消毒手術帷簾的制作方法

專利名稱：消毒手術帷簾的制作方法
技術領域：
0001本發明一般涉及手術機械人系統，且更具體地涉及覆蓋手術
機械人系統的部分的消毒帷簾。
背景技術：
0002在機械人輔助或遙控機械人手術中，外科醫生通常在遠離病 人的位置操作主控制器遙控手術器械在手術點的移動(如跨過手術室， 在與病人不同的房間或完全不同的建筑物內)。主控制器通常包括一個 或多個手動輸入裝置，如操縱桿、外骨骼手套(exoskeletal glove)等， 這些都連接到帶伺服馬達的手術器械上從而鉸接手術點的器械。這些 伺服馬達通常是機電裝置或手術操縱器(從裝置)的一部分，該機電 裝置或手術操縱器支撐并控制手術器械，這些手術器械直接導入開放 手術點或通過穿刺套管(trocar sleeve)伸入體腔，如病人腹腔。在手 術過程中，手術操縱器提供機械鉸接和對多種手術器械的控制，所述 手術器械如組織抓鉗、針驅動器(needle driver)、電灼探針等，每種器 械為外科醫生執行不同的功能，如持有或驅動針，抓取血管，或切斷、 燒灼或凝固(coagulate)組織。
0003當然，通過遙控操縱執行遙控機械人手術的這種新方法產生 了很多新的挑戰。 一個這樣的挑戰源自下述事實機電手術操縱器的 一部分將與手術器械直接接觸并鄰近手術點被定位。因此，手術操縱 器可能在手術過程中被污染且通常被丟棄或在手術之間要消毒。從成 本的角度看，優選對裝置進行消毒。然而，機器人控制馬達所需的伺 服馬達、傳感器、編碼器、電聯接件通常不能用如蒸汽、加熱和加壓
(heat and pressure)或化學消毒的傳統方法來消毒，因為系統構件會 在消毒過程中被損傷或破壞。
0004消毒帷簾己經用于覆蓋手術操縱器，但有時帷簾難于安裝或 安裝耗費時間、限制手術操縱器的移動或妨礙外科醫生察看手術點。 現有帷簾有時也妨礙監視屏的可視性或接觸監視屏。0005因此，需要的是，最小化消毒需求的遙控機械人系統、設備 和方法，從而在保護系統和手術病人的同時改善成本效率。此外，這 些系統和方法應設計成安裝簡單并且最小化安裝時間，同時允許手術 過程屮最大的移動自由和可視性。因此高度需要用于機械人手術并具 有改善的效率和效力的消毒帷簾、系統和方法。

發明內容
0006本發明提供改進的覆蓋遙控機器人手術系統的部分的消毒帷 簾、系統和方法。
0007根據本發明的一個實施例，提供了覆蓋機器人手術系統的非 消毒部分的消毒帷簾，該消毒帷簾包括鄰近供執行手術過程的消毒區 域的外部表面，以及形成接收機器人手術系統的非消毒部分的空腔的 內表面。帷簾進一步包括一個緊固件，該緊固件被連接到外表面來固 定消毒帷簾至機器人手術系統的非消毒部分同時減少消毒帷簾的體 積。
0008根據本發明另一個實施例，提供了在消毒區域內執行手術過 程的機器人手術系統，該系統包括與操縱器臂、監視器和與上述類似 的消毒帷簾，其包括形成接收操縱器臂和監視器的空腔的內表面，以 及多個用于固定消毒帷簾至操縱器臂和監視器的緊固件。
0009根據本發明的又一個實施例，提供了遮蓋機器人手術系統的 方法，該方法包括提供與上述類似并包括具有一體翻邊(cuff)的開口 端的消毒帷簾，將開口端設置在機器人手術系統的一部分上，支承一 體翻邊從而在機器人手術系統的該部分上展開消毒帷簾，并用緊固件 固定消毒帷簾至機器人手術系統的該部分上。
0010有利地，本發明提供改進的帷簾安裝以及改進的手術點和監 視器的可視性，同時允許手術操縱器的自由移動。
0011本發明的范圍是由權利要求限定的，權利要求包括到本節中 供參考。通過考慮下面一個或多個實施例的詳細說明，本領域技術人 員可更完整地理解本發明實施例，并可認識到其中額外的優點。下面 簡單說明附圖并參考附圖。


0012圖1是手術室示意圖，其示出根據本發明的一個實施例的遙 控機器人手術系統和方法。
0013圖2是圖1中手術室的放大圖，其示出根據本發明的連接到 手術臺的一對安裝接頭(mountingjoint)。
0014圖3A是根據本發明的一個實施例的機器人手術操縱器的透視 圖，其被消毒帷簾部分覆蓋。
0015圖3B是圖3A中機器人手術操縱器的透視圖，其中無消毒帷 簾從而示出連接驅動組件的多自由度臂，其中驅動組件有腕部單元和 手術工具。
0016圖4示出圖3A-3B中機器人手術操縱器，包括供察看手術點 的攝像機和內窺鏡。
0017圖5是圖3A-3B中機器人操縱器的局部視圖，其示出臂和腕 部單元之間的機械和電氣聯接件。
0018圖6是圖3A和圖3B中操縱器的前臂和載架(carriage)的部
分斷面圖。
0019圖7是根據本發明的一個實施例的腕部單元的透視圖。0020圖8是機器人操縱器的一部分的側面剖視圖，其示出臂和驅 動組件。
0021圖9A-犯是根據本發明的一個實施例的監視器帷簾的視圖。0022圖10A-10J是根據本發明的一個實施例的攝像機臂(camera arm， ECM)帷簾的視圖。
0023圖11A-11L是根據本發明的一個實施例的PSM帷簾的視圖。0024通過參考下面詳細描述可最佳地理解本發明的實施例及它們
的優點。應該意識到，相似的標識號用來表示一個或多個圖中相似的
元件。也應該意識到，附圖不必按比例示出。
具體實施例方式
0025本發明提供一種對病人執行機器人輔助手術過程的多部件系 統和方法，具體地包括開放手術過程、如立體定位術的神經外科手術 過程和如腹腔鏡術、關節內窺鏡術、胸腔鏡術等的內窺鏡手術過程。本發明的系統和方法作為遙控機器人手術系統的部分是特別有用的， 該遙控機器人手術系統允許外科醫生通過伺服機構從遠離病人的位置 操縱手術器械。為了這個目的，本發明的操縱器設備或從裝置通常由運動等效主裝置(kinematically-叫uivalent master)驅動，從而形成具有 力反饋(force reflection)的遠程呈現系統(telepresence system)。合適 的主從系統的描述可在1995年8月21日申請的美國專利申請 No.08/517，053屮找到，其全部公幵內容被包括在此以供參考。0026參考附圖細節，其中相似的標識號指示相似的元件，遙控機 器人手術系統2是根據本發明的一個實施例被示出的。如圖1所示， 遙控機器人系統2通常包括安裝在手術臺O上或其附近的一個或多個 手術操縱器組件4，以及允許外科醫生S察看手術點并控制操縱器組件 4的控制組件6。系統2也包括一個或多個觀察器(viewing scope)組 件19和多個手術器械組件20，這些手術器械組件20適于可拆卸地連 接到操縱器組件4上(如下面詳細討論)。遙控機器人系統2通常包括 至少兩個操縱器組件4并且優選地三個操縱器組件4。操縱器組件4的 準確數目取決于手術過程和手術室內空間限制以及其他因素。如下面 所詳細討論的，組件4中的一個通常操作一個觀察器組件19 (如內窺 鏡手術過程)以便察看手術點，同時其他操縱器組件4操作手術器械 20以便對病人P執行不同過程。0027控制組件6可位于外科醫生的控制臺C上，控制臺C通常和 手術臺O位于同一房間內，以便外科醫生可對他/她的助手(們)A說 話并直接監視手術過程。然而，應該理解外科醫生S可位于與病人P 不同的房間或完全不同的建筑物內。控制組件6通常包括支架8、向外 科醫生S顯示手術點的圖像的監視器10，以及用于控制操縱器組件4 的一個或多個控制器12。控制器12可包括多種輸入設備，如操縱桿、 手套、觸發槍(trigger-gim)、手動操縱控制器、語音識別設備等。優 選地，控制器12具有與相關的器械組件20相同的自由度從而向外科 醫生提供控制器12與器械20是一體的遠程呈現或感知，以便外科醫 生有強烈的直接控制器械20的感覺。位置、力和觸覺反饋傳感器(未 示出)也可用在器械組件20上，從而在外科醫生操作遙控機器人系統 時-，從手術器械反饋位置、力和觸覺至外科醫生的雙手。 一種提供遠程呈現給操作人員的合適系統和方法在1995年8月21日申請的美國 專利申請No.08/517，053中公開，該專利申請預先包括在此以供參考。0028監視器10將適當地連接到觀察器組件19上，以便手術點的 圖像被提供在外科醫生手附近的外科醫生控制臺C上。優選地，監視 器10在顯示器18上顯示顛倒的圖像，顯示器18被定向以便外科醫生 感覺他或她在直接向下觀看手術點。為了該目的，手術器械20的圖像 看起來基本位于操作員手的位置處，即使觀察點(即，內窺鏡或察看 攝像機)不在圖像的察看點。此外，實時圖像優選地轉換為透視圖， 以便操作員可操縱末端受動器和手動控制，如同察看基本真實呈現的 工作空間。通過真實呈現，意味著圖像的呈現是模擬物理操縱手術器 械20的操作員觀察點的真實透視圖。因此，控制器(未示出)轉換手 術器械20的坐標至被觀察位置，以便透視圖是一個人能看到攝像機或 內窺鏡是否直接位于手術器械20后面的圖像。提供該虛擬圖像的合適 坐標轉換系統在1994年5月5日申請的美國專利申請No.08/239,086， 即現在的美國專利No.5，631，973中公開，其全部公開內容包括在此以 供參考。0029如圖1所示，伺服機構16被提供來傳遞控制器12的機械運 動至操縱器組件4。伺服機構16可獨立于操縱器組件4或與其一體。 伺服機構16通常提供來自手術器械20的力和扭矩反饋至手動操作控 制器12。此外，伺服機構16包括安全監視控制器(未示出)，該安全 監視控制器可響應識別的條件(如對病人施加的力過度、操縱器組件4 的失控(running away)等)凍結或至少約束所有機器人運動。伺服機 構優選地具有截止頻率為至少lOhz的3dB的伺服帶寬以便系統可快速 并準確地響應快速的外科醫生的快速手動運動。為了有效操作該系統， 操縱器組件4具有相對低的慣性，且驅動馬達170 (參看圖8)具有相 對低傳動比的齒輪或滑輪聯接件。任何合適的傳統或專用的伺服機構 均可用來實施本發明，其中它們的合力和合扭矩反饋特別優選地用于 遠程呈現系統操作。0030參考圖7，每個手術器械組件20都包括腕部單元22和可拆卸 連接到腕部單元22的手術工具24 (圖3A和3B)。如下面所詳細討論 的，每個腕部22通常包括細長軸56，該細長軸56具有近端蓋(proximalcap) 58和可轉動連接到手術工具24的遠端腕部60。每個腕部單元22 基本相同，并且根據手術過程的要求，連接到其上的手術工具24可以 是不同或同樣的。可替換地，腕部單元22可以具有專門腕部60，這些 專門腕部60被設計用于個別手術工具24，以便腕部單元22可與傳統 工具24 —起使用。如圖1所示，器械組件20通常組裝在工作臺T上 或其他鄰近手術臺O的合適支架上。根據本發明的一種方法(下面說 明)，腕部單元22和它們關聯的手術工具24可在手術過程中通過連接 和分離腕部單元軸56與操縱器組件4而快速更換。0031參考圖2，每個操縱器組件4優選地通過安裝接頭30安裝在 手術臺O上。安裝接頭30為組件4提供多個自由度(優選至少5個)， 并且他們包括制動器(未示出)從而組件4可以固定在相對病人的合 適位置和方向。接頭30安裝在托座(receptacle) 32上以便將接頭30 安裝到手術臺O上，并用于連接每個操縱器組件4至伺服機構16。此 外，托座32可連接接頭30至其他系統，如RF電源、吸灌(suction-irrigation)系統等。托座32包括可滑動地沿手術臺O的外軌 36設置的安裝臂34。操縱器組件4也可以同其他機構被設置在手術臺 O上。例如系統可包括支架系統(連接到手術室的天花板或墻壁上)， 該支架系統移動或支承一個或多個操縱器組件4在病人上方。0032參考圖3-8，下面進一步詳細描述操縱器組件4。操縱器組件 4是三部件設備，其包括非消毒驅動和控制部件、可消毒末端受動器或 手術工具(即，手術器械組件20)，以及中間連接器部件。中間連接器 包括機械元件，這些機械元件用于連接手術工具24與驅動和控制部件， 并用于傳遞驅動部件的運動至手術工具24。如圖3B所示，驅動和控 制部件通常包括驅動組件40和連接到安裝托架(bracket) 44的多自由 度機器人臂42，其適于安裝到安裝接頭30 (圖2)上。優選地，驅動 組件40和機器人臂42繞X軸可轉動地連接到托架44， X軸延伸通過 球形旋轉(spherical rotation) 45的遠中心(參看圖8，下面進一步詳 細討論)。操縱器組件4進一步包括固定到臂42的遠端48的前臂組件 46，以及腕部單元轉接件52，該腕部單元轉接件52連接到前臂組件 46上以供安裝腕部單元22和手術工具24至操縱器組件4。0033對于內窺鏡手術過程，操縱器組件4還包括套管轉接件64，該套管轉接件64連接到前臂46下部以供安裝套管66至操縱器組件4。 可替換地，套管66可以是內置在前臂組件46內的一體套管(未示出)(即，不可拆卸)。套管66可包括安裝到套管66內的環形軸承上的力 感測元件(未示出)，如應變儀或力感測電阻器(force-sensing resistor)。 力感測軸承在手術過程中支撐手術工具24，允許該工具通過軸承的中 央孔軸向旋轉和移動。此外，軸承傳遞手術工具24施加的橫向力至力 感測元件，該力感測元件連接到伺服機構16以傳遞這些力至一個(或 多個)控制器12。以該方式，可在無來自作用于套管66的力干擾下， 如包圍手術切口的組織或作用在操縱器組件4上重力和慣性力，檢測 作用在手術工具24上的力。這促進在機器人系統中使用操縱器組件4， 因為外科醫生將直接感測反作用于手術工具24上的力。0034如圖3A所示，操縱器組件4進一步包括尺寸適于基本覆蓋整 個操縱器組件4的消毒帷簾70。帷簾70有一對孔72、 74，其成尺寸 并被配置成腕部單元轉接件52和套管轉接件64可以延伸穿過孔72、 74從而安裝腕部單元22和套管66至操縱器組件4。消毒帷簾70包括 一種材料，該材料被配置成有效地隔離開操縱器組件4與手術點，以 便組件4的大部分部件(即臂42、驅動組件40和前臂組件46)不必 在手術過程之前或之后消毒。0035如圖3A所示，腕部單元轉接件52和套管轉接件64延伸通過 帷簾70的孔72、 74，以便前臂組件46和操縱器組件4的剩余部分在 手術過程中保持被遮蔽在病人之外。在一個實施例中，腕部單元轉接 件52和套管轉接件64被制造成可再用部件，這些部件將被消毒因為 它們都延伸入手術點的消毒區。腕部單元和套管轉接件52、 64可通過 常規方法消毒，即蒸汽、加熱和加壓、化學消毒等。再參考圖3B，腕 部單元轉接件52包括開口 80供接收腕部單元22的軸56。如下面的詳 細討論，軸56可被橫向推動通過開口80并插配到轉接件52中，這樣 腕部單元轉接件52的非暴露部分保持消毒狀態(即保持在相對消毒區 的帷簾70的消毒側)。腕部單元轉接件52也可包括栓件(未示出)以 固定腕部單元22于其中。類似地，套管轉接件64包括開口 82以供插 配套管66在其中，以便轉接件64的未暴露部分在手術過程中保持消毒狀態o0036如圖4所示，腕部單元轉接件52也可被配置成接收觀察器100 以便觀察手術點。對于內窺鏡手術過程，觀察器100可以是傳統的內 窺鏡，其通常包括剛性、細長管子102，該管子102包括透鏡系統(未 示出)和在管子102近端的攝像機安裝座104。小型視頻攝像機106優 選地固定到攝像機安裝座104并連接到視頻監視器10，從而提供該過 程的視頻圖像。優選地，觀察器100具有遠端(未示出)，其被配置成 允許相對管子102橫向或成角度觀察。觀察器也可具有可引導尖端， 可通過操縱在管子102近端的致動器而偏轉或旋轉該可引導尖端。這 類觀察器可從伊利諾伊州Deerfield的Baxter Healthcare, Corp或加利福 尼亞州Menlo Park的Origin Medsystem， Inc購買。0037如圖4所示，觀察器100進一步包括觀察器轉接件110以連 接觀察器100至腕部單元轉接件52。觀察器轉接件110是可消毒的， 環氧乙炔(ETO)和可高壓加熱滅菌，且它包括多個運動饋通器(motion feed-through)(未示出)以傳遞驅動組件40的運動至觀察器100。在 優選構型中，運動包括傾斜(pitch)和搖擺(yaw)運動、繞Z軸的旋 轉和沿Z軸的移動。0038現參考圖5和6，前臂組件46將在下面更詳細地說明。如圖 5所示，前臂組件46包括固定到臂42的殼體120和可滑動地連接到殼 體120的可移動載架122。載架122可滑動地安裝腕部單元轉接件52 至殼體120以便在Z方向上移動腕部單元轉接件52和腕部單元20。此 外，載架122限定大量開口 123以傳遞來自前臂組件46的運動和電信 號至腕部單元轉接件52。如圖6所示，多個可旋轉軸124安裝在殼體 120內以便通過開口 123傳遞來自臂42的運動至腕部單元轉接件52和 腕部單元22。旋轉軸124優選地為腕部單元22提供至少4個自由度， 包括手術工具24繞腕部單元22的腕部60的搖擺和傾斜運動、腕部單 元22繞Z軸的旋轉和工具24的致動。如果需要，該系統也可被配置 成提供更多或更少的自由度。工具24的致動可包括多種運動，如張開 和關閉夾鉗(jaw)、抓鉗或剪刀，應用夾子或搭扣(staple)等。腕部 單元22和工具24在Z方向的運動通過一對載架纜線驅動器126被提 供，載架纜線驅動器126在前臂殼體120每端的可旋轉滑輪128、 129 之間延伸。纜線驅動器126用來在Z方向上相對前臂殼體120移動載架122和腕部單元22。0039如圖6所示，臂42的遠端48包括一個聯接組件130，該聯接 組件130具有多個運動饋通器132以傳遞來自臂42的運動至前臂組件 46。此外，聯接組件130包括大量電連接器(未示出)以傳遞來自臂 42的電信號至腕部單元22。類似地，腕部單元轉接件52包括多個運 動饋通器(未示出)和多個電聯接件(未示出)以傳遞運動并用于發 送電信號至腕部單元22和從腕部單元22接收電信號(如在手術點和 控制器12之間發送和接收力和扭矩反饋信號)。聯接組件130和腕部 單元轉接件52的任一側的部件均具有有限的運動范圍。通常，這個運 動范圍是至少一個回轉(revolution),并且優選地大于一個回轉。當前 臂組件46機械連接到聯接組件130且腕部單元轉接件52機械連接到 前臂46時，這些運動范圍彼此對齊。0040下面參考圖7詳細說明腕部單元22。如圖所示，腕部單元22 包括空心軸56，其具有固定到其近端的蓋58和固定到其遠端的腕部 60。腕部60包括一個聯接件(未示出)以便可拆卸地連接多種手術工 具24至軸56。軸56可旋轉地連接到蓋58以便提供軸56和工具24繞 軸56的縱軸(即Z軸)的旋轉。蓋58容納傳遞腕部單元轉接件52的 運動至軸56內驅動纜線(未示出)的機構(未示出)。這些驅動纜線 適于連接到軸56內的驅動滑輪上從而繞腕部60轉動工具24，并啟動 工具24上的末端受動器140。腕部60也可由其他機構操作，如差動齒 輪、推桿等。0041工具24可拆卸地連接到腕部單元22的腕部60。工具24將優選地包括末端受動器65 (圖3A和3B)，其具有觸覺傳感器陣列(未 示出)以提供觸覺反饋給外科醫生。工具24可包括多種鉸接工具，如 夾鉗、剪刀、抓鉗、持針器、微解剖器、搭扣安裝器、釘釘器、吸灌 工具、夾子安裝器，它們具有末端受動器，這些末端受動器由線連接、 偏心凸輪、推桿或其他機構驅動。此外，工具24可包括非鉸接器械， 如切割刀片、探針、灌注器、導液管或吸孔(suction orifice)。可替換 地，工具24可包括電切探針(electrosurgical probe)來消融、切除、 切割或凝固組織。在后面的實施例中，腕部單元22將包括導電元件， 例如連接到延伸通過軸56到工具24的引線或桿的近端香蕉插頭。0042下面參考圖4和8進一步詳細說明本發明的驅動和控制部件 的特定構型(即機器人臂42和驅動組件40)。如上所述，臂42和驅動 組件40可繞從安裝托架44延伸的一對插銷150被旋轉地連接。臂42 優選地包括細長的基本剛性體152，該剛性體152具有連接到前臂組件 48的遠端48和轉動連接到驅動組件40和托架44以便繞傾斜軸和搖擺 軸或X軸和Y軸旋轉的近端154 (注意Y軸垂直于頁面并延伸通過點 45，參看圖8)。臂40可具有其他構型，如肘臂(dbowarm)(類似于 人手臂)、棱柱臂(prismatic arm)(可直向延伸)等。固定的搖擺馬達 156安裝在安裝托架44上以便繞X軸旋轉臂42和驅動組件40。驅動 組件40也包括傾斜馬達158，該傾斜馬達158被連接到臂42以便繞Y 軸旋轉臂。 一對基本剛性聯動元件(linkage element) 160、 124從托架 44延伸到機器人臂42從而繞Y軸轉動地連接臂42至托架44。 一個聯 動元件160被轉動地連接到臂42，另一個聯動元件124被轉動地連接 到平行于臂42延伸的第三聯動元件164。優選地，機器人臂42是溝槽 形剛性元件，其至少部分容納第三聯動元件164。聯動元件160、 124 和164以及臂42形成平行四邊形聯動裝置，其中這些構件以平行四邊 形的形式連接到一起，以便僅在構件形成的平面內相對運動。0043固定在臂42的遠端48的腕部單元22的Z軸與上述平行四邊 形聯動裝置的x軸交叉。腕部單元22具有繞圖8中標號45指示位置 的球形旋轉的遠中心。因此，腕部單元22的遠端可繞其自身軸或X和 Y軸旋轉，同時旋轉45的遠中心保持在同一位置。遠中心定位裝置更 完整的描述可在1995年7月20申請的美國專利申請No.08/504，301， 即現在的美國專利No.5，931,832中找到，該專利的全部內容包括在此 以供參考。應該注意臂42和驅動組件40可與上面所述并在圖8中示 出的裝置以外的多種定位裝置一起使用，如立體定位器、固定萬向節 等。0044再參考圖8，驅動組件40進一步包括多個連接到臂42并隨其 旋轉的驅動馬達170。傾斜和搖擺馬達156、 158控制臂42 (和驅動馬 達170)繞X軸和Y軸的運動，且驅動馬達170控制腕部單元22和手 術工具24的運動。優選地，至少五個驅動馬達170連接到臂42以便 為腕部單元22提供至少5個自由度。驅動馬達170優選地包括響應伺15服機構16的編碼器(未示出)以及傳輸力和扭矩反饋至外科醫生S的 力傳感器(未示出)。如上所述，五個自由度優選地包括載架122和腕 部單元22在Z方向的運動、腕部單元22繞Z軸的旋轉、手術工具24 繞腕部60的傾斜和搖擺運動，以及工具24的致動。0045如圖所示，纜線172從每個馬達170延伸出繞馬達驅動滑輪 174、臂42內的惰輪176并沿著相對大的罐式絞盤機(pot capstan) 178， 從而最小化纜線172上的摩擦扭矩的影響。每個纜線172延伸繞過臂 42遠端48的另一個惰輪180，繞過聯接件驅動滑輪182并返回到馬達 170。纜線172優選地張緊并錨定在馬達驅動滑輪174和聯接件驅動滑 輪182上。如圖8所示，聯接件驅動滑輪182經多條纜線186連接至 聯接組件130內多個較小的滑輪184，以便傳遞馬達170的運動至腕部 單元轉接件52。0046下面參考圖1-8說明根據本發明對病人執行手術過程的一種方 法。如圖2所示，安裝接頭30固定到托座32上，托座32通過沿軌道 36的滑動安裝臂34被固定到手術臺0。然后，每個操縱器組件4固定 到它的相應的安裝接頭30上并鉸接到相對病人P的適當位置和方向。 然后托座32連接到伺服機構16和手術過程中可能需要的其他系統， 如RF電源、吸/灌系統等。在病人已經麻醉前、麻醉過程中或麻醉后， 消毒帷簾70設置在操縱器組件4上(圖3A)。為了準備手術過程，操 縱器組件4可在以帷簾70覆蓋它們之前被化學清洗或不被化學清洗。 腕部單元轉接件52、套管轉接件64和觀察器轉接件110被咬合到操縱 器組件4的前臂組件46上(參看圖3B和5)。當然，觀察器轉接件IIO 和腕部單元轉接件52的數目和相對位置取決于具體手術過程(如，對 于開放手術過程可能不要求套管轉接件64)。0047在手術過程中，通過橫向推動每個相應的腕部單元軸56穿過 腕部單元轉接件52的開口 80，手術器械組件20被連接到它們相應的 操縱器組件4。每個腕部單元22將具有適當的識別裝置(未示出)從 而快速并容易地指示連接到腕部單元22的工具24的類型。當外科醫 生希望改變手術工具24時，他或她操縱一個(或多個)控制器12以 便載架122移到沿前臂組件46移動的頂部或近端位置(參考圖3B)。 在該位置，手術工具24在套管66內，或在開放手術過程中，手術工具24從手術點移開。然后一名(或多名)助手A向上拉動腕部蓋58 從而釋放栓件(未示出)，因而允許腕部單元22進一步向上滑動并滑 出套管66。然后一名(或多名)助手A可橫向拉動腕部單元22從而 與腕部單元轉接件52分開。當腕部單元22不再與轉接件52連接時， 控制機構認為該系統處于"工具更換模式"，且如果外科醫生沒有移動 載架122至近端位置則控制機構將其驅動至近端位置。0048為了連接另一個手術器械組件20至操縱器組件4， 一名(或 多名)助手A從工作臺T抓取另一個組件20，橫向推動腕部單元軸56 至腕部單元轉接件52的開口 80中，然后向下移動腕部單元22以便手 術工具24駐存在套管66中(參考圖1和圖3B)。腕部單元22的這個 向下運動自動匹配電聯接件以及腕部蓋58和腕部單元轉接件52內的 運動饋通器(未示出)。系統可包括控制機構，其被配置成鎖定載架122 在頂部或近端位置處移動，例如通過啟動制動器(未示出)，直到聯接 件匹配且腕部單元22不再向下移動。基于這點，外科醫生S可繼續手 術過程。0049本發明的系統和方法優選地包括計算腕部單元22與腕部單元 轉接件52分離和連接次數的機構。以該方式，制造商可限制腕部單元 22被使用的次數。在特定構型中，集成電路芯片(未示出)裝在腕部 蓋58內。電路芯片計算腕部單元22連接到腕部單元轉接件52的次數， 如20次，并在外科醫生控制臺C上顯示警告。然后通過減小控制系統 傳遞的負載或增加明顯的后沖或空轉(backlash)來降低系統的性能。0050現參考圖9A-9E，其示出監視器帷簾包(package) 200，其包 括監視器帷簾204，監視器帷簾204是消毒帷簾70的一部分(參考圖 3A在上面被描述)。監視器帷簾204可以是消毒帷簾70的連接的或斷 開的部件。圖9A示出監視器帷簾包200，該監視器圍簾包200包括監 視器帷簾袋202，監視器帷簾204折疊在其中。監視器帷簾204是可丟 棄消毒帷簾組件，該消毒帷簾組件設置在監視器上和監視器安裝座上從而在監視器/監視器安裝座和手術過程的消毒區之間保持消毒屏障。 有利地，監視器帷簾的多種特征輔助覆蓋和安裝過程。0051圖9B示出從袋202取出的監視器帷簾204，且帷簾204包括 要設置在監視器(如圖1的監視器10)的屏附近的觸摸屏窗口 206。觸摸屏窗口 206在監視器帷簾204的兩個襟翼(flap) 208之間，且沒 有折疊以減小折痕并增加對監視屏的附著。在一個例子中，觸摸屏窗 口 206是要設置在監視屏前面的透明的靜電貼附窗口 (static-cling window)。透明窗口允許用戶看到并使用觸摸屏監視器同時保持消毒屏 障。窗口 206具有保持靜電貼附功能的靜電電荷，從而允許窗口 206 平貼著這監視屏，從而減少反射和炫光并保持使用觸摸屏的窗口固定。0052圖9C示出監視器帷簾204，其中襟翼208打開。如前面指出 的那樣，監視器帷簾204是以確保屏窗口部件不折疊的的方式折疊， 從而減少材料折痕并允許更平地設置在監視屏上。0053圖9D示出四個環形緊固件212、兩個出風口 214、綁帶216、 永久翻邊220、翻邊220邊緣上的藍帶218和內置到翻邊220上的系繩 222。環形緊固件212被包括在帷簾內側上屏窗口 206的任一側上。環 形緊固件212包括Vdcro條，這些Vdcro條匹配位于監視器安裝座背 部的鉤式緊固件(未示出)。這些鉤式和環形緊固件允許用戶快速拉動 講授的并固定在監視屏前面的位置上的帷簾。出風口 214允許監視器 產生的熱從監視器帷簾204排出。這些出風口在監視器區上面和下面 從而允許對流熱排出。出風口 214也允許聲音從消毒區傳輸到靠近監 視器安裝的麥克風。綁帶216幫助控制帷簾204并減小帷簾的視覺尺 寸(即，減小展開帷簾占據的體積或空間)。藍帶218用作帷簾上指示 消毒端和非消毒端的物理標記。通過將藍帶218用作標記，如果要幫 助消毒擦洗護士，則非消毒的人可知道拉動非消毒側。系繩222允許 用戶繞帷簾端部的監視器安裝座緊緊地拉上監視器帷簾204。0054圖9E示出帷簾區最近翻邊220的放大圖，包括開口條224。 翻邊220與帷簾端部一體。在將帷簾拉到監視器上時，消毒擦洗護士 可將他或她的手放到這些翻邊中。通過這些翻邊，用戶可確保他們在 沿監視器工作時手不接觸非消毒物品。幵口條224被用來在安裝的過 程中控制帷簾的展開。開口條224將帷簾保持在其折疊的位置(例如 圖9C所示的示例)，且在用戶安裝帷簾時，隨著帷簾被拉回到監視器 上開口條224被撕裂。0055再參考圖IOA-IOJ，其示出了內窺鏡攝像機操縱器(endoscope camera manipulator, ECM)(攝像機臂)帷簾包300，該ECM帷簾包300包括ECM帷簾304，該ECM帷簾304是消毒帷簾70 (上面參考 圖3A說明)的一部分。ECM帷簾304可以是消毒帷簾70的連接或斷 開的部件。圖10A示出ECM帷簾包300，該ECM帷簾包300包括其 屮折疊了 ECM帷簾304的ECM帷簾袋302。 ECM帷簾是可丟棄的消 毒帷簾組件，其被設計成在非消毒ECM攝像機臂和手術過程的消毒區 之間建立消毒屏障。有利地，ECM帷簾304的多種特征輔助遮蓋和安 裝過程。0056圖10B示出從袋子302取出的ECM帷簾304。 ECM帷簾304 以兩個襟翼308折疊，且箭頭標簽表示襟翼308打開的方向。圖10C 示出ECM帷簾304，其中襟翼308打開。圖10D示出視覺指示符310 用于在ECM臂上安置或定位ECM帷簾304。視覺指示符310包括補 片(patch) 312和補片314，如下面參考圖IOF更詳細的說明。圖10E 示出部分打開的ECM帷簾304的閉合端。圖10F示出增強補片312， 其用來在安裝攝像機至ECM臂上時防止ECM帷簾304的干擾。同樣 示出了用于固定攝像機消毒轉接件的即撕即貼補片314。0057圖10G示出限定帷簾的主入口/出口的開口條316， ECM臂通 過這些開口條316伸入或撤出ECM帷簾304。ECM帷簾304被打包以 便最初折疊的帷簾能夠放置在ECM臂上。通過使用開口條316帷簾被 設置在其初始位置，開口條316允許在以必要的力拉動時能夠撕開而 控制帷簾的打開。通過將手伸入到翻邊323中(圖101)并沿ECM臂 拉動帷簾，用戶沿ECM臂的長度拉動ECM帷簾304。圖10H示出ECM 帷簾304完全打開。0058圖101示出ECM帷簾304的端部處的綁帶318、翻邊323邊 緣處的藍帶320、用于繞監視器安裝座包裹ECM帷簾的翻邊323中的 切口 322，以及即撕即貼補片314。 ECM帷簾304包括帷簾端部的一 體翻邊323。在沿ECM臂拉動帷簾時，消毒擦洗護士可將他或她的手 伸入到這些翻邊中，從而確保用戶在沿ECM臂工作時手不接觸非消毒 的物品。藍帶320用作帷簾上指示消毒和非消毒端部的物理標記。通 過將該藍帶320用作標記，在輔助消毒擦洗護士時，非消毒人員可知 道拉動非消毒側。0059圖IOJ示出幫助控制ECM帷簾并減小帷簾視覺尺寸(即減小展開的帷簾占據的體積或空間)的綁帶318。有一個綁帶接近套管安裝 區，另一個綁帶接近ECM臂的"鏈節(link) 3"，還有一個綁帶接近 "裝配臂(setup arm)"(如圖4和圖5中的臂42)， ECM臂安裝在該 裝配臂上。0060現在參考圖11A-11M，其示出病人側操縱器(patient side manipulator, PSM)帷簾包400，該PSM帷簾包400包括PSM帷簾404，該PSM帷簾是消毒帷簾70的一部分(參考圖3A在上面說明)。PSM 帷簾404可以是與消毒帷簾70的連接的或斷開的部件。圖11A示出 PSM帷簾包400，該PSM帷簾包400包括PSM帷簾帶402，且PSM 帷簾404折疊在PSM帷簾帶402中。PSM帷簾被設計成在非消毒PSM 臂和手術過程中消毒區之間建立消毒屏障。PSM帷簾404包括用來嚙 合手術工具并永久地固定在帷簾上的一體器械消毒轉接件(instrument sterile adaptor, ISA)，其中完整組件包括ISA。可應用轉接件、工具或 附件的實施例在例如美國專利No.6，331，181、 6，491，701和6,770,081中 說明，這些專利的全部公開內容(包括這里己經包括進來供參考的公 開內容)包括在此以供參考。因此，在一個實施例中，帷簾可完全丟 棄。有利地，PSM帷簾的多種特征輔助帷簾遮蓋和安裝過程。0061圖11B示出從袋402中移出的PSM帷簾404。圖IIC示出永 久安裝在靠近PSM帷簾404閉合端的PSM帷簾404上的消毒轉接件 406的例子。圖11D示出開口條408和折疊襟翼410，其中開口條408 限定折疊PSM帷簾中的主孔。圖11E示出打開的襟翼410，圖11F示 出完全打開的PSM帷簾404。 PSM帷簾404被打包以便折疊的帷簾最 初可設置在PSM臂上，且然后通過首先將前舌狀件設置在PSM臂的 托架上，接著擺動消毒轉接件的另一端直到其嚙合PSM臂上的栓件， 從而永久安裝的消毒轉接件406被固定到PSM臂上。通過使用開口條 408， PSM帷簾404保持在其初始位置，這些開口條408允許在以必須 的力拉動時通過撕扯而控制打開帷簾。通過將手放置在一體翻邊412 中(圖11G)并沿PSM臂拉動帷簾，用戶可以沿PSM臂的長度拉動 帷簾。0062圖11G1和圖11G2示出在PSM帷簾404開口端的一體翻邊 412，翻邊412的邊緣包括藍帶411。在沿PSM臂拉動PSM帷簾時，消毒擦洗護士可能將他或她的手伸入翻邊，并通過使用該翻邊，用戶可確保在沿PSM臂工作時他們的手不接觸非消毒物品。藍帶411作為 帷簾上指示消毒和非消毒端的物理標記。通過該標記非消毒人員可在 輔助消毒擦洗護士吋知道拉動非消毒側。0063圖11H示出帷簾上綁帶414，這些綁帶414用來幫助控制帷 簾并減小帷簾視覺尺寸(即，減小展開的帷簾占據的體積或空間)。一 個綁帶靠近套管安裝區，另一個綁帶靠近PSM臂的"鏈節3"，還有一 個綁帶沿"裝配臂"(如圖4和5的臂件42)， PSM臂安裝在該裝配臂0064圖11I示出沿插入軸的條416和套管安裝袋418。可采用的套 管安裝袋在2005年9月30申請的共同未決的美國專利申請 No.11/240，087中公開，其內容包括在此以供參考。若干條416是在插 入軸區中帷簾上的可延展條。這些條416固定到消毒轉接件和套管安 裝區之間的帷簾上。 一旦帷簾安裝在PSM臂上，用戶可改變可延展條 416的形狀從而幫助將過多的帷簾材料折起來。通過能夠將過多的帷簾 材料折起來并固定，帷簾可接近匹配PSM臂的形狀。有利地，這減小 系統的視覺尺寸并使得外科醫生或其他用戶(們)能夠更好的觀察病 人及其周圍環境。條416也是可充分延展從而能夠展開使得系統可以 實現最大范圍的運動而無需撕開帷簾。0065圖11J示出在條416被用戶彎回之前，PSM臂417的一部分 上的PSM帷簾404和在適當位置的消毒轉接件406。圖11K示出條416， 此時條416已被用戶彎回，以便PSM帷簾404更接近地配合PSM臂 的形狀，從而減小系統的尺寸。圖11L示出條416的另一個視圖，這 些條416足夠柔軟從而可張開供最大范圍的運動，并可由用戶在手術 過程中按照需要再塑形。0066上述帷簾200、 300和400優選地包括足夠剛性和強度的材料， 從而允許適當地設置在相應的監視器和監視器安裝座、ECM臂和PSM 臂上并且抗撕扯，即使是在不同方向內施加周期載荷的情況下，但是 優選地不包括足夠柔性以致允許隨操縱器臂的活動部件移動的材料。 帷簾200、 300和400可包括多種耐用材料，且在一個例子中包括聚乙 烯、聚亞安酯、聚碳酸酯或它們的混合物。在一個實施例中，帷簾200、300和400可以是真空形成的，作為單個帷簾的一部分或分開的帷簾， 這些分開的帷簾可由粘合劑、熱、RF悍接或其他方法被固定到主消毒 帷簾70上。在另一個實施例中，帷簾200、 300和400可用作斷開的 帷簾(但可以彼此靠近或交疊)從而覆蓋手術機器人系統的不同部分。0067有利地，本發明的帷簾通過更多形式的裝配特征減小帷簾的 尺寸從而增加對病人的觀察，允許了快速而簡單的安裝，并改進器械 消毒轉接件特征。本發明的帷簾也保持監視屏的無菌性，特別是觸摸 屏監視器，允許聲音傳遞到監視器帷簾上的麥克風，同時保持無菌性， 并減少監視屏前帷簾的眩目和褶皺。0068上述實施例說明但不限制本發明。也可以理解的是，根據本 發明的原理，可以有多種修改和變化。例如，雖然上面實施例描述了 機器人手術系統的特定部件的帷簾，但接收其他手術系統部件的其他 形狀和空腔在本發明的范圍內。因此，本發明的范圍僅由權利要求限 定。
權利要求
1.一種覆蓋機器人手術系統的非消毒部分的消毒帷簾，所述消毒帷簾包括一個外表面，該外表面鄰近執行手術過程的消毒區域；一個內表面，該內表面形成接收所述機器人手術系統的所述非消毒部分的空腔；以及一個緊固件，該緊固件連接到所述外表面以便固定所述消毒帷簾至所述機器人手術系統的所述非消毒部分同時減小所述消毒帷簾的體積。
2. 如權利要求1所述的消毒帷簾，其中所述外表面包括一個即撕 即貼補片。
3. 如權利要求1所述的消毒帷簾，其中所述帷簾由從包含聚乙烯、 聚亞安酯和聚碳酸酯的組中選擇的一種材料形成。
4. 如權利要求1所述的消毒帷簾，其中所述機器人手術系統的所 述非消毒部分是從由監視器、操縱器臂和內窺鏡攝像機操縱器臂組成的 組中選擇的。
5. 如權利要求1所述的消毒帷簾，其中所述帷簾是一個更大帷簾 的真空形成部分或一個獨立模制的部分。
6. 如權利要求1所述的消毒帷簾，其中所述緊固件包括多個可延 展條和多個綁帶。
7. 如權利要求1所述的消毒帷簾，其中所述外表面和所述內表面 包括靠近監視屏設置的一個窗口 。
8. 如權利要求7所述的消毒帷簾，其中所述窗口具有靜電電荷。
9. 如權利要求1所述的消毒帷簾，其中所述外表面和所述內表面 包括一個器械消毒轉接件，該器械消毒轉接件用于嚙合一個手術工具。
10. 如權利要求1所述的消毒帷簾，其中所述外表面和所述內表面 包括一個出風口部分。
11. 如權利要求1所述的消毒帷簾，進一步包括具有一個一體翻邊 的一個開口端。
12. 如權利要求11所述的消毒帷簾，其中所述幵口端進一步包括--條系繩。
13. 如權利要求11所述的消毒帷簾，其中所述開口端進一步包括 一個開口條。
14. 如權利要求11所述的消毒帷簾，其中所述一體翻邊包括一個 視覺標記。
15. —個在消毒區域內執行手術過程的機器人手術系統，所述系統包括一個操縱器臂； 一個監視器；和一個消毒帷簾，其覆蓋所述操縱器臂和所述監視器從而將所述操縱 器臂和所述監視器與所述消毒區域隔離開，所述消毒帷簾包括 一個外表面，該外表面鄰近執行手術過程的消毒區域； 一個內表面，該內表面形成接收所述操縱器臂和所述監視器的空 腔；以及多個緊固件，這些緊固件用于固定所述消毒帷簾至所述操縱器臂 和所述監視器。
16. 如權利要求15所述的系統，其中所述操縱器臂是一個病人側 操縱器臂或一個內窺鏡攝像機操縱器臂。
17. 如權利要求15所述的系統，其中所述外表面包括一個即撕即
18. 如權利要求15所述的系統，其中所述帷簾從由從包含聚乙烯、 聚亞安酯和聚碳酸酯的組中選擇的一種材料形成。
19. 如權利要求15所述的系統，其中所述多個緊固件包括多個可 延展條和多個綁帶。
20. 如權利要求15所述的系統，其中所述外表面和所述內表面包 括靠近監視屏設置的一個窗口。
21. 如權利要求20所述的系統，其中所述窗口具有靜電電荷。
22. 如權利要求15所述的系統，其中所述外表面和所述內表面包 括一個器械消毒轉接件。
23. 如權利要求15所述的系統，其中所述外表面和所述內表面包 括出一個出風口部分。
24. 如權利要求15所述的系統，進一步包括具有一個一體翻邊的 多個空腔幵口。
25. —種遮蓋機器人手術系統的方法，該方法包括 提供一個消毒帷簾，其包括-一個外表面，該外表面鄰近執行手術過程的消毒區域； 一個內表面，該內表面形成接收所述機器人手術系統的一個非 消毒部分的一個空腔；一個開口端，該開口端具有一個一體翻邊；以及 一個緊固件，該緊固件用于固定所述消毒帷簾至所述機器人手 術系統的所述非消毒部分；在所述機器人手術系統的一部分上設置所述開口端； 支承所述一體翻邊從而在所述部分機器人手術系統的所述一部分上 展開所述消毒帷簾；以及用所述緊固件固定所述消毒帷簾至所述機器人手術系統的所述一部分。
26. 如權利要求25所述的方法，進一步包括連接與所述消毒帷簾 一體的一個器械消毒轉接件至所述機器人手術系統的一個操縱器臂。
27. 如權利要求25所述的方法，進一步包括緊接所述機器人手術 系統的一個監視器設置所述消毒帷簾的一個窗口和一個出風口部分。
28. 如權利要求27所述的方法，進一步包括展開所述消毒帷簾以 便所述窗口不起皺或折疊。
29. 如權利要求27所述的方法，進一步包括通過靜電電荷將所述 窗口靠近一個監視屏設置。
全文摘要
本發明提供了改進的消毒帷簾，系統和遮蓋部分遙控機器人手術系統的方法。在一個實施例中，消毒帷簾包括鄰近執行手術過程的消毒區的外表面，和形成接收機器人手術系統的非消毒部分(如操縱器)的空腔的內表面。該帷簾進一步包括緊固件，該緊固件連接到外表面上從而固定消毒帷簾至機器人手術系統的非消毒部分同時減小消毒帷簾體積。有利地，該帷簾能夠快速并且簡單地安裝，并通過以更多形式的配合特征減小帷簾的尺寸從而增加對病人的可視化，同時允許操縱器的自由移動。
文檔編號A61B19/08GK101242789SQ200680030213
公開日2008年8月13日 申請日期2006年9月26日 優先權日2005年9月30日
發明者J·P·奧爾班三世, L·希頓, S·C·安德森, T·G·庫珀 申請人:直觀外科手術公司