用于針對性干預(yù)措施的緊湊型針形操縱器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種器械操縱器的實施例。一種器械操縱器能夠包括軌道；被連結(jié)成沿所述軌道騎乘的平移托架；被連結(jié)到所述平移托架的肩偏航接頭；被連結(jié)到所述肩偏航接頭的肩俯仰接頭，所述肩俯仰接頭包括臂件、被連結(jié)到所述臂件的腕件安裝件、被連結(jié)在所述腕件安裝件與所述肩偏航接頭之間的撐桿以及被連結(jié)到所述臂件的肩俯仰機構(gòu)；被連結(jié)到所述腕件安裝件的偏航-俯仰-橫滾腕件，所述偏航-俯仰-橫滾腕件包括偏航接頭和差分驅(qū)動的俯仰-橫滾接頭；以及被連結(jié)到所述腕件的器械安裝件。各種接頭和托架可以由馬達(dá)驅(qū)動。
【專利說明】用于針對性干預(yù)措施的緊湊型針形操縱器
[0001] 相關(guān)申請
[0002] 本申請要求2012年2月15日提交的申請?zhí)枮?1/599, 339的美國臨時專利申請 和2013年2月14日提交的申請?zhí)枮?3/767,856的美國非臨時專利申請的優(yōu)先權(quán)，其全部 內(nèi)容通過參考被合并于此。

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003] 本發(fā)明的實施例涉及通過會陰輸送針的機器人操縱器。

【背景技術(shù)】
[0004] 每年執(zhí)行一百五十萬個芯針穿刺活檢，產(chǎn)生幾十萬個前列腺癌的新病例。在許多 病例中，癌癥結(jié)果的早期檢測使所使用治療方法的療效更高。
[0005] 進(jìn)一步地，基于MRI引導(dǎo)針的療法（活組織檢查，局部激光燒蝕，用于低劑量率 (LDR)持久近距離放射治療中的可植入種子的輸送，該放射治療是一種常見的前列腺癌治 療，或其他治療）已被證明是成功的。不過，在由典型MRI器械提供的有限空間中操控針已 被證明具有挑戰(zhàn)性。
[0006] 有些人已提出使用通過空氣、超聲波或壓電體提供動力的機器人的技術(shù)方案。不 過，這些方法不提供在這類環(huán)境中所尋求的靈巧性和動力。
[0007] 前列腺癌在美國男人的非皮膚癌之中是最常見的。前列腺癌有兩種常見的篩選方 法，即前列腺特異性抗原檢測（PSA)和直腸指檢（DRE)。PSA檢測不是決定性的，其中該PSA 檢測從血樣中的抗原濃度確定前列腺癌的可能性。在DRE中，醫(yī)師可以確定是前列腺是增 大還是存在異常結(jié)節(jié)。在任一種情況下，穿刺活檢常被建議來確定腫瘤是否存在并且確定 任意腫瘤是良性的還是惡性的。
[0008] 目前用于調(diào)查腫瘤存在的護(hù)理標(biāo)準(zhǔn)是通過直腸超聲檢查（TRUS)。在超聲引導(dǎo)下， 醫(yī)師可以通過直腸的壁將穿剌針放置在前列腺中。穿刺針去除小管組織，用于進(jìn)一步的測 試。通常，在該手術(shù)中，多個樣本被去除，以用于測試。TRUS手術(shù)已被證明對于腫瘤定位不 是非常準(zhǔn)確。其他成像形式例如磁共振成像（MRI)和計算機斷層掃描（CT)X射線成像能夠 具有高空間分辨率并能更好識別單個腫瘤。
[0009] 已經(jīng)存在各種將機械針操縱器與各種成像技術(shù)結(jié)合的嘗試，以便更加準(zhǔn)確執(zhí)行包 括活組織檢查的基于針的治療。不過，仍然需要開發(fā)用于在成像環(huán)境內(nèi)執(zhí)行的基于針的手 術(shù)的更好執(zhí)行操縱器。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 根據(jù)本發(fā)明的方面，器械操縱器的實施例被公開。在某些實施例中，器械操縱器 能夠包括軌道；被連結(jié)成沿所述軌道騎乘的平移托架，該平移托架由線性馬達(dá)沿該軌道推 進(jìn)；連結(jié)到該平移托架的肩偏航接頭，該肩偏航接頭通過肩偏航馬達(dá)致動；連結(jié)到該肩偏 航接頭的肩俯仰接頭，該肩俯仰接頭包括臂件、連結(jié)到該臂件的腕件安裝件、連結(jié)在該腕件 安裝件與該肩偏航接頭之間并形成3D平行四邊形的撐桿以及被連結(jié)致動該肩俯仰接頭、 撐桿、臂件和腕件安裝件的肩俯仰馬達(dá)；連結(jié)到該腕件安裝件的偏航-俯仰-橫滾腕件，該 偏航-俯仰-橫滾腕件包括由一個或更多個腕件偏航馬達(dá)致動的偏航接頭和由差分驅(qū)動俯 仰-橫滾馬達(dá)致動的差分驅(qū)動俯仰-橫滾接頭；以及連結(jié)到該腕件的器械安裝件，該器械安 裝件具有提供器械驅(qū)動器的一個或更多個器械馬達(dá)。
[0011] 這些和其他實施例在下面關(guān)于下列附圖進(jìn)行進(jìn)一步討論。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0012] 圖1示出可以利用根據(jù)本發(fā)明的某些實施例的操縱器的手術(shù)環(huán)境。
[0013] 圖2示出安裝在掃描器轉(zhuǎn)運臺上的根據(jù)本發(fā)明的某些實施例的機器人操縱器。
[0014] 圖3示出根據(jù)本發(fā)明的某些實施例的操縱器系統(tǒng)的框圖。
[0015] 圖4A示出根據(jù)本發(fā)明的某些實施例的機器人操縱器。
[0016] 圖4B和圖4C示出在圖4A中示出的機器人操縱器的平面圖。
[0017] 圖5A和圖5B示出沿在圖4A中示出的機器人操縱器的插入軸線的線性運動。
[0018] 圖6A和圖6B示出在圖4A中示出的機器人操縱器的肩偏航接頭。
[0019] 圖6C示出可以用于在圖4A中示出的機器人操縱器的撐桿。
[0020] 圖7A示出在圖4A中示出的機器人操縱器的肩俯仰接頭。
[0021] 圖7B示出在圖7A中示出的肩俯仰接頭的橫截面。
[0022] 圖7C示出在圖7A中示出的連接接頭以及肩俯仰和偏航位置傳感器的橫截面。
[0023] 圖8A、圖8B、圖8C、圖8D和圖8E示出在圖4A中示出的機器人操縱器的偏航-俯 仰-橫滾腕件的方面的實施例。
[0024] 圖8F、圖8G和圖8H示出用于在圖8A、圖8B、圖8C、圖8D和圖8E中示出的腕件的 位置傳感器。
[0025] 圖9A、圖9B和圖9C示出在圖4A中示出的機器人操縱器的托架安裝件的實施例。
[0026] 圖10A和圖10B示出可以用于在圖9A、圖9B和圖9C中示出的托架安裝件的無菌 適配器。
[0027] 圖11是示出用于機器人操縱器的控制器的框圖。

【具體實施方式】
[0028] 在下列描述中，將闡述描述本發(fā)明的某些實施例的具體細(xì)節(jié)。不過，本領(lǐng)域中的技 術(shù)人員應(yīng)當(dāng)明白，某些實施例可以沒有這些具體細(xì)節(jié)的全部或一部分的情況下進(jìn)行實踐。 本文公開的具體實施例目的僅是示例性的，而不是限制性的。本領(lǐng)域中的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)意 識到，雖然未在這里具體描述，但是其他元件在本公開的范圍和精神內(nèi)。
[0029] 進(jìn)一步地，這個說明書的術(shù)語并不是限制本發(fā)明。例如，空間相關(guān)的術(shù)語，例如 "在...之下"、"在下面"、"下部"、"在上面"、"上部"、"近端"、"遠(yuǎn)端"、"水平"、"堅直"等，可 以用于描述在所述附圖中示出的一個元件或特征相對另一個元件或特征的關(guān)系。所述空間 相關(guān)術(shù)語旨在包含所述裝置在使用或操作時除了在圖中示出的位置和取向以外的不同位 置和取向。例如，如果在所述附圖中的裝置被翻轉(zhuǎn)，則被描述為在其他元件或特征"在下面" 或"在...之下"的元件將變成在所述其他元件或特征的"在上面"或"在...之上"。因 此，示例性術(shù)語"在下面"可以包含在上面和在下面的兩種位置和方向。所述裝置可以以其 他方式取向（被旋轉(zhuǎn)90度或在其他取向），并且在本文使用的空間相關(guān)的描述信息被相應(yīng) 解釋。同樣，沿和圍繞各個軸線的運動描述包括各種特定裝置位置和取向。此外，單數(shù)形式 "一"、"一個"和"該"旨在也包括復(fù)數(shù)形式，除非上下文中明確指出不包括。并且，術(shù)語"包 括"、"具有"、"包括"等指定陳述的特征、步驟、操作、元件和/或構(gòu)件的存在，但不排除一個 或更多個其他特征、步驟、操作、元件、構(gòu)件和/或組的存在和補充。描述成連結(jié)的部件可以 是直接電氣或機械連結(jié)，或所述部件可以經(jīng)由一個或更多個中間部件間接連結(jié)。
[0030] 存在現(xiàn)場對病狀進(jìn)行局灶性/針對性治療的臨床發(fā)展趨勢。如果是有效的，則這 些療法與更傳統(tǒng)的切除手術(shù)相比，可以提供明顯減少的創(chuàng)傷?；跈C器人的技術(shù)可以有助 于解決這個領(lǐng)域中的臨床需求。在整個公開中，前列腺癌的治療用作這類局灶性療法的示 例。這不應(yīng)當(dāng)被解釋為是本文公開的實施例的唯一用處。
[0031] 圖1示出可以利用根據(jù)本發(fā)明的某些實施例的機器人系統(tǒng)的系統(tǒng)100。如圖1所 示，機器人操縱器110可以被設(shè)置在掃描器140內(nèi)。雖然在這個示例中掃描器140被描述 為MRI掃描器，但是掃描器140也可以是任意其他類型的掃描器（例如，CT、超聲波、X射線、 PET等）。機器人110的運動由機器人控制器120控制。機器人控制器120與操作者控制 臺130通信，并將來自操作者控制臺130的指令轉(zhuǎn)換為機器人110中的各種機動接頭的協(xié) 調(diào)運動。
[0032] 掃描器140被連結(jié)到掃描器控制器142。掃描器控制器142與工作站144通信。 與掃描器控制器142通信的工作站144操作掃描器140產(chǎn)生圖像。
[0033] 病人被安置在轉(zhuǎn)運臺160上，該轉(zhuǎn)運臺160帶有機器人110并被置于掃描儀140 內(nèi)或以允許機器人110通達(dá)到手術(shù)區(qū)和允許掃描器140提供相同手術(shù)區(qū)的圖像的方式相對 于掃描器140安置。手術(shù)區(qū)的圖像被輸入到操作者控制臺130,操作者控制臺130將機器 人110的位置登記到從掃描器140接收的圖像中。以這種方式，在操作者控制臺130處的 操作者能夠通過在手術(shù)區(qū)內(nèi)具體指定的目標(biāo)處或附近安置針，而引導(dǎo)機器人110來作用于 該目標(biāo)。
[0034] 在某些情況下，可以針對不同治療方式，例如激光燒蝕，使用單獨驅(qū)動器146。進(jìn)一 步地，該系統(tǒng)能夠包括用于使病人保持鎮(zhèn)靜的麻醉車162和病人準(zhǔn)備或恢復(fù)區(qū)150。
[0035] 圖2示出機器人操縱器110安裝其上的工作臺160。機器人110作為針形操縱器 操作，并且如同圖2所示基于針的器械210被連結(jié)到機器人110。工作臺160也可以包括 腳踏板220和病人安裝件222,在手術(shù)期間，其能夠被用于保持病人相對于機器人110相對 固定。如圖2所示，機器人操縱器110被安裝到工作臺160,并能夠沿工作臺160的長度線 性運動。機器人110足夠緊湊，以便駐留在工作臺160上的病人的腿部之間，并能夠在例如 MRI器械孔的有限空間內(nèi)操作。進(jìn)一步地，機器人110由基本不受成像器在感興趣成像區(qū)中 產(chǎn)生的任何磁場的影響的且基本不影響該磁場的材料構(gòu)成。
[0036] 圖3示出根據(jù)本發(fā)明的某些實施例的機器人系統(tǒng)300的框圖。如圖3所示，機器 人操縱器110 (在本文也稱為機器人或操縱器）由控制器120控制?？刂破?20與控制臺 130互動。成像器310也與用戶控制臺130互動?？刂婆_130接收來自控制器120和成像 器310二者的輸入，以便將機器人110登記于由成像器310提供的圖像。成像器310能夠 是如圖1所示的MRI成像器，不過也可以是其他成像模式，例如CT X射線成像器。機器人 110與成像器310的登記允許在控制臺130的操作者引導(dǎo)控制器120,以便如同由通過圖像 通知的操作者所引導(dǎo)的一樣，將針基器械210的針430放置在病人的具體位置。接著，控制 器120提供電輸入，以控制機器人110中的各個接頭的運動，以完成這些指令。
[0037] 圖4A示出機器人操縱器110的實施例。機器人110被示出帶有針基器械210,其 帶有連接到器械安裝件410的針430。針基器械210能夠通過無菌適配器414安裝到安裝 件410。針基器械210和無菌適配器414能夠很容易從機器人110拆除。針基器械210能 夠通過安裝件410從機器人110得到輸入。例如，針430能夠旋轉(zhuǎn)，針430能夠伸長，并且 對針430的插入能夠通過在安裝件410上的輸入來操控。
[0038] 帶有針430的針基器械210能夠是活組織檢查器械，能夠有助于基于光學(xué)或RF的 激光燒蝕技術(shù)的光纖或RF天線，能夠提供LDR治療的可植入種子的輸送，能夠提供治療所 涉及的其他物質(zhì)的輸送，或者提供其他針基治療。器械210能夠是僅在一次手術(shù)中使用的 單次使用或一次性的器械。因此，無菌適配器414能夠被提供在器械210與安裝件410之 間。提供給安裝件410的器械輸入能夠通過器械210與安裝件410之間的無菌適配器被連 結(jié)到器械210。在治療期間，機器人110能夠被覆蓋，以便器械210的區(qū)域保持無菌環(huán)境。 針基器械210的示例在共同提交的申請?zhí)枮?1/599, 300的美國臨時專利申請中被進(jìn)一步 討論，該臨時專利申請全部內(nèi)容通過引用被合并于此。
[0039] 至安裝件410的控制輸入由安裝件410中的一個或更多個器械馬達(dá)提供，其在某 些實施例中通過無菌適配器414提供至器械210的輸入驅(qū)動。在某些實施例中，安裝件410 中可以有任何數(shù)量的馬達(dá)。在某些示例中，存在兩個馬達(dá)來提供在器械210內(nèi)的兩個自由 度（DoF)。器械210能夠向針430提供若干DoF。例如，器械210可以提供由來自安裝件 410的輸入驅(qū)動提供動力的橫滾或平移運動。例如，在激光或RF燒蝕治療中，一旦針430被 適當(dāng)安置以用于治療，則器械210可以縮回針430并向前推出光纖或RF天線。進(jìn)一步地， 器械210中的機構(gòu)可以允許物質(zhì)的插入、種子的沉積或用于具體治療的其他輸送。
[0040] 器械210可以包括通過安裝件410與控制器120接口 /接合的處理器和存儲器。 一旦器械210被設(shè)立或插入到安裝件410上，則器械210可以向控制器120發(fā)送例如器械 類型、器械序列號、器械操作特性和器械使用歷史的信息。器械210也可以包括能夠被用于 確定針430在圖像內(nèi)的位置的沿器械210安裝的基準(zhǔn)。
[0041] 安裝件410被連結(jié)到偏航-俯仰-橫滾腕件411，其具有偏航、俯仰和橫滾DoF。腕 件411包括區(qū)段413和區(qū)段412。區(qū)段412在偏航接頭417處被機械連結(jié)到區(qū)段413。橫 滾和俯仰DoF通過以不同方式運行的被裝納在區(qū)段412中的一對腕俯仰-橫滾馬達(dá)實施， 如同下面將進(jìn)一步討論的。區(qū)段412通過安裝在區(qū)段413中的一個或更多個腕偏航馬達(dá)圍 繞偏航軸線417旋轉(zhuǎn)，如同下面將進(jìn)一步討論的。
[0042] 腕件411在接頭448處被安裝到臂件420且在接頭416處被安裝到撐桿418。臂 件420被安裝在軸432上。撐桿418在樞軸接頭442處被連結(jié)到支持殼體444,軸432穿過 該支持殼體444。臂件420和撐桿418建立用于支持腕件411的3D平行四邊形結(jié)構(gòu)。臂件 420能夠通過肩俯仰驅(qū)動機構(gòu)422上升和下降。如下面所進(jìn)一步討論的，肩俯仰接頭能夠 由交叉支持件（參見圖7B中的交叉支持件702)形成，該交叉支持件穿過臂件420并連接 到滑動齒輪426,臂件420圍繞該滑動齒輪426旋轉(zhuǎn)。臂件420和撐桿418被布置成，使得 在臂件420上升和下降時，腕件411的區(qū)段413保持大致水平取向。進(jìn)一步地，在臂件420 在水平平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)時，區(qū)段413大致保持沿插入軸線（沿軌道440的軸線）取向。進(jìn)一步 地，針430居于中心，使得沿針430的軸線穿過腕件411的區(qū)段412的中心部分。用于操作 腕件411的致動扭矩會大大減少，這是因為用于插入針430的可以是高的針插入力居于腕 件411的中心。進(jìn)一步地，由臂件420和撐桿418形成的3D平行四邊形也有助于降低在腕 件411上的致動扭矩。用臂件420與撐桿418形成的3D平行四邊形也有助于降低上升和 下降臂件420所需要的致動扭矩（也稱為肩俯仰接頭的致動）。
[0043] 機構(gòu)422包括用皮帶430連結(jié)的兩個滑動齒輪，即齒輪428和426。齒輪428由 肩俯仰馬達(dá)424驅(qū)動。臂件420由重量446平衡，以設(shè)置成用于臂件420、腕件411、安裝件 410和針器械210在支持件432處的偏移?；瑒育X輪426被固定在交叉支持件上（參見圖 7B的交叉支持件702)，其中臂件420圍繞該交叉支持件旋轉(zhuǎn)，以便滑動齒輪428通過馬達(dá) 424的旋轉(zhuǎn)促使臂件420上升和下降。
[0044] 軸432為臂件420提供支持，并穿過殼體444進(jìn)入基座438。臂件420沿軸432頂 部上的水平軸線旋轉(zhuǎn)。軸432自身能夠旋轉(zhuǎn)并由肩偏航馬達(dá)434驅(qū)動。馬達(dá)434由皮帶436 機械連結(jié)到支持件432,其中，皮帶436連結(jié)到基座438中安裝在軸432下面的滑輪（未在 圖4A中示出）。軸432和臂件420 -起形成具有繞軸432的偏航軸線和允許腕件411的區(qū) 段413的高度控制的水平取向的俯仰軸線的肩形件。
[0045] 基座438連接到平移托架（未在圖4A中示出），該平移托架裝納沿軌道440驅(qū)動 機器人110的線性馬達(dá)（未在圖4A中示出）。機器人110沿軌道440的運動被稱為沿插入 軸線的運動。
[0046] 馬達(dá)434和424是如同申請?zhí)枮?3/767,801的美國實用新型專利申請所描述的 大功率緊湊型馬達(dá)，該申請全部內(nèi)容通過參考合并于此。機器人110是允許針430的廣泛 運動的緊湊型操縱器。如圖2所示，機器人110被設(shè)計在病人的腿部之間并在成像器械例 如MRI成像器內(nèi)運行。因此，機器人110的所有部件是非鐵磁性的。進(jìn)一步地，機器人110 允許對病人基本無干擾地運行。
[0047] 如圖4A所示，機器人操縱器110提供沿軌道440的線性運動，其如圖2所示被安 置成通常沿MRI器械孔平移。因此，該線性運動是沿著沿軌道440指向的插入軸線的。機 器人操縱器110還提供臂件420圍繞軸432的水平旋轉(zhuǎn)（在與圖2中示出的工作臺160平 行的平面中的旋轉(zhuǎn)），這也被稱為肩偏航。區(qū)段413的堅直運動能夠通過驅(qū)動機構(gòu)422實 施，這也稱為肩俯仰。在這個運動期間，區(qū)段413通過由臂件420和撐桿418形成的3D平 行四邊形保持大致水平取向。腕件411提供圍繞樞軸417的偏航旋轉(zhuǎn)軸線。進(jìn)一步地，腕 件橫滾和俯仰能夠通過腕件411的區(qū)段412提供給安裝件410。進(jìn)一步地，通過安裝件410 的驅(qū)動，針器械210能夠根據(jù)針器械210向針430提供進(jìn)一步DoF，例如提供線性插入運動 和旋轉(zhuǎn)運動。
[0048] 圖4A示出臂件420上升的機器人操縱器110。圖4B示出機器人110的平面圖，其 中臂件420圍繞軸432旋轉(zhuǎn)且在腕件411上輕微偏航。進(jìn)一步地，腕件411的區(qū)段413保 持與軌道440大致對齊。圖4C示出類似于圖4B所示的機器人110的另一個平面圖，但是 安裝件410隨腕件411的區(qū)段412旋轉(zhuǎn)。
[0049] 如上所描述的，在病人和機器人操縱器110二者均在成像器例如MRI孔的界限內(nèi) 時，機器人操縱器110能夠通過會陰輸送針基器械210的針430。機器人110的控制在控制 臺130的引導(dǎo)下由控制器120執(zhí)行，控制臺130由操作者控制。
[0050] 在控制器120的引導(dǎo)下，機器人110能夠控制針基器械210的全笛卡爾位置和旋 轉(zhuǎn)取向。此外，控制輸入能夠通過機器人110被提供給針基器械210。如圖4A所示，并如上 所述，機器人110的運動包括由線性馬達(dá)驅(qū)動的沿軌道440的線性運動。軌道440通常沿 MRI成像器或其他成像器的孔取向。進(jìn)一步地，軸432能夠給針430提供圍繞支持件432的 水平旋轉(zhuǎn)。在保持針430與腕件411的區(qū)段412對齊的同時，旋轉(zhuǎn)安裝件410能夠提供避 免干擾病人的附加間隙。
[0051] 圖5A和圖5B示出機器人110沿軌道440的運動。如圖5A和圖5B所示，平移托 架502騎乘在軌道440上。軌道440包括導(dǎo)軌516。平移托架502包括機械連接到騎乘在 導(dǎo)軌516上的托架502的軸承504。因此，托架502能夠隨著沿導(dǎo)軌516騎乘的軸承504而 沿軌道440平移。
[0052] 如圖5A和圖5B所示，一個或更多個線性馬達(dá)506被機械連接到平移托架502,并 且抵抗陶瓷墊508向平移托架502提供平移力。線性馬達(dá)506能夠是例如壓電式馬達(dá)。陶 瓷墊508被機械連接到軌道40,以便馬達(dá)506的壓電式元件接合墊508并沿軌道440移動 平移托架502。進(jìn)一步地，軌道440能夠被固定到如圖2所示的工作臺160,使得沿軌道440 的線性運動（插入運動）沿工作臺160的長軸線指向。
[0053] 如圖5A和圖5B進(jìn)一步所示，托架定位傳感器510也可以被連接到平移托架502。 如圖5A和圖5B所示，傳感器510可以包括沿編碼器514騎乘的頭部512。編碼器514被連 接到軌道440。傳感器頭部512和編碼器514可以是光學(xué)定位傳感器、電阻定位傳感器或 其組合。如果傳感器510是基于電阻的，則平移托架502沿軌道440的位置由編碼器514 的阻抗確定，編碼器514作為電位器工作，在頭部512處阻抗隨著平移托架502沿軌道440 的行進(jìn)而增加。如果，傳感器510是基于光學(xué)的，那么，頭部512可以是被對齊成測量編碼 器514的光福射的光學(xué)傳感器。傳感器510能夠基于光學(xué)輸入來確定平移托架502沿軌道 440的位置。
[0054] 圖6A和圖6B示出如同在圖4A中示出的機器人110的肩偏航接頭600。如圖6A 所示，肩偏航接頭600包括基座438和支持殼體444。支持殼體440被安裝到基座438或是 基座438的一部分。接著，基座438能夠被連接到平移托架502,平移托架502在圖5A和圖 5B中示出。此外，馬達(dá)434被安裝在基座438上。如圖6A進(jìn)一步所示，軸432穿過支持殼 體444。滑動齒輪602被安裝到軸432,并用皮帶610被連結(jié)到馬達(dá)432。皮帶610將滑動 齒輪602連結(jié)于馬達(dá)434的滑動齒輪436 (參見圖4A)。
[0055] 如圖6A進(jìn)一步所示，支持殼體440包括接收器612。接收器612機械接收接頭 442。如圖4A所示，接頭442被連結(jié)到接收器612內(nèi)，使得在支持安裝件444上提供固定的 連接點同時，接頭442能夠隨臂件420運動。
[0056] 圖6C示出撐桿418的實施例的端部。撐桿418的接頭442和接頭416被示出。如 圖6C所示，接頭442包括在樞軸624處被連結(jié)到撐桿418的軸622。以這種方式，撐桿418 能夠圍繞軸622的長軸線旋轉(zhuǎn)，并且撐桿418能夠在樞軸624處在撐桿418和軸622的平 面中旋轉(zhuǎn)。進(jìn)一步地，接頭416包括在樞軸628處被連結(jié)到撐桿418的軸626。樞軸624和 樞軸628能夠是將軸622和626連結(jié)到撐桿418并允許軸622和626相對于撐桿418旋轉(zhuǎn) 的任何裝置。在某些實施例中，樞軸624和628能夠是分別通過撐桿418和軸622和626 的銷，或能夠是球形接頭。如圖7C和圖4A所示，接頭442和接頭416能夠是大致相同的。
[0057] 圖6B示出當(dāng)基座438被固定到行進(jìn)托架502時通過殼體支持件444的中心并在 垂直于插入軸線的平面中的肩偏航接頭600的橫截面。如圖6B所示，接收器612包括軸承 614和616,并且以如下方式接收接頭442的軸622,即軸622沿軸622的長度被固定在接收 器612中，但允許在接收器612中繞軸622的長度旋轉(zhuǎn)。
[0058] 軸432通過支持殼體444的中心被插入。軸承606和608為軸432提供支持和軸 432沿其長軸線的旋轉(zhuǎn)自由度。如圖所示，滑動齒輪602被連結(jié)到軸432,以驅(qū)動軸432圍 繞其長軸線的旋轉(zhuǎn)?；?02能夠用鎖定機構(gòu)604鎖定到軸432。
[0059] 圖7A示出肩俯仰接頭700以及肩偏航接頭600。如圖7A所示，肩俯仰接頭700包 括臂件420、俯仰驅(qū)動機構(gòu)422以及撐桿418。
[0060] 圖7B示出肩偏航接頭600和肩俯仰接頭700的橫截面視圖。如圖7B所示，軸432 包括固定到軸432的交叉支持件702。滑動齒輪426被固定到交叉支持件702。臂件420 在軸承704和706上繞交叉支持件702的軸線710旋轉(zhuǎn)?；瑒育X輪428和連接到滑動齒輪 428的馬達(dá)424均被機械連結(jié)到臂件420。結(jié)果，隨著滑動齒輪428旋轉(zhuǎn)，臂件420繞軸線 710旋轉(zhuǎn)，從而抬升和降低腕件411，其中，腕件411在腕件安裝件712被連結(jié)到臂件420的 端部。
[0061] 如圖7A所示，腕件安裝件712被機械連結(jié)到臂件420和到撐桿418。如圖7A所 示，腕件安裝件712包括接收撐桿418的軸626的接收器714。進(jìn)一步地，腕件安裝件712 在接頭448被連結(jié)到臂件420。如圖7A所示，腕件安裝件712在接頭716連結(jié)到接頭448， 以便當(dāng)臂件420被肩偏航接頭600水平旋轉(zhuǎn)或使用肩俯仰接頭700堅直旋轉(zhuǎn)時允許腕件安 裝件712旋轉(zhuǎn)。結(jié)果，腕件安裝件712具有保持垂直于插入方向并且也保持堅直的面。
[0062] 圖7C示出通過腕件安裝件712的接頭448的橫截面。如圖7A和圖7B所示，接 頭448有助于腕件安裝件712至臂件420和撐桿418的機械連結(jié)。如圖7C所示，樞軸628 包括在撐桿418的端部處被接收到銷接收器722中的銷720。銷720在被安置在銷接收器 722中的軸承724和726上旋轉(zhuǎn)，從而允許銷720繞其長軸線旋轉(zhuǎn)，其中銷接收器722是撐 桿418的一部分。銷720連接到軸626。如圖7C所示，軸626被插入到接收器714中。軸 承728和730被安置成允許軸714繞其長軸線旋轉(zhuǎn)。
[0063] 接頭448包括橫梁支持件734和軸732。橫梁支持件734包括長軸線并被安置在 臂件420的端部，使得橫梁支持件734能夠騎乘在軸承742和740的外直徑上繞其長軸線 旋轉(zhuǎn)，其中所述軸承742和740被連接到臂件420。軸732連接到橫梁支持件734。腕件安 裝件被連接到軸732,使得其能夠在軸承736和738上繞軸732的長軸線旋轉(zhuǎn)。腕件安裝件 712能夠用止動器750保持在軸732上。
[0064] 通過位置傳感器746和748提供腕件安裝件712的取向位置確定。位置傳感器746 提供關(guān)于臂件420的肩俯仰取向的位置數(shù)據(jù)。位置傳感器748提供關(guān)于腕件安裝件712的 肩偏航取向的位置信息。位置傳感器746能夠包括光學(xué)編碼器、基于電位器（阻抗）的傳 感器或兩者。
[0065] 如圖7C所不，位置傳感器746包括被固定在臂件420上的第一部件752和被固定 在橫梁支持件734上的第二部件754。因此，當(dāng)橫梁支持件734相對于臂件420旋轉(zhuǎn)時，第 一部件752相對于第二部件754旋轉(zhuǎn)。在位置傳感器746包括基于電位器的傳感器的情況 下，則第一部件752或第二部件754中的一個包括清掃器（swe印er)，并且第一部件752或 第二部件754的相反部件包括接合清掃器的電阻元件?？傋杩沟淖罱K指示表示第一部件 752相對于第二部件754的角度取向。同樣，在位置傳感器746包括光學(xué)傳感器的情況下， 那么，第一部件752或第二部件754中的一個包括光學(xué)編碼器，并且第一部件752或第二部 件754的相反部件包括讀取該光學(xué)編碼器的光頭。再者，第一部件752相對于第二部件754 的角度取向可以通過最終信息進(jìn)行確定。
[0066] 同樣，肩偏航位置傳感器748包括被固定在腕件安裝件712上的第一部件758和 被固定在軸732上的第二部件756。隨著腕件安裝件712相對于軸732旋轉(zhuǎn)（這將在肩偏 航接頭600被致動時進(jìn)行），則第一部件758相對于第二部件756旋轉(zhuǎn)。同樣，在位置傳感 器748包括基于電位器的傳感器的情況下，則第一部件758或第二部件756中的一個包括 清掃器，并且第一部件758或第二部件756的相反部件包括接合該清掃器的電位器，以便從 測量的阻抗來確定第一部件758相對于第二部件756的角度取向。同樣，在位置傳感器748 包括光學(xué)傳感器的情況下，則第一部件758或第二部件756中的一個包括光學(xué)編碼器，并且 第一部件758或第二部件756的相反部件包括光頭，該光頭讀取該光學(xué)編碼器，以確定第一 部件758相對于第二部件756的角度取向。
[0067] 圖8A示出腕件411的偏航。腕件411的區(qū)段413被機械連結(jié)到腕件安裝件712， 如圖7A所示。區(qū)段412包括能夠分別通過表面808和810中的匹配孔伸出以形成偏航樞 軸417的銷806和828。如圖8A所示，能夠圍繞分別抵靠表面808和810的銷806和828 設(shè)置軸承802和804。因此，區(qū)段412能夠繞偏航樞軸417旋轉(zhuǎn)。
[0068] 圖8B示出區(qū)段413的進(jìn)一步方面。如圖8B所示，區(qū)段413包括一個或更多個馬 達(dá)816。如圖8A所示，馬達(dá)816提供影響區(qū)段812繞偏航樞軸417的旋轉(zhuǎn)的力。如圖8B進(jìn) 一步所示，光學(xué)位置傳感器828和電阻位置傳感器826均提供關(guān)于區(qū)段212相對于區(qū)段213 的偏航旋轉(zhuǎn)取向的信息，如圖8A所示的。
[0069] 光學(xué)位置傳感器828包括光頭818和編碼器820。如圖8B所示，編碼器820被安 置在安裝件812上，安裝件812被連接到銷806。在此情況下，光頭818讀取編碼器820,并 且編碼器820相對于光頭818的角度取向可以被確定。
[0070] 電阻傳感器826包括清掃器824和電阻元件822。電阻元件822能夠被固定在區(qū) 段413上。清掃器824能夠被固定在安裝件814上，安裝件814被連接和固定到銷828。同 樣，清掃器824在電阻元件822上的角度取向以及由此區(qū)段412相對于區(qū)段413的角度取 向能夠通過在清掃器臂824處所測量的阻抗確定。
[0071] 圖8C示出腕件411的區(qū)段412。如圖8C所示，陶瓷輪830和832提供表面，馬達(dá) 816能夠在所述表面上運行，以影響區(qū)段412相對于區(qū)段413的偏航旋轉(zhuǎn)。俯仰和橫滾致動 通過齒輪設(shè)備838執(zhí)行。齒輪設(shè)備838嚙合作為安裝件410-部分的齒輪850。齒輪850 被機械連結(jié)到軸848。如圖8C所示，齒輪設(shè)備838由馬達(dá)834部分驅(qū)動，如同在下面所進(jìn)一 步討論的。軸848的俯仰和橫滾運動通過齒輪設(shè)備838的差分驅(qū)動來實現(xiàn)。
[0072] 如圖8C進(jìn)一步所示，齒輪設(shè)備838包括核心860。進(jìn)一步地，導(dǎo)線（未示出）能夠 被連接在彈簧840與842之間并且通過核心860的導(dǎo)線槽846。這樣的設(shè)置為軸848和安 裝件410的俯仰運動提供了彈簧加載的平衡。
[0073] 圖8D示出區(qū)段412的橫截面，其示出齒輪設(shè)備838的運行。如圖838所示，齒輪 設(shè)備838包括被固定于區(qū)段412的軸866。軸866穿過核心860。核心860接收軸848和 軸866,使得軸848穿過核心860中的軸866。進(jìn)一步地，輪876和878被設(shè)置成繞軸866旋 轉(zhuǎn)。輪876在軸承860和874上旋轉(zhuǎn)，而輪878在軸承870和872上旋轉(zhuǎn)。齒輪852被機 械連接到輪876,而齒輪874被機械連接到輪878。齒輪852和874接合齒輪850,齒輪850 被連接到軸848。
[0074] 軸承868和880允許軸848在核心860內(nèi)旋轉(zhuǎn)。則軸848和核心860能夠在軸承 882和884上繞軸866旋轉(zhuǎn)。因此，軸848能夠繞其長度旋轉(zhuǎn)，這是腕件橫滾運動，并且軸 848能夠繞軸866的長度傾斜，這是腕件俯仰運動。
[0075] 輪876包括陶瓷盤856,并且輪878包括陶瓷盤858。陶瓷盤856和858能夠分別 被馬達(dá)834和836接合，以便使輪878和876 (以及因而齒輪852和854)繞軸866旋轉(zhuǎn)。 如圖8D所示，如果輪876和878分別由馬達(dá)834和836以相同的旋轉(zhuǎn)感知/方向旋轉(zhuǎn)，則 軸848繞軸866旋轉(zhuǎn)，并且俯仰旋轉(zhuǎn)受影響。如果輪876和878以相反旋轉(zhuǎn)方向旋轉(zhuǎn)，則軸 848繞其軸線旋轉(zhuǎn)，并且橫滾旋轉(zhuǎn)受影響。
[0076] 圖8E進(jìn)一步示出齒輪設(shè)備838。如圖所示，馬達(dá)834接合陶瓷盤856,而馬達(dá)836 接合陶瓷盤858。如上所述，在旋轉(zhuǎn)期間，齒輪852和854接合齒輪850。當(dāng)齒輪854和852 二者以相同旋轉(zhuǎn)方向被驅(qū)動時，則核心860被旋轉(zhuǎn)，且必然地，軸848被旋轉(zhuǎn)。當(dāng)齒輪854 和852以相反旋轉(zhuǎn)方向被驅(qū)動時，則齒輪850被旋轉(zhuǎn)，并且軸848繞其長軸線旋轉(zhuǎn)。
[0077] 圖8E進(jìn)一步示出位置傳感器862和864。位置傳感器862和864分別提供關(guān)于 輪876和878的旋轉(zhuǎn)位置的信息。從每個輪876和878的旋轉(zhuǎn)位置，能夠確定軸848和齒 輪850的俯仰和橫滾位置。
[0078] 圖8F示出位置傳感器862。在某些實施例中，位置傳感器864能夠與位置傳感器 862大致相同。一般來說，位置傳感器862和864能夠是分別提供輪876和878的旋轉(zhuǎn)位置 的任何傳感器。在圖8F中示出的位置傳感器862包括光學(xué)傳感器和電阻傳感器二者。
[0079] 如圖8F所示，位置傳感器862包括被固定安裝到區(qū)段412的固定部分890。如圖 8G所示，固定部分890包括光頭898和電阻電位器軌道894。圖8G示出固定部分890,其示 出固定部分890的面向輪876的側(cè)面。如圖8H所示，來自電位器軌道894和來自光頭898 的信號被輸入到電子連接器899,電子連接器899提供有關(guān)位置的兩個測量的信號。因此， 如圖8E所示，來自光頭898和電阻清掃器892的信號被供應(yīng)給其他電子器件。
[0080] 圖8F和圖8H示出電阻清掃器892的位置，電阻清掃器電接合電位器軌道894。如 圖8H所示，電阻清掃器892被設(shè)置在輪876上，并提供在固定部分890上的電位器軌道894 之間的電連接。光頭898從如圖8H所示的被設(shè)置在輪876上的編碼器896讀取數(shù)據(jù)。編 碼器896和清掃器892是相反于固定部分890。清掃器894和編碼器896能夠被設(shè)置在輪 876上，以反映輪876相對于固定部分890的運動旋轉(zhuǎn)范圍。在某些實施例中，輪876的運 動相對于固定部分890不旋轉(zhuǎn)完整的360度。則位置傳感器862提供基于電阻的位置信息 和基于光學(xué)的位置信息兩者。
[0081] 圖9A示出安裝件410的實施例。如圖9A所示，安裝件410包括軸848和齒輪850。 如之前所討論的，軸848和齒輪850被連結(jié)到腕件411。安裝件410包括驅(qū)動器906和908 以及電氣連接器910。如上所述，驅(qū)動器906和908被用于致動針基器械210的特征。電氣 連接器910允許與儲存在針基器械210內(nèi)的過程或數(shù)據(jù)通信。在許多情況下，無菌適配器 414被連結(jié)到安裝件410,并且針基器械210被連結(jié)到無菌適配器414。安裝件410能夠包 括按鈕920和接收無菌適配器414的鎖鉤904。
[0082] 圖9B示出通過安裝件410的驅(qū)動器906和908的橫截面。如圖9B所示，驅(qū)動器 906被連結(jié)到軸920。驅(qū)動器908被連結(jié)到軸922。馬達(dá)912接合被安裝在軸916上的陶 瓷盤。當(dāng)馬達(dá)912抵靠陶瓷盤916接合時，軸920被旋轉(zhuǎn)。軸920在軸承928和924上旋 轉(zhuǎn)。同樣，馬達(dá)914接合被連結(jié)到軸922的陶瓷盤918。當(dāng)馬達(dá)914被接合時，軸918在軸 承926和930上旋轉(zhuǎn)。
[0083] 在某些實施例中，在驅(qū)動器906與軸920之間以及在驅(qū)動器908與軸922之間可 以存在彈簧加載。以此方式，驅(qū)動器906和908可以在使用期間從針基器械210或無菌適 配器414吸收運動。
[0084] 此外，軸920可以接合位置傳感器940,并且軸922可以接合位置傳感器942。位 置傳感器940和942提供關(guān)于驅(qū)動器906和908的旋轉(zhuǎn)位置信息。
[0085] 圖9C示出位置傳感器940的示例實施例。位置傳感器942可以與位置傳感器940 大致類似。在如圖9C所示的實施例中，位置傳感器940包括電阻傳感器和光學(xué)傳感器兩者。 盤950接合軸920,以便其隨軸920轉(zhuǎn)動。通過從被固定到盤950的編碼器952接收光學(xué)信 息，光頭948提供位置信息。進(jìn)一步地，電阻清掃臂件946也被安裝在盤950上。電阻清掃 臂件946電接合被固定于安裝件410的電位器電阻元件944。因此，位置信息可以從清掃臂 件946和電位器電阻元件944接收的電阻信號以及從由光頭948和編碼器952確定的光學(xué) 數(shù)據(jù)確定。
[0086] 圖10A和圖10B示出能夠被用于安裝件410的無菌適配器414。如圖10A所示，無 菌適配器414包括接合安裝件410的閂904的適配器1002。進(jìn)一步地，驅(qū)動器1006接合安 裝件410的驅(qū)動器906,并且驅(qū)動器1008接合安裝件410的驅(qū)動器908。無菌適配器414 的電氣連接器1004與安裝件410的電氣連接器910連接。無菌適配器414還包括接收針 基裝置210的托板1010。
[0087] 如圖10B所示，針基裝置210可以與驅(qū)動器1006和1008連結(jié)。電氣連接器1012 與電氣連接器1004連結(jié)。進(jìn)一步地，托板1010中的閂1014可以將針基裝置210固定到無 菌適配器414中。
[0088] 如上所述，腕件411和安裝件410的堅直定位是通過由臂件420和撐桿418形成的 3D平行四邊形提供，并由馬達(dá)424通過驅(qū)動機構(gòu)422驅(qū)動。平行四邊形有助于最小化在其 他接頭處的扭矩，并且也保持腕件411的區(qū)段413水平取向并且沿軌道440大致對齊。如圖 4A所示，為了易于運動，臂件420平衡于重量446。如上所述，腕件411是偏航-俯仰-橫 滾腕件。
[0089] 針插入到病人中是通過整個機器人110的協(xié)調(diào)運動執(zhí)行的，而不是通過機器人 110中的一個專用接頭的運動執(zhí)行的。在某些實施例中，如圖2所示，機器人110被限制成 在MRI器械孔內(nèi)在病人腿部之間的空間中操作。結(jié)果，在機器人110的某些實施例中，構(gòu)件 的尺寸和可允許的D0F運動能夠被安排在這個限制空間內(nèi)。
[0090] 機器人操縱器110的實施例能夠被設(shè)置成利用各種DoF的組合。作為示例，并且非 限制性的，DoF的具體組合在下面被提供。沿軌道440的水平/軸向運動能夠是大約215mm。 肩偏航接頭600導(dǎo)致的在腕件411處的水平/橫向運動能夠是大約± 115mm。由肩俯仰接 頭700致動的腕件411的堅直運動能夠是大約± 125mm。堅直rom中心能夠是大約177. 5。 傾斜或高度參數(shù)能夠是+30°和-15°。由腕件411施加的搖移（pan)或方位角運動能夠 是±15°。由機器人110施加的插入距離能夠是150mm。由腕件411施加的橫滾能夠是 ± 135°。在器械210的某些實施例中，護(hù)套收縮和激光推進(jìn)運動能夠是25mm，并且橫滾是 連續(xù)的。在針插入速度是50mm/s的情況下，針插入力能夠是大約40N。
[0091] 所有接頭能夠由壓電式馬達(dá)驅(qū)動，例如由Nanomotion生產(chǎn)的那些壓電式馬達(dá)。馬 達(dá)424和434能夠是壓電式馬達(dá)，例如，如同申請?zhí)枮?3/767,801的美國實用新型專利申 請所描述的?；?38中的馬達(dá)可以是例如線性壓電式馬達(dá)。在某些實施例中，線性馬達(dá) 506 (圖5A)可以是雙路Nanomotion HR8馬達(dá)。腕件偏航馬達(dá)816 (圖8B)中的每個馬達(dá)可 以是例如雙路HR2馬達(dá)。腕件俯仰-橫滾馬達(dá)834和836可以是單路Nanomotion HR2馬 達(dá)。在安裝件410中的馬達(dá)912和914 (圖9B)可以由被安裝在安裝件410的殼體內(nèi)的各 壓電元件形成。
[0092] 圖11是示出控制器120的功能的框圖。如圖6所示，在運動學(xué)處理器1102處在 控制器120中接收操作者輸入。由于要被機器人110執(zhí)行的過程的操作者指令，操作者輸 入在控制臺130起始。運動學(xué)處理器1102確定機器人110的運動并向馬達(dá)驅(qū)動器1104提 供適當(dāng)?shù)男盘?。馬達(dá)驅(qū)動器1104向機器人110上的每個馬達(dá)提供驅(qū)動信號。運動學(xué)處理 器1102還向器械驅(qū)動器和接口 1106提供信號，這驅(qū)動馬達(dá)912和914從而向器械210提 供輸入。在某些實施例中，器械210向接口 1106提供輸入信息。例如，這個輸入信息可以 包括器械類型、器械歷史和器械工作參數(shù)。由接口 1106提供的信息被提供給運動學(xué)處理器 1102并提供給控制臺130,以便機器人110和器械210的適當(dāng)運動可以被協(xié)調(diào)。
[0093] 位置確定1110確定和跟蹤機器人110的位置。位置確定1110監(jiān)測從運動學(xué)處理 器1102發(fā)送到馬達(dá)驅(qū)動器1104的控制信號，并綜合這些運動，以便基于每個馬達(dá)的動作， 確定機器人110的每個接頭的取向。因此，接頭位置感測可以主要基于如上所述的在位置 確定1110中的增量編碼器。在某些情況下，傳感器，例如電阻電位器或光學(xué)位置傳感器，可 以向位置傳感器1108提供信號。位置傳感器1108監(jiān)測機器人110上的傳感器并向位置確 定1110提供實時的絕對位置信息，這能夠被用于確定機器人110的開始位置并用于增量確 定的位置的錯誤檢查。如上所述，在機器人操縱器110中的馬達(dá)是壓電式馬達(dá)。這些馬達(dá)相 對于它們的開始位置的相對位置可以基于控制器120發(fā)送給它們的控制信號在控制器120 中被確定。在某些實施例中，電阻或光學(xué)定位傳感器可以被安置在機器人110上，以提供開 始位置和錯誤檢查。
[0094] 在某些實施例中，位置確定1110還可以從圖像處理器1112接收數(shù)據(jù)。圖像處理 器1112從掃描器140接收圖像。圖像處理器1112可以基于器械210的位置，確定機器人 操縱器110的位置。在某些實施例中，圖像處理器1112可以基于被安裝在器械210上的在 來自掃描器140的圖像中可被具體探測的基準(zhǔn)，確定器械210的定位。
[0095] 用于建造機器人110的材料是非磁性的，并且可以是例如鋁、鈦以及例如Ultem、 PEEK或Delrin的工程塑料。碳纖維可以用于特定區(qū)域。用于基座440的線性軸承可以是 陶瓷軸承。用于機器人110的其他運動的球形軸承可以是陶瓷軸承或可以是非磁性混合軸 承。用于位置傳感器的編碼器可以利用例如Avago Technologies (安華高科技公司）的光 學(xué)芯片。用于位置傳感器的大多數(shù)電位器可以從Spectrum Controls公司獲得。
[0096] 如上所述，機器人110是用于定位和驅(qū)動用于針對性診斷和治療的針的緊湊型操 縱器。器械210可以是例如活組織檢查器械、激光燒蝕器械、治療遞送器械或任何其他針基 器械。通過安裝件410和馬達(dá)413使用多個驅(qū)動輸入來控制在器械210內(nèi)的各DoF，例如旋 轉(zhuǎn)，為器械210提供全笛卡爾定位和取向。一旦機器人110被初始定位，則針插入由機器人 110的接頭的協(xié)調(diào)運動驅(qū)動。在初始定位時，例如，端部執(zhí)打器安裝件410能夠被定位成最 小化對病人的干擾。
[0097] 器械210在申請?zhí)枮?1/599, 300的美國臨時專利申請中被更詳細(xì)討論。器械210 在被安裝到執(zhí)行器安裝件410之前能夠被安裝到無菌適配器414。無菌適配器和器械210 的鍵合和鎖定在申請?zhí)枮?1/599, 300的美國臨時專利申請中被討論。
[0098] 進(jìn)一步地，無菌接口可以由在機器人110上的鋪巾（drap)提供。在器械210與機 器人110之間的接口允許控制器120確定關(guān)于器械210的信息，例如器械ID、序列號、幾何 參數(shù)和用法。在某些實施例中，器械210可以包括用于在成像器內(nèi)定位的嵌入基準(zhǔn)。
[〇〇99] 所提供的上述【具體實施方式】是為了舉例說明本發(fā)明的特定實施例，并不是限制性 的。在本發(fā)明范圍內(nèi)的許多變化和更改是可能的。本發(fā)明在下列權(quán)利要求中闡述。
【權(quán)利要求】
1. 一種器械操縱器，其包括： 軌道； 被連結(jié)成沿所述軌道騎乘的平移托架，所述平移托架由線性馬達(dá)沿所述軌道推進(jìn)； 被連結(jié)到所述平移托架的肩偏航接頭，所述肩偏航接頭由肩偏航馬達(dá)致動； 被連結(jié)到所述肩偏航接頭的肩俯仰接頭，所述肩俯仰接頭包括臂件、被連結(jié)到所述臂 件的腕件安裝件、被連結(jié)在所述腕件安裝件與所述肩偏航接頭之間以形成3D平行四邊形 的撐桿以及被連結(jié)成致動所述肩俯仰接頭、所述撐桿、所述臂件和所述腕件安裝件的肩俯 仰馬達(dá)； 被連結(jié)到所述腕件安裝件的偏航-俯仰-橫滾腕件，所述偏航-俯仰-橫滾腕件包括 由一個或更多個腕件偏航馬達(dá)致動的偏航接頭和由差分驅(qū)動的俯仰-橫滾馬達(dá)致動的差 分驅(qū)動的俯仰-橫滾接頭；以及 被連結(jié)到所述腕件的器械安裝件，所述器械安裝件具有提供器械驅(qū)動器的一個或更多 個器械馬達(dá)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的操縱器，其進(jìn)一步包括被連結(jié)到所述線性馬達(dá)的控制器，所 述控制器被連結(jié)到所述線性馬達(dá)、所述肩偏航馬達(dá)、所述肩俯仰馬達(dá)、所述一個或更多個腕 件偏航馬達(dá)、所述差分驅(qū)動的俯仰-橫滾馬達(dá)以及所述一個或更多個器械馬達(dá)，所述控制 器提供信號來定位所述操縱器并協(xié)調(diào)被連接到所述器械安裝件的針基器械的插入。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的操縱器，其中所述腕件能夠被旋轉(zhuǎn)成使得所述器械安裝件被 定位成最小化對病人的干擾。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的操縱器，其中所述器械安裝件通過無菌適配器與器械連結(jié)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的操縱器，其中所述針基器械是活組織檢查器械。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的操縱器，其中所述針基器械是燒蝕器械。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的操縱器，其中所述針基器械包括用于所述針基器械的針在圖 像中定位的基準(zhǔn)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的操縱器，其中所述控制器基于提供給所述線性馬達(dá)、所述肩 偏航馬達(dá)、所述肩俯仰馬達(dá)、所述一個或更多個腕件偏航馬達(dá)、所述差分驅(qū)動的俯仰-橫滾 馬達(dá)和所述一個或更多個器械馬達(dá)的信號，確定所述操縱器的位置。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的操縱器，其中所述控制器基于被安裝在所述操縱器上的一個 或更多個傳感器，進(jìn)一步確定所述操縱器的位置。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的操縱器，其中所述平移托架包括平移位置傳感器，所述平移 位置傳感器確定所述平移托架在軌道440上的位置。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的操縱器，其中所述平移位置傳感器是電阻傳感器。
12. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的操縱器，其中所述平移位置傳感器是光學(xué)傳感器，并且光 學(xué)編碼器被安置在所述軌道上。
13. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的操縱器，其中所述平移托架包括接合所述軌道上的導(dǎo)軌的 軸承。
14. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的操縱器，其中所述肩偏航接頭包括 被連結(jié)到所述平移托架的基座，所述肩偏航馬達(dá)被連結(jié)到所述基座； 被連結(jié)到所述基座的支持殼體； 穿過所述支持殼體和所述基座的軸；以及 被連結(jié)到所述軸的端部的滑動齒輪，所述滑動齒輪接合所述肩偏航馬達(dá)，以便所述肩 偏航馬達(dá)能夠致動所述軸旋轉(zhuǎn)。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的操縱器，其中所述支持殼體包括用于所述撐桿的接收器。
16. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的操縱器，其中所述肩俯仰接頭被連結(jié)到所述軸。
17. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的操縱器，其中所述肩俯仰接頭包括 被連結(jié)成接收所述肩偏航接頭的交叉支持件； 被連接到所述交叉支持件的第一滑動齒輪； 被連結(jié)成繞所述交叉支持件旋轉(zhuǎn)的臂件，所述肩俯仰馬達(dá)被固定到所述臂件并驅(qū)動第 二滑動齒輪，所述第二滑動齒輪接合所述第一滑動齒輪，使得所述臂件在所述交叉支持件 上的旋轉(zhuǎn)由所述肩俯仰馬達(dá)致動； 被連接到所述臂件以平衡被施加到所述腕件安裝件的重量的平衡件。
18. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的操縱器，其中所述腕件安裝件包括 腕件安裝件交叉支持件，其被連結(jié)到所述臂件以允許所述腕件安裝件交叉支持件在所 述臂件中旋轉(zhuǎn)； 被連接到所述腕件安裝件交叉支持件的軸；以及 可旋轉(zhuǎn)連結(jié)在所述軸上的一個或更多個接收器，所述一個或更多個接收器接收所述撐 桿。
19. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的操縱器，其進(jìn)一步包括被連結(jié)在所述臂件與所述腕件安裝 件交叉支持件之間的肩俯仰位置傳感器。
20. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的操縱器，其進(jìn)一步包括被連結(jié)在所述軸與所述一個或更多 個接收器之間的肩偏航位置傳感器。
21. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的操縱器，其中所述偏航-俯仰-橫滾腕件包括 被連接到所述肩俯仰接頭的所述腕件安裝件的第一區(qū)段，所述第一區(qū)段包括一個或更 多個腕件偏航馬達(dá)； 第二區(qū)段，其可旋轉(zhuǎn)接合所述第一區(qū)段以便當(dāng)被所述一個或更多個腕件偏航馬達(dá)致動 時所述第二區(qū)段相對于所述第一區(qū)段旋轉(zhuǎn)，所述第二區(qū)段包括接合所述俯仰-橫滾馬達(dá)的 差分齒輪設(shè)備，當(dāng)被連結(jié)到安裝齒輪時所述差分齒輪設(shè)備提供橫滾和俯仰。
22. 根據(jù)權(quán)利要求21所述的操縱器，其中所述差分齒輪設(shè)備包括 核心，其接收被連接到所述安裝齒輪的安裝軸和被固定到所述第二區(qū)段的軸，使得所 述核心繞被固定到所述第二區(qū)段的所述軸旋轉(zhuǎn)； 帶有第一齒輪的第一輪，所述第一齒輪被設(shè)置成繞被固定到所述第二區(qū)段的所述軸旋 轉(zhuǎn)，所述第一齒輪接合所述安裝齒輪，所述第一輪由第一俯仰-橫滾馬達(dá)驅(qū)動； 帶有第二齒輪的第二輪，所述第二齒輪被設(shè)置成繞被固定到所述第二區(qū)段的所述軸旋 轉(zhuǎn)，所述第二齒輪接合所述安裝齒輪，所述第二輪由第二俯仰-橫滾馬達(dá)驅(qū)動。
23. 根據(jù)權(quán)利要求21所述的操縱器，其中第一差分位置傳感器被連結(jié)在所述第二區(qū)段 與所述第一齒輪之間，并且第二差分位置傳感器被連結(jié)在所述第二區(qū)段與所述第二齒輪之 間。
24. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的操縱器，其中所述器械安裝件包括 安裝軸和連結(jié)到所述偏航-俯仰-橫滾腕件的安裝齒輪；以及 被連結(jié)在所述器械安裝件的殼體與所述器械驅(qū)動器之間的位置傳感器。
【文檔編號】A61B17/34GK104114107SQ201380009220
【公開日】2014年10月22日 申請日期:2013年2月15日 優(yōu)先權(quán)日:2012年2月15日
【發(fā)明者】D·W·貝利, S·P·迪馬奧, T·趙, L·N·維爾納, A·E·洛, J·索爾熱, B·M·斯凱納 申請人:直觀外科手術(shù)操作公司