来几年显著增加。

在腹腔镜手术中，显然要求外科医生的动作与在剖腹手术中一样精确。 用在器械入口端的支点、即在患者体内的切口处周围减少到四个自由度的 运动灵活性操作长杆器械不会减轻该任务。所需姿势相当容易疲劳并且减 少了已被限制的对器械和组织间作用力的感知这一事实尤其会引发并发 症。例如，当外科医生站在患者旁边时，他必须举起并保持伸长他的一个 手臂以把握在患者另一侧插入的器械。结果，通常20-30分钟后外科医生的 活动能力衰减了，从而除此之外还出现发抖、缺乏精确性并缺乏触觉感知， 导致对患者产生危险。因而，出现了诸如机器人辅助腹腔镜手术的新技术， 它们的目标在于提高介入手术的效率、质量及安全性。

鉴于上述情况，机器人辅助的腹腔镜手术自从九十年代早期已显著发 展。两种代表性的可商业获得的医疗机器人系统为：由加利福利亚的桑尼 维尔市的Intuitive Surgical有限公司开发的商标名为“DA VINCI”的手术系 统，及最初由加利福利亚的戈拉塔市的Computer Motion有限公司开发的商 标名为“ZEUS”的手术系统。除此之外，名为“DA VINCI”的手术系统已被 Moll等人公开在US6659939、US6837883及其他具有相同受让人的专利文 件中。名为“ZEUS”的手术系统已被Wang等人公开在US6102850、 US5855583、US5762458、US5515478及其他属于加利福利亚的Goleta的 Computer Motion有限公司的专利文件中。

使用控制台上的可视反馈，这些远程操作的机器人系统允许从手术室 直接或从远处控制手术插入。在其他情形中，消除了外科医生易疲劳的姿 势。

除了这些机器人系统的高购买和维护费用之外，尤其由于缺少多功能 性使他们在医疗机构中的传播和接受受到限制。这两种系统均为心脏手术 专门设计，其中拓扑解剖结构恒定，工作空间小，并且因而仅在有限空间 内要求精确的器械移动及灵敏性。相应地，这些系统的机械设计不易于适 合用于其他手术类型(包括妇科、泌尿科和普通外科)，在所述其他手术类 型中，操作空间比心脏手术大，解剖结构拓扑可变(甚至有时不可预测)， 并且组织和器官的机械性能不同。

不考虑这两个特殊系统，医疗机器人系统中操作器的机械设计通常留 出足够的空间用于改善多个方面，其中之一是系统的多功能性。

发明内容

因此，在此提出的本发明的一个目的在于提供一种用于实施医疗手术 的医疗机器人系统，其包括具有改善的运动学构造的机器人操作器。