Роботизированная хирургическая система для выполнения минимальных инвазивных вмешательств

Роботизированная хирургическая система для выполнения минимальных инвазивных вмешательств

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники, к которой относится изобретение

Заявляемое изобретение относится к области медицинского оборудования, а точнее к роботизированной хирургической системе для выполнения минимальных инвазивных вмешательств, в частности лапароскопических процедур.

Предпосылки изобретения

Хорошо известно, что в противоположность лапаротомии, минимальное инвазивное медицинское вмешательство имеет преимущество, выражаемое в сокращении количества окружающей ткани, которая поражается во время диагностического или хирургического вмешательства. Это приводит к сокращению времени выздоровления пациента, уменьшению дискомфортных и вредоносных побочных эффектов и снижению затрат пребывания в больнице. В настоящее время, в общей хирургии, урологии, гинекологии и кардиологических специальностях идет увеличение количества хирургических операций, выполненных минимальным инвазивным методом, таким как лапароскопическим методом.

Однако минимальные инвазивные методы в целом и лапароскопии, в частности, устанавливают более жесткие требования для выполняющих операцию хирургов. Хирург проводит операцию в неудобных условиях и изнурительных позах в ограниченном поле зрения, стесненной свободой передвижения и плохим тактильным ощущением. К данным проблемам добавляется тот факт, что хирургам часто приходится выполнять несколько последовательных вмешательств в день, при этом каждое продолжается, например, от 30 минут до нескольких часов. Несмотря на данные трудности, тенденция минимальных инвазивных вмешательств, вероятно, резко возрастет в ближайшие годы, ввиду старения населения и давления цен в медицинской отрасли.

В лапароскопии от хирурга, очевидно, потребуется быть таким же точным в своих движениях, как в лапаротомии. Манипулирование инструментами с длинными ручками со свободой движения, ограниченной до четырех степеней свободы, вокруг точки опоры в месте ввода инструмента, т.е. в месте вмешательства в тело пациента, не облегчает данное задание. Среди прочего осложнения возникают в тех случаях, когда необходимая поза является довольно утомительной и снижает уже ограниченное восприятие сил, взаимодействующих между инструментом и тканью. Например, когда хирург стоит около пациента, он должен поднять и сохранять вытянутой одну из своих рук для того, чтобы удержать инструмент, вставленный на противоположной стороне пациента. В результате моторные способности хирурга ослабевают, как правило, через 20-30 минут так, что среди прочего возникает дрожь, потеря точности и потеря тактильной чувствительности, представляющие риск для пациента. Поэтому на свет появляются новые технологии, такие как роботизированная лапароскопия, нацеленные на повышение эффективности, качества и безопасности операционных вмешательств.

Принимая во внимание вышесказанное, роботизированная лапароскопия познала значительное развитие в начале девяностых годов. Две типичные, серийно выпускаемые роботизированные хирургические системы - это хирургическая система, известная под торговой маркой "DA VINCI", разработанная компанией Intuitive Surgical Inc., Саннивейл, Калифорния, и хирургическая система, известная под торговой маркой "ZEUS", первоначально разработанная компанией Computer Motion Inc., Голета, Калифорния. Хирургическая система, известная под именем "DA VINCI", описана помимо других Молом и др. (Moll et al.) в патентах US 6,659,939; US 6,837,883 и других патентных документах того же самого патентообладателя. Хирургическая система, известная под именем "ZEUS", описана помимо других Вонг и др. (Wang et al.) в патентах US 6,102,850; US 5,855,583; US 5,762,458; US 5,515,478 и другой патентной литературе, переуступленной компании Computer Motion Inc., Голета, Калифорния.

Данные роботизированные установки с телеуправлением позволяют контроль хирургического вмешательства либо напрямую из операционного зала, либо из удаленного местоположения, используя обратный визуальный контроль на панели управления. В любых случаях утомительная поза хирурга исключается.

Обе данные системы были разработаны специально для кардиологической хирургии, в которой топологическая анатомия постоянна, рабочее место мало, и поэтому точность движения инструмента и манипуляционные возможности требуются только в ограниченном пространстве. Для того чтобы увеличить возможность достижения и перемещения в данном ограниченном пространстве, для использования с каждой из этих систем соответственно был разработан обширный диапазон узкоспециальных инструментов, которые предлагают одну или более дополнительных степеней свободы на кончике инструмента. В отношении данных узкоспециальных инструментов их высокая стоимость приобретения и короткий срок службы в силу стерилизации увеличивают общие эксплуатационные расходы. По мнению опытных хирургов, шарнирные инструменты в лапароскопии не являются необходимыми для большинства процедур, и использование стандартных инструментов представляло бы, среди прочего, значительное сокращение эксплуатационных затрат.

Цель изобретения

Исходя из этого, целью заявляемого изобретения является разработка роботизированной хирургической системы для выполнения минимального инвазивного вмешательства, содержащую робота - манипулятора, который выполнен таким образом, что позволяет использование доступных стандартных инструментов, которые были разработаны для обычных, неавтоматизированных процедур.

Общее описание изобретения

Для достижения данной цели предлагается роботизированная хирургическая система для выполнения минимальных инвазивных хирургических вмешательств, содержащая робота - манипулятора для роботизированного манипулирования лапароскопическим инструментом, при этом робот - манипулятор имеет руку манипулятора, запястный шарнир манипулятора, поддерживаемый рукой манипулятора, и исполнительный блок, поддерживаемый запястным шарниром манипулятора, как изложено ниже. В соответствии с одним аспектом предлагаемого изобретения рука манипулятора обеспечивает три степени свободы посредством первого сочленения, второго сочленения и третьего сочленения, при этом каждое из них имеет взаимосвязанный привод для роботизированного координатного перемещения запястного шарнира. Запястный шарнир манипулятора обеспечивает две степени свободы посредством четвертого сочленения и пятого сочленения, при этом четвертое и пятое сочленения являются вращательными сочленениями и имеют соответствующий привод для роботизированной настройки угла наклона в поперечном направлении и угла наклона в продольном направлении исполнительного блока соответственно. Исполнительный блок содержит привод лапароскопического инструмента и обеспечивает одну степень свободы посредством вращательного шестого сочленения, имеющего взаимосвязанный привод для роботизированной настройки угла поворота привода лапароскопического инструмента. Другими словами, приводимое в действие шестое вращательное сочленение позволяет вращение не только инструмента, но также всей приводной части инструмента исполнительного блока. Более того, в соответствии с другим аспектом предлагаемого изобретения привод лапароскопического инструмента содержит гнездо с взаимосвязанным механизмом сцепления для прикрепления переходника хвостовика инструмента к исполнительному блоку, и приводной механизм, взаимодействующий с переходником хвостовика инструмента для приведения в действие соединенного с переходником лапароскопического инструмента. Исполнительный блок скомпонован таким образом, что ось вращения шестого вращательного сочленения совпадает с продольной осью лапароскопического инструмента при его прикреплении к исполнительному блоку посредством переходника хвостовика инструмента, и исполнительный блок содержит датчик в сборе, включающий в себя датчик силомоментного очувствления с шестью степенями свободы и акселерометр с шестью степенями свободы. Датчик в сборе механически соединяет привод лапароскопического инструмента с шестым вращательным сочленением. Другими словами, датчик в сборе расположен между приводом лапароскопического инструмента и приводной стороной шестого вращательного сочленения таким образом, что он вращается с приводом лапароскопического инструмента. Это позволяет, помимо прочего, ручной режим работы, в котором весь привод лапароскопического инструмента может быть координатно перемещен и сориентирован вручную, используя датчик в сборе в качестве устройства ввода, управляющего приведением в действие шести сочленений робота - манипулятора.

Благодаря роботизированному приведению в действие шести степеней свободы для манипулирования инструментом робот - манипулятор обеспечивает на закрепленном лапароскопическом инструменте маневренность, сравнимую с движениями рук хирурга, не требуя каких-либо избыточных сочленений. Посредством гнезда и разработанного для переходника хвостовика инструмента механизма сцепления привод лапароскопического инструмента обеспечивает типичный интерфейс для широкого разнообразия существующих лапароскопических инструментов стандартного типа, разработанных для ручной лапароскопии. Более того, размещенный между подсоединенным инструментом и шестым сочленением робота - манипулятора датчик в сборе позволяет точную обратную связь по усилию на осязательном интерфейсе на панели управления хирурга с целью обеспечения хирурга чувственным восприятием, соответствующим ручному манипулированию инструментами. Становится понятным, что линейный и угловой акселерометр используют для компенсации влияния гравитации и ускорения на датчик силомоментного очувствления. Данные признаки позволяют использование на описываемом роботе - манипуляторе сравнительно недорогих стандартных типовых инструментов (например, зажимы, прозекторы, ножницы, коагуляторы, устройства наложения скоб, иглодержатели, электроскальпели, инструменты по отсасыванию/промыванию и т.п.).

Становится понятным, что система обеспечивает необходимую маневренность с минимальным количеством сочленений, т.е. с 6 степенями свободы - только с 6 сочленениями. Никакие другие избыточные сочленений для движения манипулятора не предусмотрены. В частности, не требуются специальные инструменты с шарнирно соединенными дальними концами инструмента. Более того, все сочленения приводятся в действие, т.е. необходимо сказать, что в роботе-манипуляторе нет пассивных (не приводных) или свободно вращающихся сочленений, в силу чего управление роботом в значительной степени усовершенствовано. Устранение избыточных пассивных сочленений, которые широко используются в известных системах, например, для предотвращения трокарного воздействия, достигается, помимо прочего, путем установки датчика в сборе на интерфейсе между шестым сочленением и приводом лапароскопического инструмента. Данное размещение датчика в сборе позволяет измерение силы и ограничение реакции связи не только на уровне кончика инструмента, но также на уровне трокара. Еще одна особенность усматривается в том, что все сочленения запястного шарнира и исполнительного органа являются вращаемыми, т.е. на этих частях нет призматических сочленений.

Многие существующие роботизированные хирургические системы испытывают недостаток обратной связи по усилию и, таким образом, не обеспечивают хирурга восприятием прилагаемых к тканям пациента сил. Таким образом, хирург может надеяться только на визуальную обратную связь своих движений для того, чтобы ограничить воздействие инструмента на ткани. Фактически, обратная связь по усилию значительно облегчает безопасность при использовании роботов для хирургической лапароскопии. В дополнение, тактильное очувствление является существенным для ощупывания органов, для удержания упругих органов инструментом, который отсутствует в поле видимости эндоскопа, для применения достаточного натяжения для сшивания и избежания разрывов, для обнаружения чрезмерных сил, прилагаемых к органам и, следовательно, прекращения или ограничения движения, для ограничения сил, прилагаемых на трокарное рассечение, и т.п. В работе "Разработка приводных пинцетов и пинцетов со встроенным датчиком для роботизированной хирургии минимальной инвазии", Б.Кюблер, У.Зайболд и Г.Хирцингер ("Development of actuated and sensor integrated forcepts for minimally invasive robotic surgery", B. Kübler, U. Seibold, и G. Hirzinger) - Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Computer - und Roboterassistierte Chirurgie (CURAC), Октябрь 8-9, 2004, Мюнхен, Германия; был представлен миниатюрный датчик силомоментного очувствления 6 степеней подвижности, установленный на кончике инструмента. Данная концепция имеет несколько недостатков, среди которых повышенные затраты на инструмент, недостаточность эксплуатационной надежности в отношении стерилизации, и проблемы экранирования от внутренних радиопомех при использовании с электроприводными инструментами. Другой проблемой, которая не может быть решена установленными в хвостовике инструмента датчиками, является замер приложенных к трокару внешних сил, формирующих входное отверстие для инструмента на надрезе тела пациента. Фактически, данные силы пробивают разрез и могут ослабить насадку трокара. В силу этого иногда трокар непреднамеренно вытягивается из надреза во время операции. Хорошо известно, что такой инцидент провоцирует помимо вреда нанесенного тканям пациента потерю инсуффляции внутрибрюшного давления и, таким образом, увеличивает продолжительность хирургического вмешательства, поскольку ситуация требует исправления. Благодаря датчику силомоментного очувствления на исполнительном блоке для избежания открепления трокара могут быть применены автоматические процедуры.

В статье "К роботизированной хирургии сердца. Введение автономных процедур в экспериментальную хирургическую дистанционно управляемую манипуляторную систему", Р. Бауерншмитт, Е.У. Ширмбек и другие ("Towards robotic heart surgery: Introduction of autonomous procedures into an experimental surgical telemanipulator system", R. Bauernschmitt, E.U. Schirmbeck et al.). - Межотраслевой научный журнал Медицинские роботизированные системы и хирургия, осуществляемая посредством компьютеров (Int. J. Medical Robotics and Computer assisted Surgery), Сентябрь 2005 (доступная на www.roboticpublications.com), авторы признают нехватку силоизмерений и возможностей обратной связи по усилию в качестве основного препятствия доступных в настоящий момент систем. Описанная в данной статье система содержит промышленный робот, к которому крепится инструмент компании Intuitive Surgical Inc., который был разработан для системы "DA VINCI". Для того чтобы обеспечить измерение силы, инструмент был модифицирован. Он оснащен тензодатчиками, размещенными на оси инструмента около конца манипулятора со стороны рабочего органа. Данная система в отличие от описываемой здесь системы позволяет измерение усилия только в плоскости, перпендикулярной оси инструмента, и требует использования дорогих узкоспециальных инструментов, которые были разработаны для роботизированных систем и обеспечивают на конце манипулятора со стороны рабочего органа три дополнительные степени свободы.

Другим существенным аспектом является многоплановость роботизированной хирургической системы. Существующие роботизированные хирургические системы, как правило, разрабатываются для определенного типа хирургического вмешательства. Системы "DA VINCI" и "ZEUS", например, были разработаны специально для кардиологической хирургии. Поэтому, как уже упоминалось выше, данные системы разработаны для специальных шарнирных инструментов. Более того, из-за ограниченного рабочего пространства при кардиологических хирургических вмешательствах передвижение инструмента, как правило, в данных системах уменьшено по отношению к командам хирурга на тактильном интерфейсе. В общей лапароскопической хирургии (включая гинекологию и урологию), рабочее пространство больше, чем в кардиологии, анатомическая топология варьируется (даже иногда непредсказуемо), и механические свойства ткани и органов различны. Большее рабочее пространство влечет за собой больший диапазон перемещения инструмента и требует соотношения фактического движения к интерфейсному как 1:1. Как результат, в общей лапароскопии необходима увеличенная динамика движений для того, чтобы точно следовать движению руки хирурга. Из экспериментальных попыток было выявлено, что рука хирурга имеет высокую скорость в малом рабочем пространстве, и поэтому очень большое ускорение. Скорость может достигать до 100°/с вдоль поворотных угла наклона в поперечном направлении и угла наклона в продольном направлении и 200 мм/с в направлении проникновения. При соотношении перемещения в упомянутых условиях как 1:1 система подвержена вибрации, колебанию и потере точности. Описанный более подробно ниже робот-манипулятор разработан для уменьшения таких проблем и, следовательно, более удобен для многообразия хирургических вмешательств.

Другим недостатком, связанным со специальными шарнирными лапароскопическими инструментами, является то, что телеоперация на основе управления кончиком шарнирного инструмента является менее интуитивной, чем ожидалось опытными лапароскопическими хирургами.

Многие существующие системы имеют, кроме манипулятора для эндоскопа, только по существу два манипулятора для хирургических инструментов. Это влечет за собой увеличение времени хирургического вмешательства из-за частой и сложной процедуры замены инструмента. В типичном вмешательстве хирург использует от пяти до семи различных типов инструментов и часто требует их замены до нескольких десятков раз. Обычно замена инструмента требует от 5 до 10 секунд в зависимости от квалификации ассистента хирурга, и эти замены составляют значительное время в общей продолжительности операции (до приблизительно 10-20%). Многие существующие роботизированные системы не совсем удобны для типичных хирургических вмешательств, требующих три или четыре входных отверстия для вставления инструмента. Другие системы ограничены до диагностических вмешательств, которые, как правило, короче по продолжительности (около 20 минут) и часто не оправдывают стоимость роботизированной системы. В идеале, роботизированная хирургическая система должна быть модульной и иметь способность справляться с 4-мя входными отверстиями для вставления инструмента и одним входным отверстием для эндоскопа. Значительным ограничением, касающимся конструкции подходящих манипуляторов, является то, что некоторые входные отверстия могут быть удалены друг от друга только на несколько сантиметров, а соответствующие инструменты могут потребовать размещения, близкого к параллельному или один над другим. В дополнение желательно, чтобы манипуляторы не ограничивали чрезмерно взгляд хирурга на тело пациента и входные отверстия. Роботизированная хирургическая система благодаря различным другим описанным ниже признакам, и рассматриваемым по существу как обладающие признаками изобретения, среди всего прочего решает вышеупомянутые вопросы.

В предпочтительном варианте осуществления робота-манипулятора исполнительный блок скомпонован таким образом, что одна ось датчика, например вертикальная ось датчика силомоментного очувствления с шестью степенями свободы, и одна ось датчика, например вертикальная ось акселерометра с шестью степенями свободы, совпадают с осью вращения шестого сочленения. Данные меры облегчают расчеты обратной связи по усилию.

Предпочтительно, когда привод лапароскопического инструмента содержит корпус с поверхностью доступа, в которой расположено гнездо, стыковочный фланец, который крепит корпус к датчику в сборе и закругленные ребра жесткости, соединяющие поверхность доступа со стыковочным фланцем для усиления жесткости крепления корпуса к стыковочному фланцу. Таким образом, моменты и усилия передаются к датчику в сборе более точно, даже если поперечное сечение привода лапароскопического инструмента намного меньше, чем поперечное сечение монтажной пластины датчика.

Для улучшенной эргономики корпус выполнен по существу полуцилиндрическим, имеющим по существу полуцилиндрическую поверхность, противоположную поверхности доступа. Полуцилиндрическая поверхность предпочтительно выполнена в соответствии с цилиндрической оболочкой 50-135 мм, предпочтительно около 90 мм в диаметре, и соосной с осью вращения шестого сочленения. В таком варианте осуществления также предпочтительно, что корпус, фланец, ребра жесткости и датчик в сборе имеют такие размеры, чтобы быть встроенными в цилиндрическую оболочку. В дополнение, присоединенный переходник инструмента предпочтительно разработан таким образом, чтобы он при прикреплении к манипулятору плотно входил в эту оболочку.

В предпочтительной конфигурации гнездо привода лапароскопического инструмента содержит вытянутое, по существу полуцилиндрическое углубление, расположенное по существу соосно с осью вращения шестого сочленения в поверхности доступа привода лапароскопического инструмента, при этом гнездо и механизм сцепления скомпонованы для установки и снятия переходника хвостовика инструмента посредством движения в плоскости, которая перпендикулярна переходнику инструмента, т.е. в радиальном направлении к оси вращения шестого сочленения. Полуцилиндрическое углубление обеспечивает самоцентрирование переходника, когда последний подсоединен. Более того, данная конфигурация, объединенная с возможностью вручную приводить в действие вращательное шестое сочленение и в нормальных условиях объединенная с автоматической процедурой для передвижения инструмента рядом с отверстием входа, позволяет боковую установку и выемку инструмента и, таким образом, упраздняет движения вставки и выемки в направлении проникновения в тело пациента. Более того, улучшена эргономика для помощника хирурга и по сравнению с известными системами снижено время замены инструмента.

В предпочтительном варианте осуществления механизма сцепления последний содержит по меньшей мере одно магнитное устройство, например электромагнит, или постоянный магнит, или комбинацию обоих, соответственно размещенную по обеим сторонам полуцилиндрического углубления. Магнитные устройства, предпочтительно размещенные в поверхности доступа и на уровне к поверхности доступа, позволяют прикрепление переходника хвостовика инструмента к приводу лапароскопического инструмента посредством магнитного притяжения. Данный механизм сцепления снижает риск повреждения стерильной пленки, покрывающей привод лапароскопического инструмента во время хирургического вмешательства, в силу того, что последний не нуждается в стерилизации в данном случае.

В другом простом и надежном варианте осуществления, позволяющем боковой монтаж и выемку инструментов, гнездо содержит продольную канавку, радиально углубляющую полуцилиндрическое углубление для приема средств сцепления, размещенных сбоку на переходнике хвостовика инструмента, и в котором механизм сцепления скомпонован в виде запорного механизма, содержащего скользящую собачку, размещенную в продольной канавке для зацепления со средствами сцепления. Данный тип гнезда и запорного механизма во взаимодействии с соответствующим переходником обеспечивает механически простое, интуитивное и надежное быстроразъемное соединение.

Приводной механизм, использованный для приведенных в действие инструментов, таких как зажим или анатомический пинцет и т.п., содержит скользящую каретку, скомпонованную для зацепляющего приема и для линейного скольжения скользящего штифта переходника хвостовика инструмента, прикрепленного к исполнительному блоку.

В случае если гнездо вытянуто вдоль оси вращения шестого сочленения, скользящая каретка размещена сбоку от гнезда, т.е. в сторону от гнезда по сравнению с продолжением оси. Таким образом, можно достичь сокращения длины исполнительного блока. Более того, предпочтительно приводной механизм содержит датчик усилия, который соединяет скользящую каретку со средствами привода. Такой датчик усилия позволяет измерение усилий, приложенных скользящей кареткой или к скользящей каретке

В предпочитаемом варианте осуществления изобретения привод лапароскопического инструмента содержит детектор присутствия для определения правильности прикрепления переходника хвостовика инструмента к исполнительному блоку. Предпочтительно переходник хвостовика лапароскопического инструмента содержит множество индуктивных датчиков присутствия для идентификации прикрепленного инструмента к блоку исполнительного органа посредством индуктивно идентифицируемого образа, предусмотренного на переходнике хвостовика инструмента.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения роботизированная хирургическая система сконфигурирована для работы в ручном режиме, в котором привод лапароскопического инструмента может быть размещен и направлен роботизированным манипулятором, используя информацию, считанную датчиком силомоментного очувствления с шестью степенями свободы, и содержит также средства переключения, размещенные на приводе лапароскопического инструмента для переключения системы в ручной режим.

Другой аспект заявляемого изобретения относится к переходнику хвостовика лапароскопического инструмента для присоединения хвостовика любого доступного ручного лапароскопического инструмента к роботу-манипулятору в роботизированной хирургической системе, как здесь описано. Данный переходник содержит вытянутый корпус, имеющий размещенный на переднем торце разъем хвостовика, и элемент или средства сцепления, размещенные сбоку корпуса. Разъем хвостовика взаимодействует с гнездом хвостовика ручного лапароскопического инструмента и скомпонован для отделяемого от него присоединения. Средства сцепления, в свою очередь, взаимодействуют с гнездом привода лапароскопического инструмента робота-манипулятора.

Для ручных хирургических вмешательств доступны многие различные лапароскопические инструменты, предназначенные для широкого разнообразия использования. Большинство из этих инструментов могут подразделяться на участок ручки, который предполагается для манипуляций хирурга, и участок хвостовика, т.е. вытянутой лапароскопической трубки или стержня с используемым инструментом на одном конце и гнездом, соединяющимся с ручкой на другом конце. Снабженный соответствующим разъемом переходник, как описано здесь, позволяет использование любого типа участка хвостовика такого инструмента на роботизированном манипуляторе, как описано выше. Переходник имеет очень простую, недорогую и прочную конструкцию. Таким образом, сочетая стандартные сравнительно недорогие инструменты, переходник хвостовика инструмента снижает затраты на приобретение и обслуживание медицинских инструментов, которые используются в комбинации с роботизированной системой.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения переходника хвостовика его средства сцепления содержат полуцилиндрическую поверхность или, альтернативно, весь корпус может иметь по существу цилиндрическую форму, по возможности, с округленным торцом напротив разъема хвостовика. В обоих случаях форма или поверхность соответствует вышеупомянутому полуцилиндрическому углублению гнезда в приводе лапароскопического инструмента робота-манипулятора. Это позволяет центрирование переходника хвостовика инструмента на оси вращения шестого сочленения.

Для лапароскопического инструмента с приводной тягой, например, зажима или анатомического пинцета, ножниц и т.п., переходник хвостовика лапароскопического инструмента содержит внутреннюю цилиндрическую полость в качестве направляющей для плунжера ручного лапароскопического инструмента, который может быть размещен со скольжением в направляющей. Далее, в предпочтительном варианте осуществления он содержит сквозное отверстие для скользящего штифта, прикрепленного перпендикулярно плунжеру и выступающему из корпуса для управления плунжером. Скользящий штифт скомпонован для зацепления скользящей каретки привода лапароскопического инструмента, и плунжер взаимодействует с внутренней приводной тягой лапароскопического инструмента, соединенного с переходником для работы инструмента на кончике лапароскопического инструмента. Данная конфигурация переходника и соответствующий привод лапароскопического инструмента обеспечивает простую и надежную передачу движения, и более того, устраняет дополнительные шаги для осуществления передачи движения при установке или выемке инструмента на исполнительном блоке. Благодаря конструкции переходника и соответствующему сцеплению на роботе-манипуляторе время замены инструмента снижается, что содействует общему сокращению времени хирургического вмешательства.

Для прикрепления переходника хвостовика инструмента к приводу лапароскопического инструмента посредством магнитного притяжения, производимого магнитными устройствами, предпочтительно, что средства сцепления содержат по меньшей мере один ферромагнитный элемент, размещенный на одной из сторон корпуса, при этом ферромагнитные элементы соответственно взаимодействуют с соответствующим магнитным устройством механизма сцепления на приводе лапароскопического элемента. В данном варианте осуществления изобретения переходник хвостовика инструмента предпочтительно содержит также рычаг для снятия (открепления) переходника с привода лапароскопического инструмента.

Для того чтобы позволить идентификацию инструмента, используя индуктивные датчики присутствия, переходник может содержать индуктивно идентифицируемый образ, предусмотренный на хвостовике инструмента. Более того, переходник может содержать электрический разъем, размещенный противоположно средствам сцепления для передачи электроэнергии подсоединенному к разъему хвостовика инструменту.

Краткое описание фигур

Вышеупомянутые аспекты, также как и другие изобретательские аспекты и предметы настоящего изобретения становятся очевидными из следующего подробного описания не ограничивающего варианта со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:

Фигура 1: является перспективным изображением роботизированной хирургической системы для универсальной хирургической лапароскопии в операционном зале с тремя роботизированными манипуляторами, установленными вокруг операционного стола, на котором лежит пациент;

Фигура 2: является перспективным изображением роботизированной хирургической системы для универсальной хирургической лапароскопии с пятью роботизированными манипуляторами;

Фигура 3: является перспективным изображением робота-манипулятора роботизированной хирургической системы фигуры 1 и фигуры 2, показывающим основные координатные системы;

Фигура 4: является перспективным изображением робота-манипулятора фигуры 3, частично разобранного на основные части;

Фигура 5: является блок-схемой кинематической конфигурации робота-манипулятора фигуры 3, включающего сочленения J1 - J6;

Фигура 6: является видом сверху роботизированной хирургической системы с пятью роботизированными манипуляторами, иллюстрирующим коробки распознавания 2 D столкновения, включающие в себя компоненты манипулятора;

Фигура 7: является перспективным изображением основания робота-манипулятора фигуры 3;

Фигура 8: является видом сверху роботизированной хирургической системы, показывающим лазерное 2 D распознавание для того, чтобы распознать приближение помощника хирурга к манипулятору робота.

Фигура 9: является перспективным изображением внутренних компонентов сочленений J1, J2 и J3 робота-манипулятора фигуры 3;

Фигура 10: является перспективным изображением внутренних компонентов сочленения J2, робота-манипулятора фигуры 3;

Фигура 11: является первым перспективным изображением внутренних компонентов запястного шарнира-манипулятора, включающего в себя сочленения J4 и J5;

Фигура 12: является вторым перспективным изображением внутренних компонентов запястного шарнира манипулятора, включающего в себя сочленения J4 и J5;

Фигура 13: является третьим перспективным изображением внутренних компонентов запястного шарнира манипулятора, включающего сочленения J4 и J5;

Фигура 14: является перспективным изображением, показывающим исполнительный блок робота-манипулятора фигуры 3 и приспособленный инструмент, который должен быть соединен с исполнительным блоком;

Фигура 15: является перспективным изображением основных внутренних компонентов исполнительного блока фигуры 14;

Фигура 16: является перспективным изображением системы координат опорной точки;

Фигура 17: является перспективным изображением переходника инструментального стержня (ПИС) и соответствующий инструментальный стержень;

Фигура 18: является увеличенным перспективным видом привода лапароскопического инструмента (ПЛИ), как показано на фигуре 14;

Фигура 19: является перспективным изображением привода в сборе в ПЛИ фигуры 18;

Фигура 20: является перспективным изображением снизу, показывающим другие внутренние компоненты ПЛИ, показанные на фигуре 18;

Фигура 21: является перспективным изображением сверху, показывающим другие внутренние компоненты ПЛИ, показанные на фигуре 18;

Фигура 22: является перспективным изображением, показывающим механизм сочленения, используемый в ПЛИ, показанный на фигуре 18;

Фигура 23: является перспективным изображением робота-манипулятора в соответствии с фигурой 3, имеющим модифицированный запястный шарнир манипулятора;

Фигура 24: является перспективным изображением роботизированной хирургической системы для универсальной хирургической лапароскопии с четырьмя роботизированными манипуляторами в соответствии с фигурой 23 и один робот-манипулятор в соответствии с фигурой 3;

Фигура 25: является перспективным изображением варианта осуществления привода лапароскопического инструмента (ПЛИ) для использования в исполнительном блоке, показанном на фигуре 14;

Фигура 26: является перспективным изображением ПЛИ фигуры 24 с вариантом осуществления переходника инструментального стержня (ПИС), соединенного с ПЛИ;

Фигура 27: является перспективным изображением привода в сборе используемого в ПЛИ фигуры 24;

Фигура 28: является другим перспективным изображением ПИС, показанного на фигуре 26;

Фигура 29: является частично вскрытым перспективным изображением ПИС, показанного на фигуре 26;

Фигура 30: является другим частично вскрытым перспективным изображением ПИС, показанного на фигуре 26 и фигуре 28 с другим инструментом, подсоединенным к переходнику.

На этих чертежах для всех идентичных частей везде используются одинаковые номера ссылок.

Подробное описание со ссылкой на фигуры

Фигура 1 показывает роботизированную хирургическую систему для универсальной хирургической лапароскопии, в общем обозначенную ссылочным номером 10. Пациент Р, накрытый стерильной простыней, лежит на операционном столе 12, вокруг которого располагается множество роботизированных манипуляторов 14. В показанном на фигуре 1 примере роботизированная хирургическая система 10 установлена для хирургического вмешательства в почечной области. Хирург S работает с главной хирургической панелью управления 15 и помощник хирурга А стоит около операционного стола 12 и рядом с лотком 16 с набором подходящих лапароскопических инструментов 18. Роботизированные манипуляторы 14 разработаны для позиционирования и ориентации исполнительного блока, который удерживает и по возможности приводит в действие различные виды лапароскопических инструментов 18. Во время операции роботизированные манипуляторы 14 управляются дистанционно одним или более хирургами S через один или более главных хирургических пультов управления 15, которые соединены в блок управления (не показан). Как становится понятным, роботизированная хирургическая система 10 является модульной и настраиваемой в соответствии с типом хирургического вмешательства, имеющей в общем до 5 манипуляторов и обычно с минимальной конфигурацией, включающей в себя два манипулятора. Конфигурация роботизированной хирургической системы 10' с 5 манипуляторами 14 показана, н