[发明专利]用于紧凑型冗余感应力传感器的设备和方法

说明书

一种医疗设备包括机械结构和力传感器单元。力传感器单元包括安装支架、第一棒、第二棒、第一磁体、第二磁体、耦连到安装支架的第一线圈和耦连到安装支架的第二线圈。第一棒和第二棒各自具有限定在相应的第一棒和第二棒的近侧部分和远侧部分之间的中心轴线。第二棒的中心轴线与第一棒的中心轴线不同轴。第一磁体被耦连到第一棒并且沿着第一棒的中心轴线在第一线圈内平移。类似地，第二磁体被耦连到第二棒并且沿着第二棒的中心轴线在第二线圈内平移。

相关申请

本专利申请要求(2020年9月14日提交)题为“Devices and Method for Compact,Redundant Inductive Force Sensor(用于紧凑型冗余感应力传感器的设备和方法)”的美国临时专利申请号63/077,833的优先权，其公开内容通过引用整体并入本文。

本专利申请与(2020年9月14日提交的)题为“COMPACT,DIFFERENTIAL,COAXIALINDUCTIVE FORCE SENSOR(紧凑型差动同轴感应力传感器)”的PCT国际专利申请号PCT/US2020/050696和(2019年9月17日提交的)题为“COMPACT,DIFFERENTIAL,COAXIALINDUCTIVE FORCE SENSOR”的美国临时专利申请第62/901,729号相关，其每篇公开内容均通过引用整体并入本文。

技术领域

本文描述的实施例涉及力感测机械结构，更具体地涉及医疗设备，并且更具体地涉及用于微创外科手术的器械。更具体地，本文描述的实施例涉及包括力传感器单元的医疗设备，该力传感器单元耦连到医疗设备的机械结构并且用于测量在外科手术程序期间施加到医疗设备的末端执行器的轴向力。

背景技术

用于微创医疗干预的已知技术采用器械来操纵组织，这些器械可以被手动控制或经由通过至少部分计算机辅助操作的手持式或机械接地的远程操作医疗系统(“远程手术系统”)来控制。许多已知的医疗器械包括治疗或诊断末端执行器(例如，镍子、切割工具或烧灼工具)，其安装在轴的远端处的可选腕部机构上。在医疗程序中，末端执行器、腕部机构和轴的远端被插入到患者的小切口或自然孔口，以将末端执行器定位在患者体内的工作部位。可选的腕部机构可以用于改变末端执行器相对于轴的位置和取向，以在工作部位处执行期望的程序。在已知器械中，器械的整体运动为末端执行器的移动提供机械自由度(DOF)，并且腕部机构通常为末端执行器相对于器械的轴的移动提供期望的DOF。例如，对于镊子或其他抓取工具，已知的腕部机构能够改变末端执行器相对于轴的俯仰和偏航。腕部可以可选地为末端执行器提供滚动DOF，或者可以通过滚动轴来实现滚动DOF。末端执行器可以可选地具有额外的机械DOF，诸如夹爪或刀片运动。在某些情况下，腕部和末端执行器的机械DOF可以被结合。例如，(1997年5月16日提交的)美国专利第US5,792,135号公开了一种结合了腕部和末端执行器夹爪DOF的机构。

为了使腕部机构和末端执行器能够进行期望的移动，已知器械包括机械连接器(例如，电缆)，其延伸穿过器械的轴并且将远侧腕部机构连接到用于移动连接器以操作腕部机构的近侧机械结构。对于远程手术系统，机械结构通常由电机驱动并且可操作地耦连到处理系统，以为临床用户(例如，外科医生)提供用户界面，以控制整个器械以及器械的部件和功能。

力感测外科手术器械是已知的，并且与相关联的远程手术系统一起在医疗程序中向临床用户产生相关联的触觉反馈，这为执行该程序的临床医生带来更好的沉浸感、真实感和直观性。为了有效的触觉渲染和准确性，力传感器被放置在医疗器械上。一种方法是包括力传感器单元，该力传感器单元被附连到医疗器械的近侧机械结构和/或并入其内并且可以用于测量施加在医疗器械的末端执行器上的轴向力。这些力测量是在器械轴处或附近测量的，并且用于在主控制设备的输入端产生触觉反馈力，以向用户提供医疗器械施加到例如患者组织的力的指示。也就是说，器械施加在诸如组织或缝合线的对象上的力通过器械上来自这些对象的相应反作用力来指示，并且感测到的反作用力作为触觉感觉传送给用户。