集成机器人吹入和烟雾排放的制作方法

集成机器人吹入和烟雾排放


背景技术：
技术领域
1.本发明公开了涉及外科机器人系统的实施方案。更具体地，公开了涉及具有集成到工具驱动装置-插管接口中用于吹入和烟雾排放的流体路径的外科机器人臂的实施方案。背景技术
[0002][0003]
微创外科手术(mis)诸如内窥镜式外科手术涉及在患者体内查看并使用内窥镜和其他外科工具在体内执行外科手术。例如，腹腔镜式外科手术可使用腹腔镜来进入和观察腹腔。内窥镜式外科手术可使用手动工具和/或具有机器人辅助工具的外科机器人系统来执行。可通过套管针向患者的体腔提供通路。一旦套管针的插管的远侧端部被适当地定位并插入穿过组织并进入患者的内部区域中(例如，穿过患者的腹壁)，则在其远侧端部处具有套管针对接接口的外科机器人臂或附接到其上的工具驱动装置由用户手动操纵，直到对接接口与套管针的近侧端部上(患者体外)的附接部分(例如，配合插管接口)对准。然后，用户手动或作为自动步骤将这些部件彼此闩锁，从而将臂刚性地附接到套管针。然后将在其远侧端部处具有端部执行器的外科工具(例如，剪刀、抓持钳口或相机)插入插管的顶部开口中，并且然后将该工具附接到臂，使得可用该工具执行进一步的外科手术。


技术实现要素：

[0004]
烟雾是mis中常见的问题，因为它会阻碍解剖结构的可视化，并使执行外科手术任务变得困难。在一些情况下，为了解决这个问题，除了外科系统部件之外，还可使用外科吹入器和/或烟雾排放系统。然而，使用单独的吹入器和/或烟雾排放系统增加了规程时间和工作流程难度，导致医院成本增加。本发明提出了一种机器人臂，该机器人臂具有集成到外科系统的部件(例如，外科机器人臂)中的流体路径(例如，吹入管)以及工具驱动装置与联接到工具驱动装置的插管之间的接口。流体路径和/或吹入管联接到泵(例如，外科吹入器)，该泵可用于控制流向/流出插管定位在其内的外科手术部位的气体的流量。集成路径消除了附加的工作流程操作(例如，单独的吹入管的配置)并改进了用户工作流程和烟雾排放，从而显著改善了外科手术部位的可视化并提高了术中表现。
[0005]
代表性地，整个系统可包括机器人臂和插管接口(例如，在套管针的近侧端部处)，该插管接口用于将插管刚性地附接到联接到机器人臂的工具驱动装置。允许流体(例如，吹入气体)沿着机器人臂传输并直接传输到插管的流体路径(例如，端口、管、管腔、通道等)进一步集成到系统中。例如，集成路径可包括吹入管，该吹入管在一个端部处附接到外科吹入器(例如，用于控制流入/流出外科手术部位的气体流的泵)并沿着臂壳体延伸到插管接口。吹入管的位于插管接口侧的端部可附接到穿过插管接口到插管腔形成的集成路径的一部分。以此方式，流体的流量可从外科吹入器传输到插管定位在其内的外科手术部位，而不必
将单独的吹入部件附接到外科机器人系统。另外，可反转流体流的方向，并且可使用吹入管从外科手术部位进行排烟。在更进一步方面，可在插管接口内形成多于一个吹入管和/或流体路径，以根据需要促进气体传输。在一些情况下，吹入管和/或路径可联接到阀，该阀使得流体的流量能够根据需要停止。另外，在一些方面，可将吹入管与无菌盖布结合，而不是将吹入管直接集成到机器人臂中。也可将外科吹入器集成到整个机器人系统中。
[0006]
附加配置可包括动态调整来自系统的每个插管的流体流入和流出以解决各种外科手术状况的模式。例如，该系统可包括处理器，该处理器被配置为检测何时激活兼容能量设备，并且然后增加来自外科手术部位的流体流出以在去除烟雾和颗粒的同时增加流入以防止气腹损失。为了解决雾化，该系统可动态切换哪个路径或端口具有吹入/烟雾排放以使气体的流量移动离开内窥镜。另外，该系统可包括加热元件(例如，结合在吹入管内)，并且可通过内窥镜将加热的气体的流量切换到插管以加热插管并去除雾。更进一步，如果在内窥镜或相机上检测到颗粒，则该系统可增加到内窥镜或相机的流体流出，以将颗粒吹离该器械。
[0007]
代表性地，在一个方面，一种外科机器人系统包括：机器人臂；工具驱动装置，该工具驱动装置联接到该机器人臂；插管接口，该插管接口被配置成将插管联接到该工具驱动装置，该插管接口具有与该插管的内部管腔连通的流体路径；和吹入路径，该吹入路径联接到该机器人臂，该吹入路径具有联接到该流体路径的远侧端部和联接到外科吹入器的近侧端部。该流体路径可集成在该插管接口内并且尺寸被设计为允许吹入气体在该吹入路径与该插管的该内部管腔之间传输。该工具驱动装置可包括对接接口并且该吹入路径可联接到该对接接口。该插管的该内部管腔的尺寸可被设计为接收外科工具。
[0008]
该系统还可包括过滤器，该过滤器与该流体路径连通，使得穿过该吹入路径传输到该流体路径的吹入气体经过该过滤器。该过滤器可集成到定位在该工具驱动装置与该插管接口之间的无菌适配器中。密封元件还可集成到该无菌适配器中以密封该工具驱动装置与该插管接口之间的该过滤器并防止该吹入气体的泄漏。
[0009]
在一些方面，该流体路径可以是第一流体路径并且该吹入路径是第一吹入路径，并且该外科机器人系统还可包括联接到第二吹入路径的第二流体路径。在一些方面，阀联接到该第一流体路径或该第二流体路径中的至少一者以控制经过该第一流体路径或该第二流体路径的流体的流量。更进一步，喷嘴可联接到该流体路径，并且该喷嘴可被配置成将流动穿过该流体路径的吹入气体朝向定位在该插管的该内部管腔内的外科器械引导。该吹入路径可以是吹入管。该吹入管可封闭在该机器人臂的外壳内。该吹入管可机械地附接到该机器人臂的外壳的外表面。
[0010]
在另一方面，一种外科机器人系统包括外科机器人组件，该外科机器人组件具有机器人臂、工具驱动装置和用于将插管联接到该工具驱动装置的插管接口，该插管接口具有集成在其中的与该插管的内部管腔流体连通的流体路径；吹入管，该吹入管联接到该机器人臂，该吹入管具有联接到该流体路径的远侧端部和联接到外科吹入器的近侧端部；和处理器，该处理器通信地联接到该外科机器人组件和该外科吹入器，该处理器能够操作以基于检测到的外科手术状况来控制该外科吹入器的操作。在一些方面，所检测到的外科手术状况是外科手术部位内烟雾的存在；并且由该处理器控制的该操作是该外科吹入器的烟雾排放功能。该烟雾排放功能可包括穿过该吹入管进行主动排烟，同时维持该外科手术部
位处的气腹。在一些方面，该流体路径是第一流体路径并且该吹入管是第一吹入管，并且该外科机器人组件还包括不流体联接到该外科吹入器的第二流体路径和第二吹入管，并且该烟雾排放功能包括穿过该第二流体路径和该第二吹入管进行被动排烟。在更进一步方面，该机器人臂是第一机器人臂并且该吹入管是第一吹入管，该系统还包括第二机器人臂和与该第二机器人臂集成的第二吹入管，并且该烟雾排放功能包括穿过该第一吹入管将流体的流量引入到该外科手术腔并使用该第二吹入管从该外科手术腔进行排烟。在一些情况下，所检测到的外科手术状况可以是外科手术部位内能量设备的激活；并且由该处理器控制的该操作是该外科吹入器的烟雾排放功能。在其他方面，所检测到的外科手术状况可以是外科手术部位内颗粒的存在；并且由该处理器控制的该操作是该外科吹入器的颗粒去除功能。
[0011]
上述发明内容不包括本发明的所有方面的详尽列表。可以设想的是，本发明包括所有系统和方法，该系统和方法可由上文概述的各个方面的所有合适组合以及下文具体实施方式中公开并且在随本专利申请提交的权利要求书中特别指出的那些来实施。此类组合具有未在上述发明内容中具体叙述的特定优点。
附图说明
[0012]
本发明的实施方案以举例方式而非限制性方式在附图的各图中示出，其中类似的附图标号指示类似的元件。应当指出，在本公开中提到本发明的“一个”或“一种”实施方案不一定是同一个实施方案，并且它们是指至少一个。另外，为了简洁和减少附图的总数，可使用给定附图来示出本发明的多于一个实施方案的特征，并且对于给定实施方案可能并非需要附图中的所有元件。
[0013]
图1是根据实施方案的手术场所中的示例性外科机器人系统的绘画视图。
[0014]
图2是根据本公开的一个方面的机器人臂的一部分的透视图。
[0015]
图3是图2的机器人臂的工具驱动装置的示意性透视图。
[0016]
图4是与图3的套管针相关联的工具驱动装置和插管的横截面侧视图。
[0017]
图5是与图3的套管针相关联的工具驱动装置和插管的横截面侧视图。
[0018]
图6是与图3的套管针相关联的工具驱动装置和插管的横截面侧视图。
[0019]
图7是与图3的套管针相关联的工具驱动装置和插管的横截面侧视图。
[0020]
图8是与图3的套管针相关联的工具驱动装置和插管的横截面侧视图。
[0021]
图9是与图3的套管针相关联的工具驱动装置和插管的横截面侧视图。
[0022]
图10是根据实施方案的外科机器人系统的示例性处理操作的框图。
[0023]
图11是根据实施方案的外科机器人系统的计算机部分的框图。
具体实施方式
[0024]
在各种实施方案中，参考附图进行描述。然而，某些实施方案可以在没有这些具体细节中的一个或多个具体细节的情况下实施，或者可以与其他已知的方法和配置结合实施。在以下描述中，列出许多具体细节，诸如特定配置、尺寸和过程，以提供对实施方案的全面理解。在其他情况下，没有特别详细地描述众所周知的工艺和制造技术，以免不必要地模糊描述。本说明书通篇提及的“一个实施方案”、“实施方案”等意指所述的特定特征、结构、
配置或特性包括在至少一个实施方案中。因此，在整个说明书中各处出现的短语“一个实施方案”、“实施方案”等不一定是指同一实施方案。此外，在一个或多个实施方案中，具体特征、结构、配置或特性可以任何合适的方式组合。
[0025]
此外，本文所用的术语只是为了描述具体方面的目的，并非旨在对本发明进行限制。为了便于描述，本文可使用空间相对术语诸如“下方”、“低于”、“下部”、“高于”、“上部”等来描述如图所示的一个元件或特征与另一个元件或特征的关系。应当理解，空间相对术语旨在涵盖使用中或操作中的设备除附图中所描绘的取向之外的不同取向。例如，如果图中的设备被翻转，则被描述为“低于”其他元件或特征或“在其下方”的元件将被取向成“高于”其他元件或特征。因此，示例性术语“低于”可涵盖高于和低于的取向。设备可以其他方式取向(例如，旋转90度或以其他取向)，并且相应地解释本文所用的空间相对描述符。
[0026]
如本文所用，除非上下文另有明确说明，否则单数形式“一个”、“一种”和“该/所述”旨在也包括复数形式。还应当理解，术语“包括”和/或“包含”指定所述特征、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或多个其他特征、步骤、操作、元件、部件和/或其组的存在或添加。
[0027]
如本文所用，术语“或”和“和/或”应理解为包含性的或意味着任何一种或任何组合。因此，“a、b或c”或“a、b和/或c”意味着“以下中的任一者：a；b；c；a和b；a和c；b和c；a、b和c。”只有当元件、功能、步骤或动作的组合以某种方式固有地相互排斥时，才将会出现该定义的例外。
[0028]
此外，在整个描述中使用的相对术语可表示相对位置或方向。例如，“远侧”可指示远离参考点(例如，远离用户)的第一方向。类似地，“近侧”可指示在与第一方向相反的第二方向上(例如，朝向用户)的位置。然而，提供此类术语是为了建立相对参照系，并非旨在将任何特定外科机器人部件的使用或取向限于以下各种实施方案中描述的具体构型。
[0029]
参见图1，图1是手术场所中的示例性外科机器人系统100的绘画视图。外科机器人系统100包括用户控制台102、控制塔103以及外科机器人平台105(例如，手术台、床等)处的一个或多个外科机器人120(包括机器人臂104)。系统100可结合用于对患者106执行外科手术的任何数量的设备、工具或附件。例如，系统100可包括用于执行外科手术的一个或多个外科工具107。外科工具107可以是附接到外科臂104的远侧端部的端部执行器，用于执行外科规程。
[0030]
每个外科工具107可在外科手术期间手动操纵、通过机器人操纵或两者共同操纵。例如，外科工具107可以是用于进入、查看或操纵患者106的内部解剖结构的工具。在一个实施方案中，外科工具107为可抓持患者的组织的抓持器。外科工具107可由床边操作者108手动控制；或者其可经由其所附接的外科机器人臂104的致动移动而由机器人控制。外科机器人臂104被示出为台上安装系统，但在其他配置中，外科机器人臂104可安装在手推车、天花板或侧壁上，或者安装在另一个合适的结构支撑件中。
[0031]
一般来讲，远程操作者109(诸如外科医生或其他操作者)可使用用户控制台102以远程操纵外科机器人臂104和/或所附接的外科工具107，例如远程操作。用户控制台102可位于与系统100的其余部分相同的手术室中，如图1所示。然而，在其他环境中，用户控制台102可位于相邻或附近的房间中，或者其可位于远程位置，例如，在不同的建筑物、城市或国家中。用户控制台102可包括座椅110、一个或多个用户接口设备例如脚动控制件113或手持
式用户输入设备(uid)114，以及至少一个用户显示器115，该用户显示器被配置为显示例如患者106体内的手术部位的视图。在示例性用户控制台102中，远程操作者109坐在座椅110中并查看用户显示器115，同时操纵脚动控制件113和手持式uid 114，以便远程控制臂104和外科工具107(其安装在臂104的远侧端部上)。
[0032]
在一些变型中，床边操作者108还可以“床上”模式操作系统100，其中床边操作者108(用户)现在位于患者106的一侧并且同时操纵机器人驱动的工具(附接到臂104的端部执行器)，例如，用一只手握持手持式uid 114和手动腹腔镜工具。例如，床边操作者的左手可操纵手持式uid以控制机器人部件，而床边操作者的右手可操纵手动腹腔镜工具。因此，在这些变型中，床边操作者108可对患者106执行机器人辅助微创外科手术和手动腹腔镜外科手术两者。
[0033]
在示例性规程(外科手术)期间，为患者106做手术准备并以无菌方式为该患者覆盖消毒盖布以实现麻醉。在机器人系统100的臂处于收起配置或撤回配置时，可手动地执行对外科手术部位的初始触及(以便于触及外科手术部位)。一旦完成触及，就可执行机器人系统100包括其臂104的初始定位或准备。接着，外科手术继续，其中用户控制台102处的远程操作者109利用脚动控制件113和uid 114来操纵各种端部执行器以及可能的成像系统，以执行外科手术。也可由身着消毒手术衣的床边人员(例如，床边操作者108)在手术床或手术台处提供人工辅助，该床边人员可对机器人臂104中的一个或多个臂执行任务，诸如回缩组织、执行手动重新定位以及工具更换。也可存在非消毒人员以在用户控制台102处辅助远程操作者109。当规程或外科手术完成时，系统100和用户控制台102可被配置或设定成一定状态以便于完成术后规程，诸如清洁或消毒以及经由用户控制台102输入或打印保健记录。
[0034]
在一个实施方案中，远程操作者109保持并且移动uid 114以提供输入命令，从而移动机器人系统100中的机器人臂致动器117。uid 114可例如经由控制台计算机系统116通信地联接到机器人系统100的其余部分。代表性地，在一些实施方案中，uid 114可以是相对于外科机器人系统的另一个部件不接地的便携式手持用户输入设备或控制器。例如，uid 114可在栓系用户控制台或从用户控制台解下时不接地。术语“不接地”旨在指代例如两个uid既不在机械上也不在动力学上相对于用户控制台受到约束的具体实施。例如，用户可将uid 114握持在手中，并且在仅由例如用户控制台的跟踪机构限制的空间内自由移动到任何可能的位置和取向。uid 114可生成对应于uid 114的移动的空间状态信号，例如uid的手持式外壳的位置和取向，并且空间状态信号可以是控制机器人臂致动器117的运动的输入信号。机器人系统100可使用源自空间状态信号的控制信号来控制致动器117的成比例运动。在一个实施方案中，控制台计算机系统116的控制台处理器接收空间状态信号并生成对应的控制信号。基于控制致动器117如何通电以移动臂104的区段或连接件的这些控制信号，附接到臂的对应外科工具的移动可模拟uid 114的移动。类似地，远程操作者109与uid 114之间的交互可生成例如夹持控制信号，该夹持控制信号使外科工具107的抓持器的钳口闭合并夹持患者106的组织。
[0035]
外科机器人系统100可包括若干uid 114，其中为控制相应臂104的致动器和外科工具(端部执行器)的每个uid生成相应的控制信号。例如，远程操作者109可移动第一uid 114以控制位于左机器人臂中的致动器117的运动，其中致动器通过移动臂104中的连杆、齿轮等来响应。类似地，远程操作者109对第二uid 114的移动控制另一个致动器117的运动，
这继而移动机器人系统100的其他连杆、齿轮等。机器人系统100可包括固定到患者的右侧的床或台的右臂104，以及位于患者的左侧的左臂104。致动器117可包括一个或多个马达，控制该一个或多个马达，使得它们驱动臂104的接合部旋转，以例如相对于患者改变附接到该臂的外科工具107的内窥镜或抓持器的取向。同一臂104中的若干致动器117的运动可由从特定uid 114生成的空间状态信号控制。uid 114还可控制相应外科工具抓持器的运动。例如，每个uid 114可生成相应的夹持信号以控制致动器(例如，线性致动器)的运动，该致动器在外科工具107的远侧端部处打开或闭合抓持器的钳口以夹持患者106体内的组织。
[0036]
在一些方面，平台105和用户控制台102之间的通信可通过控制塔103，该控制塔可将从用户控制台102(并且更具体地从控制台计算机系统116)接收的用户命令转换成传输到机器人平台105上的臂104的机器人控制命令。控制塔103还可将状态和反馈从平台105传输回用户控制台102。机器人平台105、用户控制台102和控制塔103之间的通信连接可经由有线和/或无线链路，使用各种数据通信协议中的任何合适的数据通信协议。任何有线连接可任选地内置于手术室的地板和/或墙壁或天花板中。机器人系统100可向一个或多个显示器提供视频输出，包括手术室内的显示器以及可经由互联网或其他网络访问的远程显示器。还可加密视频输出或馈送以确保隐私，并且视频输出的全部或部分可保存到服务器或电子保健记录系统。应当理解，图1的手术室场景是示例性的，未必能准确地代表某些医疗实践。
[0037]
转到图2，示出了根据本公开的一个方面的机器人臂104的一部分。本文所述的机器人臂104和相关联部件可形成根据本公开的实施方案的外科机器人系统。机器人臂104可结合到参考图1描述的外科机器人系统100中，或者可形成不同系统的一部分。虽然示出了单个机器人臂104，但应当理解，在不脱离本公开的情况下，机器人臂104可包括附加的臂部分或者可以是多臂装置的部件。
[0038]
机器人臂104可包括多个连接件(例如，连接件202a-202e)和用于相对于彼此致动多个连接件的多个接合部模块(例如，接合部204a-204e)。接合部模块可包括各种接合部类型，诸如俯仰接合部或滚动接合部，其中任何一种都可手动地或通过机器人臂致动器117致动，并且其中任何一种都可基本上约束相邻连接件围绕某些轴线相对于其他轴线的移动。还如图所示，工具驱动装置206附接到机器人臂104的远侧端部。如本文所述，工具驱动装置206可配置有对接接口208以接收套管针210的附接部分(例如，套管针的近侧端部处的配合插管接口)，使得可引导一个或多个外科器械(例如，内窥镜、缝合器等)穿过套管针210的插管的管腔。可致动机器人臂104的多个接合部模块204a-204e以定位和取向用于机器人外科手术的工具驱动装置206。
[0039]
还示出了用于控制流向/流出套管针210定位在其中的外科手术部位或外科手术腔的流体的流量的流体路径212。流体路径212可与机器人臂104集成、附接到该机器人臂或以其他方式形成为该机器人臂的一部分。流体路径212可联接到泵组件214(例如，吹入泵)，并且因此在本文中也称为吹入路径。例如，流体路径212的至少一部分可以是吹入管(例如，吹入路径)，该吹入管连接到泵214并沿着机器人臂104的整个长度延展。吹入管可封闭在形成臂104的装饰面板216内。例如，吹入管可机械地附接(例如，夹具、夹子、螺栓、托架、紧固件等)到面板216的内表面，或者可定位在形成于面板216的内表面内的管接收通道内。另选地，吹入管可连接到形成臂104的面板216的外部表面。例如，吹入管可通过带、系带等机械
地附接到外部表面。流体路径212的近侧端部220可附接到泵组件214(例如，外科吹入器)，该泵组件控制穿过路径212的流体的流量。流体路径212的远侧端部222可附接到与套管针210相关联的插管。泵组件214可控制流动穿过路径212的流体流的方向，以允许在外科规程期间在相关联的外科手术部位或外科手术腔内进行烟雾排放、颗粒去除、气腹或对其他状况的管理。
[0040]
图3是示出根据本主题技术的各方面的无加载工具的示例性工具驱动装置206的示意图。在一种变型中，工具驱动装置206可包括具有纵向轨道304的细长基部(或“层板”)302和与纵向轨道304滑动接合的工具架306。层板302可被配置成联接到机器人臂104的远侧端部(参见图2)，使得机器人臂104的关节运动将工具驱动装置206定位和/或取向在适当位置。工具架306可被配置成接收延伸穿过套管针210的工具。
[0041]
另外，工具架306可通过由致动驱动装置操纵和控制的缆线系统或线来致动一组关节运动(术语“缆线”和“线”在整个本技术中可互换使用)。工具架306可包括不同构造的致动驱动装置，诸如机械传动装置。套管针210可在位于细长基部302的远侧块处的对接站或对接接口208处联接到工具驱动装置206或外科机器人系统100的另一部件。对接接口208被配置成接收套管针210的一部分，使得对接接口208被配置为套管针对接接口、套管针附接设备或套管针安装设备。对接接口208可提供将套管针210附接到外科机器人系统100的可靠且快速的方式。例如，尽管未示出，但对接接口208可限定用于接收套管针210的一部分的接收空间(例如，套管针的近侧端部处的插管接口)。一旦处于适当位置，对接接口208和套管针210就可使用夹持组件相对于彼此保持在适当位置。在一些变型中，对接接口208还可在无菌部件(诸如套管针210)与对接接口的另一侧上的非无菌部件之间提供无菌屏障。无菌屏障可例如由无菌适配器提供，该无菌适配器由插置在套管针210与对接接口208之间的外科级聚合物或其他外科级材料形成(如将参考图4更详细地描述的)。
[0042]
另外，从该视图可进一步看出，流体路径212沿着机器人臂连接件202e(例如，附接到连接件面板的内部表面或外部表面)延伸到对接接口208。流体路径212的远侧端部进一步示为直接连接到套管针210的插管，如现在将参考图4更详细地描述。代表性地，图4是图3中描述的工具驱动装置与套管针组件的插管之间的接口的横截面侧视图。从该视图可以看出，路径212集成到机器人臂连接件202e和对接接口208中。例如，路径212可由安装到连接件202e和对接接口208的外部表面和/或内部表面或与其一体形成的吹入管形成。可以进一步设想，在一些方面，路径212的至少一部分可以是穿过连接件202e和/或接口208形成的通道，该通道允许单独进行流体传输或与例如吹入管组合进行流体传输。路径212的直接联接到连接件202e的部分可终止于对接接口208的远侧端部或部分422处。
[0043]
插管402(为便于说明移除了剩余的套管针部件)进一步示为包括插管接口404，该插管接口由对接接口208接收以将两个部件固定在一起。插管接口404可以是插管402(例如，位于套管针的近侧端部处)的突出或伸出部分(例如，凸耳)，其适于插入在形成于对接接口208的远侧端部中的接收部分或腔414内。插管接口404包括集成流体路径408(例如，插管侧路径)，该集成流体路径将流体路径212(例如，工具驱动装置侧路径)连接到插管402。代表性地，插管接口404可包括由接口404内的通道形成的路径408。该通道可在插管接口404的近侧端部424处的流体端口406(例如，工具驱动装置侧端口)与插管接口404的远侧端部426处的流体端口410(例如，插管侧端口)之间延伸。流体端口410通向插管402的管腔
412，而流体端口406通向插管周围的外部环境。当插管接口404与对接接口208接合时，流体端口406变得与路径212对准并且流体地联接到该路径(例如，在工具驱动装置侧上)，使得流体(例如，吹入气体)可沿着路径212、408流向/流出插管402的管腔412，如箭头430所示。插管402的管腔412延伸到外科手术部位或外科手术腔，使得流过路径212、408的流体根据期望的操作(例如，吹入、烟雾排放、特定去除等)传到/传出腔。从该视图可进一步理解，集成路径212、408可与外科工具可定位在其中的同一插管腔412连通。换句话讲，在路径212、408与外科手术腔之间行进的流体可使用与外科工具相同的路径，而不是形成穿过插管402的单独路径。
[0044]
在一些方面，无菌适配器414可定位在插管接口404与对接接口208之间，以在插管402周围形成无菌屏障。无菌适配器414可包括适配器开口428，当插管接口404与对接接口208连接时，该适配器开口与路径212、408对准，以允许流体传输到插管402，如先前所讨论。过滤器428可进一步定位在插管接口404与对接接口208之间。例如，过滤器428可以是无菌适配器414的一部分，或以其他方式联接到该无菌适配器。过滤器428可与路径212、408连通，使得其过滤穿过路径212、408传输的流体。例如，过滤器428可以是阻止来自外科手术腔的颗粒或其他非无菌物质污染路径212的过滤器，使得路径(例如，吹入管)的机器人侧可用于一整天的规程，并且在患者之间仅需要更换适配器414和插管402。另外，可进一步提供用于密封适配器414和/或对接接口208与插管接口404之间的过滤器428的密封件416。例如，密封件416可以是o型环或类似类型的结构，其联接到适配器开口428并集成在无菌适配器414内或以其他方式形成该无菌适配器的一部分。
[0045]
在更进一步方面，可以设想，可进一步提供任选的喷嘴440，以控制和/或引导流动穿过路径212、408的流体流。例如，喷嘴440可形成在对接接口208和插管接口404处。代表性地，喷嘴440可以是形成在对接接口208和/或路径212的远侧端部422处的突出部分或喷管。插管接口404的接合对接接口208的近侧端部可具有凹入部分442，该凹入部分的尺寸被设计为在其中接收喷嘴440。喷嘴440可用于阻止吹入气体穿过对接接口208的路径212流到插管接口408的路径408。喷嘴440可与路径212一体形成，或者可以是附接到路径212的单独的件。喷嘴440可具有适于控制和/或引导穿过路径212、408的流体的流量的任何形状、尺寸和/或配置。
[0046]
在其他方面，可省略喷嘴440。代表性地，图5示出了其中喷嘴被省略并且接口208和插管接口404基本上平坦的配置。代表性地，图5是图4的机器人臂连接件202e、对接接口和插管402的横截面侧视图，不同之处在于对接接口208和插管接口404的交接侧是平坦的、平面的或以其他方式彼此齐平，并且省略了喷嘴440。图5的工具驱动装置和插管接口的其余部件与参考图4描述的那些部件相同。
[0047]
现在返回图4，插管402的附加方面可包括插管密封件420。插管密封件420可将插管腔412相对周围环境密封，从而防止流入/流出插管腔412的流体进入周围环境。然而，插管密封件420可允许外科工具插入插管402中，并且一旦插入，就可围绕工具密封，使得流体不会围绕工具泄漏。例如，插管密封件420可包括阀，该阀允许外科工具的插入和/或去除，但不会响应于流体传入/传出插管腔412中所引起的压力而打开。
[0048]
图6是根据本发明的另一方面的工具驱动装置和插管接口的横截面侧视图。图6的工具驱动装置和插管接口与图4至图5的工具驱动装置和插管接口基本相似之处在于其包
括机器人臂连接件202e和对接接口208，该对接接口与插管402的插管接口404连接或交接，如先前所讨论。然而，在该方面，该组件包括两个集成流体路径602a、602b，该两个集成流体路径用于泵(未示出)与插管402之间的流体的输入/输出。具体地，该组件包括第一流体路径602a，该第一流体路径包括与机器人臂连接件202e和对接接口208集成的流体路径212a(例如，工具驱动装置侧路径)和与插管接口404集成的流体路径408a(例如，插管侧路径)。流体路径408a在插管接口404的近侧端部处的流体端口406a与插管接口404的远侧端部处的流体端口410a之间延伸。流体端口406a与流体路径212a流体连通，而流体端口410a与插管腔412流体连通。在该方面，流体可沿着路径212a、408a流向/流出外科手术腔446，如先前所讨论。该组件还包括与第一路径分离的第二流体路径602b并且包括与机器人臂连接件202e和对接接口208集成的流体路径212b(例如，工具驱动装置侧路径)和与插管接口404集成的流体路径408b(例如，插管侧路径)。流体路径408b在插管接口404的近侧端部处的流体端口406b与插管接口404的远侧端部处的流体端口410b之间延伸。流体端口406b与流体路径212b流体连通，而流体端口410b与插管腔412流体连通。在该方面，流体可沿着路径212b、408b流向/流出外科手术腔446，如先前所讨论。路径602a和602b可如图所示基本上平行于彼此延展，或者可处于允许流体单独和独立传入和/或传出相关联外科手术腔446的任何其他配置。
[0049]
在所示配置中，路径602a和602b是完全分离的路径，其允许不同的流体(例如，第一流体和第二流体)或相同的流体流向/流出外科手术腔446。流体可根据需要沿相同方向或不同方向行进。例如，第一路径602a可用于维持外科手术腔446内的吹入，而路径602b可用于从外科手术腔446进行烟雾排放。代表性地，来自相关联外科吹入器(例如，图2中所示的吹入器214)的吹入气体可沿朝向插管402的方向(如虚线箭头所示)流动穿过第一路径602a，以用于递送到外科手术腔446。流体也可沿相反方向(如虚线箭头所示)流动穿过第二通道602b，以从腔446中去除气体、烟雾和/或任何其他流体或颗粒。在该方面，第一路径和第二路径602a-602b可用于主动吹入以及烟雾和/或颗粒排出。这些操作被认为是“主动”的，因为可使用连接到这两个路径的泵(例如，外科吹入器214)来驱动流体流的方向。这些操作可根据需要同时地、连续地或在其他时间执行，如将参考图10更详细地讨论的。
[0050]
另外，无菌适配器414(类似于先前在图4至图5中所讨论的无菌适配器)可定位在插管接口404与对接接口208之间，以在插管402周围形成无菌屏障。然而，在这种配置中，无菌适配器414可包括第一适配器开口和第二适配器开口418a、418b，以容纳第一路径212a-212b和第二路径408a-408b，并允许流体沿着这两个路径传输到插管402，如先前所讨论。过滤器428a、428b还可定位在插管接口404与对接接口208之间。过滤器428a可与路径212a、408a连通，并过滤穿过路径212a、408a传输的流体。过滤器428b可与路径212b、408b连通，并过滤穿过路径212b、408b传输的流体。过滤器428a-428b中的一个过滤器或两个过滤器可以是阻止流体或颗粒在路径212a-212b与路径408a-408b之间传递的过滤器。例如，与第二路径602b相关联的过滤器428b(在该配置中示为将流体传输离开外科手术腔446(参见箭头))可以是阻止从外科手术腔中取回的颗粒或其他非无菌物质从路径408b传输到路径212b的过滤器。该配置允许路径(例如，吹入管)的机器人侧用于一整天的规程，并且在患者之间仅需要更换适配器414和插管402。另外，可进一步提供用于密封适配器414和/或对接接口208与插管接口404之间的过滤器428a-428b的密封件416a、416b。可以进一步设想，尽管图6中
未示出，但路径602a-602b中的一个路径或两个路径可包括喷嘴，诸如先前参考图4所讨论的喷嘴440。
[0051]
图7是根据本发明的另一方面的工具驱动装置和插管接口的横截面侧视图。图7的工具驱动装置和插管接口与图6的工具驱动装置和插管接口基本相似之处在于其包括机器人臂连接件202e和对接接口208，该对接接口与插管402的插管接口404连接或交接，如先前所讨论。另外，该组件包括：两个集成流体路径602a、602b，该两个集成流体路径用于泵(未示出)与插管402之间的流体的输入/输出；和无菌适配器414，该无菌适配器包括过滤器418a-418b，如先前所讨论。然而，在这种配置中，第一路径602a沿着机器人臂延伸到泵(如图2所示)，而第二路径602b不延伸机器人臂到泵的整个长度。相反，第二路径602b延伸出接口404的侧面。代表性地，路径602b可具有连接到插管腔412的远侧端部704和终止于对接接口208处的近侧端部704。路径602b的近侧端部704可终止于对接接口208的侧面708处或附近(而不是机器人臂104的近侧端部)，并且对周围环境开放。阀706可进一步连接到路径602b的近侧端部704以打开和关闭端部，并控制路径602b与周围环境之间的流体的传输。路径602a、602b可用于类似于图6中描述的路径的吹入和/或烟雾排放，不同之处在于该配置允许穿过路径602b进行被动烟雾排放。该操作被认为是“被动”的，因为这些路径中的至少一个路径(即，路径602b)未连接到泵(例如，外科吹入器214)，因此流动穿过该路径的流体流不直接由泵驱动或以其他方式控制。
[0052]
图8是根据本发明的另一方面的插管的横截面侧视图。图8的插管402与图7的插管的基本相似之处在于其包括插管接口404，该插管接口连接到对接接口(尽管为便于说明未示出)，如先前所讨论。然而，在该方面，集成流体路径408包括喷嘴802，该喷嘴用于清洁穿过插管402插入的外科工具或器械804。代表性地，类似于先前所讨论的配置，插管接口404中的流体路径408从流体端口406(例如，面向对接接口)延伸到通向插管腔412的流体端口410。然而，通向插管腔412的流体端口410定位在插管402的端部附近，使得当流体穿过通道408传输并流出流体端口410时，流体被朝向定位在插管腔412内的器械804的端部引导。在一些方面，路径408可如前所讨论穿过插管接口404形成，并沿着插管402的侧壁806向下延伸到流体端口410。例如，路径408可包括由插管402的内部表面806a(例如，限定插管腔412的表面)与外部表面806b(例如，面向周围环境的表面)之间的通道形成的部分。通向插管腔412的流体端口410可穿过形成插管402的远侧端部的内部表面806a形成。在该方面，路径408可完全集成在插管接口404和插管402内。在其他方面，路径408的一部分或多部分可联接到组件的外部表面。路径408的端部还可包括喷嘴802，以帮助将流体朝向器械804的端部引导。喷嘴802可以是适于引导流体的任何类型的喷嘴。例如，喷嘴802可以是路径408的狭窄部分，或者是附接到路径408的端部的单独喷嘴。然后，可穿过路径408引入流体(例如，吹入气体)并使其流出喷嘴802，使得流体以足够的流速接触器械804的端部，以从器械804的端部清除颗粒等。
[0053]
另外，在一些方面，可进一步提供加热元件810，该加热元件能够操作以加热流过路径408的流体(例如，吹入气体)。例如，加热元件810可以是加热线圈等，其是形成路径408的吹入管的一部分或以其他方式附接到该吹入管。另选地，加热元件810可联接到插管接口404或以其他方式成为该插管接口的一部分。在与器械804接触之前加热吹入气体可有助于减少例如插入套管中的相机或内窥镜的起雾，这有时可能在不存在加热元件时发生。
[0054]
图9是根据本发明的另一方面的插管的横截面侧视图。图9的插管402与图8的插管的基本相似之处在于其包括插管接口404，该插管接口连接到对接接口(尽管为便于说明未示出)，如先前所讨论。然而，在该实施方案中，插管接口404示为包括两个集成流体路径902a和902b。路径902b基本上类似于如参考图8讨论的路径408并且包括在流体端口406a(例如，面向对接接口)与插管402的端部处的流体端口410a之间延伸的路径408a。附加流体路径408b与参考图4至图7讨论的路径408相同。代表性地，路径408b从面向对接接口的流体端口406b延伸到插管腔412的近侧端部(例如，接收外科器械的端部)附近的流体端口410b。类似于先前所讨论的双路径配置，可根据需要在路径408a-408b之间切换流体流。然而，在这种配置中，由于路径408a可将流体朝向插管402内的器械804的端部引导，因此流体流用于器械的吹入或清洁。不同操作的选择可由操作者触发或自动触发，这取决于器械804是否缩回到插管402中使得器械尖端904靠近喷嘴802。还应认识到，器械804可以是在外科规程期间可插入穿过套管针的插管的任何器械。例如，器械可以是内窥镜，并且来自喷嘴802的流体可用于在外科规程后清除内窥镜端部的颗粒。在其他方面，器械可以是相机，并且来自喷嘴802的流体可用于从相机透镜中去除颗粒，以改善观看者的图像质量。
[0055]
应当进一步理解，尽管描述了与外科机器人系统100的单个机器人臂(例如，臂104)和插管(例如，插管402)相关联的多个流体路径(例如，路径212、408、602a-602b、902a-902b)，但可以进一步设想，外科机器人系统100的任何数量的机器人臂和插管可包括本文讨论的流体路径。例如，系统100的至少两个机器人臂/插管可包括流体路径，并且可协作地控制穿过这些路径中的每个路径的流体的流量，以实现相对于相关联外科手术腔的期望的吹入、烟雾排放和/或颗粒去除。例如，系统100可包括一个机器人臂/插管，其一个路径联接到外科吹入器；和另一个机器人臂/套管，其另一路径联接到外科吹入器。在操作期间，臂/插管组件中的一个臂/插管组件的路径中的一个路径可用于将流体(例如，吹入气体)引入到外科手术腔中，而与另一臂/套管组件相关联的路径可用于从腔中去除流体、烟雾、颗粒等。
[0056]
另外，由于外科吹入器与外科机器人系统100集成或成为其一部分，因此吹入器本身可与系统100的机器人部件通信以便以机器人的方式控制外科手术部位处的流体输入/输出。例如，在外科手术期间，该系统检测到其正在操作产生烟雾的器械，诸如能量设备。作为响应，该系统可自动向外科吹入器发出信号，以进行烟雾排放操作并从腔中去除烟雾。该系统可基于用户的输入命令、或控制器基于处理协议输入的命令、或与在操作时发射信号的能量设备相关联的传感器、或某个其他检测机制来检测能量发射器的操作。例如，控制器和/或处理器可检测到能量发射器已被致动并向泵发送信号以打开/关闭烟雾排放操作、打开/关闭流体入口或其他操作，以自动实现期望的吹入、流体流入/流出或颗粒排出操作。
[0057]
在更进一步方面，该器械可包括相机(例如，内窥镜相机)，该相机可拍摄可能显示外科手术腔内的烟雾或颗粒的图像。在该方面，计算机视觉可用于处理相机图像并确定烟雾存在且需要排出。作为响应，控制器可向外科吹入器发出信号以转换到烟雾排放模式，从而从腔中去除烟雾。
[0058]
因此，本文所述的不同的流体输入/输出操作可由用户(例如，由床边操作者108；或远程外科医生109)用手动控制，或者基于检测到的外科手术状况以机器人方式、自动地或以其他方式动态地控制。图10是用于基于检测到的外科手术状况以机器人的方式控制流
体输入/输出的一个示例性过程的框图。代表性地，过程1000可包括检测外科手术状况1002的操作。可基于用户输入、在处理协议期间执行的操作、由外科部件发射的信号、视觉分析或存在外科手术状况的任何其他指标来检测外科手术状况。一旦检测到外科手术状况，则确定外科手术状况是否是任意数量的状况中的一种状况。代表性地，该过程包括确定外科手术状况是否是体腔内的烟雾1004。这种状况可例如基于已知会发射烟雾的外科器械或设备的操作来检测，诸如能量发射设备、与腔中的一个或多个外科部件相关联的烟雾检测传感器(处理显示体腔内的烟雾的图像)或适用于烟雾检测的任何其他机制。一旦检测到烟雾，或检测到表明存在烟雾的状况，则向外科吹入器发送信号以启动烟雾排放功能或模式。例如，在操作1006处，致动外科吹入器以使穿过集成流体路径(例如，路径212、408)的流体的流量离开体腔，这继而将烟雾从体腔排出。另外，在外科系统包括多个流体路径和/或多个臂/插管组件的情况下，外科吹入器可使流体(例如，吹入气体)穿过与一个臂/插管组件相关联的路径流向体腔，以将烟雾朝向另一流体路径推动，该另一流体路径可位于同一臂/插管组件中或与另一臂/插管组件相关联。外科吹入器使另一流体路径具有反转的流体流的方向，并将流体从体腔抽走。然而，如果在操作1004处未检测到烟雾，则该过程继续，并在操作1008处确定外科手术状况是否是能量设备的致动。由于已知能量设备的操作会导致烟雾，因此该过程接着继续到烟雾排放操作1006。另一方面，如果在操作1008处未检测到能量设备的致动，则该过程继续到操作1010以确定体腔中是否存在颗粒。可基于生成颗粒的已知操作、检测到的由颗粒引起的器械堵塞或颗粒存在的另一指标来在视觉上检测颗粒的存在。如果检测到颗粒，则在操作1012处使外科吹入器参与颗粒去除操作或模式。特定去除操作或模式可涉及吹入器导致流体穿过集成路径流出并离开体腔(例如，以排出颗粒)。另选地，当在外科器械或设备(诸如内窥镜)上检测到颗粒时，吹入器可能导致流体流入体腔，以将颗粒从设备中驱出(例如，吹出)。然而，如果在操作1010处未检测到颗粒，则该过程继续并在操作1014处确定该状况是否为气腹。可使用与吹入器和/或外科系统相关联的检测体腔内的压力水平的压力传感器来检测气腹。如果检测到气腹，则在操作1016处致动外科吹入器并使用该外科吹入器来控制和/或监测体腔内的气腹，从而始终维持外科手术所需的状况。例如，如果压力水平(或腔内的气体水平)低于期望值，则外科吹入器可增加穿过集成路径到达体腔的吹入气体的流量。如果压力水平高于期望值，则外科吹入器可减少到达体腔的吹入气体的流量。如果这些外科手术状况中的任一种状况都未确定，则过程1000返回到操作1002并继续确定是否发现需要致动外科吹入器的外科手术状况。
[0059]
图11是根据一个实施方案的外科机器人系统的能够操作以实现前述操作的计算机部分的框图。示例性外科机器人系统1100可包括用户控制台102、外科机器人120和控制塔103。外科机器人系统1100可包括其他或附加的硬件部件；因此，以示例的方式提供该图，而并非是对系统架构的限制。
[0060]
如上所述，用户控制台102可包括控制台计算机1111、一个或多个uid 1112、控制台致动器1113、显示器1114、脚踏开关1116、控制台计算机1111和网络接口1118。另外，用户控制台102可包括多个部件，例如，uid跟踪器1115、显示器跟踪器1117和控制台跟踪器1119，用于检测系统操作所需的各种外科手术状况(例如，uid取向、外科医生相对于显示器的取向、控制台座椅的取向等)。还应当理解，坐在用户控制台102处的用户或外科医生可手动调整用户控制台102的人体工程学设置，或者可根据用户配置文件或用户偏好自动调整
该设置。可通过基于用户输入或控制台计算机1111存储的配置来驱动控制台致动器1113来实现手动调整和自动调整。用户可通过使用一个或多个主uid 1112和脚踏开关1116控制外科机器人120来执行机器人辅助的外科手术。uid 1112的位置和取向由uid跟踪器1115连续跟踪，并且状态变化作为用户输入由控制台计算机1111记录并经由网络接口1118调度到控制塔103。可在高分辨率3d显示器1114(包括开放式显示器或沉浸式显示器)上向用户呈现患者解剖结构、器械和相关软件应用程序的实时外科手术视频。
[0061]
用户控制台102可通信地耦合到控制塔103。用户控制台还提供用于改善人体工程学的附加功能。例如，用户控制台可以是包括开放式显示器的开放式架构系统，但在一些情况下可以提供沉浸式显示器。此外，在用户控制台102处包括高度可调节的外科医生座椅以及通过电磁跟踪器或光学跟踪器跟踪的主uid，以用于改善人体工程学。
[0062]
控制塔103可以是容纳触摸屏显示器的移动现场护理推车、控制外科医生通过机器人辅助操纵器械的计算机、安全系统、图形用户界面(gui)、光源以及视频计算机和图形计算机。如图11所示，控制塔103可包括中央计算机1131(至少包括可视化计算机)、控制计算机和辅助计算机、各种显示器1133(包括团队显示器和护士显示器)以及将控制塔103联接到用户控制台102和外科机器人120两者的网络接口1118。控制塔103可提供附加功能以实现用户便捷性，诸如护士显示触摸屏、软电源和e保持按钮、用于视频和静止图像的面向用户的usb以及电子脚轮控制接口。辅助计算机还可运行实时linux，从而提供日志记录/监测以及与基于云的web服务的交互。
[0063]
外科机器人120可包括具有多个集成机器人臂1122的手术台1124，多个集成机器人臂可定位在目标患者解剖结构上方。可将一组兼容工具1123附接到/拆卸离开臂1122的远侧端部，使得外科医生能够执行各种外科规程。另外，如先前所讨论，可进一步包括用于控制臂112的集成路径的流体流入/流出的泵1140。外科机器人120还可包括用于手动控制或自动控制臂1122、泵1140、台1124和工具1123的控制接口1125。该控制接口可包括诸如但不限于遥控器、按钮、面板和触摸屏等物品。可能还需要其他附件诸如套管针(套管、密封药筒和填塞器)和盖布，以使用系统执行手术。在一些变型中，多个臂1122包括安装在手术台1124的两侧上的四个臂，其中每侧上具有两个臂。对于特定的外科规程，安装在台的一侧上的臂可通过在台和安装在另一侧上的臂下方拉伸和交叉而定位在台的另一侧上，从而总共三个臂定位在台1124的相同侧上。外科工具还可包括台计算机1121和网络接口1118，该网络接口可将外科机器人120放置成与控制塔103通信。
[0064]
在前述说明书中，已参考本发明的具体示例性实施方案描述了本发明。将显而易见的是，在不脱离如以下权利要求中阐述的本发明的更广泛的精神和范围的情况下，可对本发明进行各种修改。因此，说明书和附图将被视为在示例性意义上而非限制性的。