背景技術(shù)：

1、本文描述的實施方式涉及力感測技術(shù)，并且更具體地涉及適用于與遠(yuǎn)程操作手術(shù)系統(tǒng)一起使用的力感測技術(shù)。更具體地，本文描述的實施方式涉及用于確定施加至醫(yī)療器械的力以便控制手術(shù)系統(tǒng)的力感測醫(yī)療器械，該手術(shù)系統(tǒng)包括可以提供給系統(tǒng)操作者的力反饋。仍更具體地，本文描述的實施方式涉及當(dāng)力感測醫(yī)療器械暴露于電場時電磁干擾的減輕。

2、用于微創(chuàng)手術(shù)(mis)的已知技術(shù)采用可以手動控制或經(jīng)由手持式或機(jī)械接地的遠(yuǎn)程操作醫(yī)療系統(tǒng)控制的器械來操縱組織，所述遠(yuǎn)程操作醫(yī)療系統(tǒng)在至少部分計算機(jī)輔助的情況下操作(“遠(yuǎn)程手術(shù)系統(tǒng)”)。許多已知的mis器械包括安裝在軸的遠(yuǎn)端處的可選腕部機(jī)構(gòu)上的治療或診斷端部執(zhí)行器(例如鑷子、切割工具或燒灼工具)。在mis過程期間，端部執(zhí)行器、腕部機(jī)構(gòu)和軸的遠(yuǎn)端通常經(jīng)由套管插入患者的小切口或自然孔口，以將端部執(zhí)行器定位在患者體內(nèi)的工作部位處?？蛇x腕部機(jī)構(gòu)可以用于改變端部執(zhí)行器相對于軸的位置和取向，以在工作部位處執(zhí)行期望的程序。在已知的器械中，器械作為整體的運動為端部執(zhí)行器的移動提供機(jī)械自由度(dof)，并且腕部機(jī)構(gòu)通常為端部執(zhí)行器相對于器械的軸的移動提供期望的dof。例如，對于鑷子或其他抓取工具，已知的腕部機(jī)構(gòu)能夠改變端部執(zhí)行器相對于軸的俯仰和偏航。腕部可以可選地為端部執(zhí)行器提供滾動dof，或者滾動dof可以通過滾動軸來實現(xiàn)。端部執(zhí)行器可以可選地具有附加的機(jī)械dof，例如抓握或刀片運動。在一些情況下，腕部和端部執(zhí)行器機(jī)械dof可以被組合。例如，美國專利第5,792,135號(于1997年5月16日提交)公開了其中腕部和端部執(zhí)行器抓握dof被組合的機(jī)構(gòu)。

3、力感測醫(yī)療器械是已知的，并且與相關(guān)聯(lián)的遠(yuǎn)程手術(shù)系統(tǒng)一起，可以在mis過程期間向執(zhí)行該過程的外科醫(yī)生遞送觸覺反饋。觸覺反饋可以增加外科醫(yī)生在執(zhí)行過程時的沉浸感、真實感和直觀性。為了有效的觸覺渲染和準(zhǔn)確性，力傳感器可以被放置在醫(yī)療器械上并且盡可能靠近解剖組織相互作用。一種方法是在醫(yī)療器械軸的遠(yuǎn)端處包括具有電傳感器元件(例如，應(yīng)變計)的力傳感器單元，以測量施加至醫(yī)療器械的應(yīng)變。測量的應(yīng)變可以用于確定施加至醫(yī)療器械的力并且作為基于其可以生成期望的觸覺反饋的輸入。

4、在一些mis過程中，電流被引入至手術(shù)部位，例如在電外科手術(shù)期間。電外科手術(shù)廣泛地指一類醫(yī)療過程，其依賴于對患者組織施加高頻電能(通常是射頻能量)以實現(xiàn)許多可能的效果，例如切割、凝固、壞死等。例如，在一些mis過程中，必須燒灼和切斷患者體內(nèi)的組織。為了執(zhí)行這樣的過程，被配置成施加雙極或單極燒灼能量的端部執(zhí)行器夾具被引入至手術(shù)部位以接合目標(biāo)組織，并且電能例如射頻能量被遞送至夾具以燒灼接合的組織。替選地，在一些情況下，外科醫(yī)生已經(jīng)知道用沒有被特別配置成施加電能的導(dǎo)電端部執(zhí)行器夾具來接合組織，并且然后將主動充電電極(例如第二器械上的充電端部執(zhí)行器)放置成與夾具導(dǎo)電接觸(即，直接電耦合)，以便向組織施加電外科能量。

5、力感測器械可以被專門設(shè)計成施加電外科能量(例如，雙極鑷子器械)，或者不被設(shè)計成施加電外科能量(例如，cadiere鑷子器械)。無論力感測醫(yī)療器械是否被設(shè)計成施加電外科能量，在某些mis過程期間，力感測醫(yī)療器械可以在電外科手術(shù)操作期間暴露于電場。并且無論用于將電外科能量施加至組織的方法——使用專門設(shè)計成施加電外科能量的器械還是使用不專門設(shè)計成施加電外科能量的器械——與電外科能量相關(guān)聯(lián)的電流都可以通過或沿著力感測醫(yī)療器械的各種部件傳導(dǎo)。

6、力感測醫(yī)療器械暴露于電場可以導(dǎo)致在器械內(nèi)生成電磁干擾，這可以影響來自力感測器械的力傳感器單元的信號。反過來，對信號的這種影響可以導(dǎo)致對操作力感測器械的外科醫(yī)生的相關(guān)聯(lián)觸覺反饋以及對作用在力感測醫(yī)療器械上的力的不準(zhǔn)確指示。就觸覺反饋基于器械上的力的指示而言，期望減輕電磁干擾的影響。這種緩解受到力感測器械本身的設(shè)計和設(shè)計約束(例如，強(qiáng)度或其他機(jī)械性能所需的部件材料、手術(shù)所需的小部件尺寸等)。例如，一種方法試圖在任何可能受影響的部件周圍采用法拉第籠(faraday?cage)。這需要沿整個器械長度封裝整個傳感器的附加導(dǎo)電部件、籠的有效接地以及附加間隙。然而，由于附加部件，這種方法可能不利地影響傳感器性能(例如，對準(zhǔn)、校準(zhǔn)和/或魯棒性)。

7、電磁干擾對力傳感器單元的輸出的大小和/或影響還可以至少部分地取決于力感測醫(yī)療器械的各種部件的定位。例如，電極和力感測醫(yī)療器械(器械不是專門設(shè)計成施加電外科能量)之間的導(dǎo)電接觸可以導(dǎo)致電流經(jīng)由力感測醫(yī)療器械的導(dǎo)電部件(例如，諸如梁、機(jī)械線纜和/或軸的金屬部件)傳導(dǎo)。導(dǎo)電部件可以通過電絕緣與力感測醫(yī)療器械的另一導(dǎo)電部件(例如，應(yīng)變傳感器、應(yīng)變計和/或傳感器線纜)分開。然而，當(dāng)?shù)谝徊考械碾娏魃赏ㄟ^絕緣進(jìn)入第二部件的電流時，兩個導(dǎo)電部件可以變成電容耦合或電感耦合(即，間接電耦合)。所生成的電流的大小至少部分地受到兩個導(dǎo)電部件的定位以及它們之間的絕緣的影響。例如，應(yīng)變傳感器可以通過電絕緣粘合劑機(jī)械地耦接至導(dǎo)電結(jié)構(gòu)。根據(jù)電容耦合的原理，由該結(jié)構(gòu)傳導(dǎo)的電流可以通過電絕緣粘合劑在應(yīng)變傳感器中生成電流。作為另一示例，還可以在將信號電壓從應(yīng)變傳感器傳送至處理器(例如，一個或更多個數(shù)據(jù)處理部件、包括一個或更多個這樣的部件的電路板、包括這樣的部件的集中式或分布式數(shù)據(jù)處理系統(tǒng))的傳感器線纜的電跡線中生成電流。所生成的電流的大小可以受到傳感器電子部件(例如，應(yīng)變傳感器或電跡線)與其他部件之間的距離、以及由電絕緣粘合劑的厚度和其他因素確定的結(jié)構(gòu)的影響。就應(yīng)變傳感器的相對低的電壓的變化可以指示作用在力感測醫(yī)療器械上的力而言，應(yīng)變傳感器的輸出中的電磁干擾(以生成的電流的形式)的存在可以使力指示失真。

8、除電容耦合之外，電磁干擾還可以由力感測醫(yī)療器械的各種部件的電感耦合(例如，天線耦合或磁場耦合)產(chǎn)生。當(dāng)電感耦合時，由一個導(dǎo)體中的電流產(chǎn)生的磁場在第二導(dǎo)體中生成電流。例如，電流可以經(jīng)由應(yīng)變傳感器和/或承載來自應(yīng)變傳感器的信號的傳感器線纜的一部分中的電感耦合生成。由電感耦合生成的電流的存在是電磁干擾，其可以使由力傳感器單元生成的應(yīng)變的指示失真，從而導(dǎo)致作用在力感測醫(yī)療器械上的力的指示的差異。

9、一個電磁干擾問題可能由器械的遠(yuǎn)端處的傳感器與器械的近端處的一個或更多個其他電部件之間的長電連接引起，所述一個或更多個其他電部件需要處理或以其他方式將信號從傳感器傳送至用戶觸覺反饋系統(tǒng)。器械的遠(yuǎn)端與近端之間的電連接線纜內(nèi)的各個電連接線可以各自充當(dāng)接收不需要的電磁能量的天線。盡管線纜中的電磁干擾作為整體可能是問題，但是線纜內(nèi)的單獨的電連接線可能拾取不同量的電磁干擾，這可能進(jìn)一步降低用于用戶觸覺反饋的傳感器信號。

10、此外，由于器械物理設(shè)計要求，在遠(yuǎn)側(cè)部件與近側(cè)部件之間具有足夠分離的電連接線的線纜必須足夠小，以配合在由使手術(shù)切口尺寸最小化所需的微創(chuàng)手術(shù)器械的長軸的小直徑所造成的小空間限制內(nèi)。另一方面，線纜必須足夠大，以確保各個線足夠大，以成為傳感器信號的有效電導(dǎo)體。

11、更進(jìn)一步，除在微創(chuàng)手術(shù)器械的物理設(shè)計約束內(nèi)減輕電磁干擾的影響之外，期望力感測醫(yī)療器械的電子部件能夠承受手術(shù)后過程處理(例如，清潔、通過蒸汽高壓滅菌等)，并且在手術(shù)后過程處理之后保持抗流體進(jìn)入。例如，部件之間的一些已知的電耦合(例如，常規(guī)的電導(dǎo)體線纜到電路板的耦合)不能承受在后過程處理期間可能出現(xiàn)的高溫或流體沖洗壓力。附加地，在已知的電纜中，電絕緣層通常位于包含電耦合件的層與電路板之間。該絕緣層的存在可以導(dǎo)致包含電耦合件的層的變形，以便使電耦合件與電路板接觸。層的這種變形可以導(dǎo)致傳感器線纜的一部分脫層或脫落，這然后允許流體在后過程處理期間侵入。

12、鑒于前述，本領(lǐng)域不斷尋求新的和改進(jìn)的系統(tǒng)和方法，以用于基于對施加至醫(yī)療器械的應(yīng)變的精確測量來控制手術(shù)系統(tǒng)。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本
技術(shù)實現(xiàn)要素：
介紹了本文所描述的實施方式的某些方面，以提供基本理解。本發(fā)明內(nèi)容不是對本發(fā)明主題的廣泛概述，并且不旨在標(biāo)識關(guān)鍵或重要元素或描繪本發(fā)明主題的范圍。

2、本文所描述的系統(tǒng)和方法促進(jìn)在力感測醫(yī)療器械暴露于電場時手術(shù)系統(tǒng)的控制。特別地，力感測醫(yī)療器械使用力傳感器單元來測量影響力感測醫(yī)療器械的力。力傳感器單元的輸出經(jīng)由傳感器線纜被傳送至電路板(例如，傳送至控制板)，并且傳送至系統(tǒng)的控制器。傳感器線纜被配置成減輕電磁干擾的影響。在電磁效應(yīng)被減輕的情況下，力傳感器單元可以傳輸來自力傳感器單元的輸出應(yīng)變信號，該輸出應(yīng)變信號準(zhǔn)確地指示影響力感測醫(yī)療器械的力。

3、在一個方面，本公開內(nèi)容涉及力感測醫(yī)療器械(“器械”)。例如，該器械可以與手術(shù)系統(tǒng)一起用于執(zhí)行微創(chuàng)手術(shù)。該器械包括近側(cè)機(jī)械結(jié)構(gòu)，該近側(cè)機(jī)械結(jié)構(gòu)具有多個驅(qū)動組件，所述多個驅(qū)動組件被配置成引起該器械的端部執(zhí)行器的運動。例如，該器械可以包括由一組馬達(dá)驅(qū)動的一組絞盤，以經(jīng)由一組線纜改變端部執(zhí)行器(例如，工具構(gòu)件)的位置。器械軸耦接至近側(cè)機(jī)械結(jié)構(gòu)。力傳感器單元耦接至器械軸的遠(yuǎn)端部分，并且被配置成測量影響器械的力。電路板耦接至近側(cè)機(jī)械結(jié)構(gòu)，并且被配置成接收來自力傳感器單元的輸出。具有中間部分和第一組電跡線的傳感器線纜通信地耦接在力傳感器單元與電路板之間。換言之，傳感器線纜促進(jìn)力傳感器單元與電路板之間的通信。第一組電跡線包括電接地跡線，并且傳感器線纜包括圍繞傳感器線纜的中間部分的電屏蔽件，其中電屏蔽件通信地耦接至電接地跡線。

4、在一些實施方式中，傳感器線纜包括近端部分、遠(yuǎn)端部分、第一層、近側(cè)第二層和遠(yuǎn)側(cè)第二層。第一層在傳感器線纜的遠(yuǎn)端部分與傳感器線纜的近端部分之間延伸。第一層包括近側(cè)區(qū)段和遠(yuǎn)側(cè)區(qū)段。近側(cè)第二層平行于第一層的近側(cè)區(qū)段延伸。遠(yuǎn)側(cè)第二層平行于第一層的遠(yuǎn)側(cè)區(qū)段延伸。第一層的近側(cè)區(qū)段包括近側(cè)耦接接口。近側(cè)耦接接口包括第一組導(dǎo)電觸點。傳感器線纜的近端部分中的第一層的近側(cè)區(qū)段沒有第一組電跡線。近側(cè)第二層耦接至近側(cè)區(qū)段，并且包含通信地耦接至所述一組導(dǎo)電觸點的第二組電跡線。

5、在一些實施方式中，傳感器線纜的中間部分沒有近側(cè)第二層和遠(yuǎn)側(cè)第二層。附加地，第一組電跡線在第一層內(nèi)以并排平面配置延伸穿過傳感器線纜的中間部分。

6、在一些實施方式中，傳感器線纜包括在傳感器線纜的近端部分與中間部分之間的近側(cè)轉(zhuǎn)移部分。近側(cè)轉(zhuǎn)移部分包括一組通孔，所述一組通孔被配置成將中間部分中的第一層中的第一組電跡線通信地耦接至近側(cè)第二層中的第二組電跡線。

7、在一些實施方式中，第一組電跡線包括傳感器線纜的中間部分中的一組正跡線和一組負(fù)跡線。每個正跡線具有第一截面區(qū)域，并且每個負(fù)跡線具有第二截面區(qū)域。第一截面區(qū)域小于第二截面區(qū)域。

8、在一些實施方式中，第一最大電阻極限確定一組正跡線的第一截面區(qū)域的最小第一截面區(qū)域，并且第二最大電阻極限確定一組負(fù)跡線的第二截面區(qū)域的最小第二截面區(qū)域。

9、在一些實施方式中，最大傳感器線纜寬度限定傳感器線纜的中間部分中的一組正跡線和一組負(fù)跡線中的每一個的最大組合截面區(qū)域。最大傳感器線纜寬度至少部分地由器械軸的通道間隙限定。

10、在一些實施方式中，傳感器線纜包括第一電絕緣層、電絕緣基底和第二電絕緣層。第一電絕緣層在第一層的遠(yuǎn)側(cè)區(qū)段和傳感器線纜的中間部分上。第一電絕緣層不存在于第一層的近側(cè)區(qū)段中。電絕緣基底在傳感器線纜的遠(yuǎn)端部分與近端部分之間延伸。第二電絕緣層在遠(yuǎn)側(cè)第二層、傳感器線纜的中間部分和近側(cè)第二層上。

11、在一些實施方式中，傳感器線纜包括在近端部分與遠(yuǎn)端部分之間延伸的縱向軸線。第一組導(dǎo)電觸點沿著與傳感器線纜的縱向軸線平行的觸點軸線布置。

12、在一些實施方式中，近側(cè)耦接接口是各向異性導(dǎo)電膜耦接。

13、在一些實施方式中，傳感器線纜包括在傳感器線纜的中間部分與遠(yuǎn)端部分之間的遠(yuǎn)側(cè)轉(zhuǎn)移部分。遠(yuǎn)側(cè)轉(zhuǎn)移部分包括一組通孔，所述一組通孔被配置成將中間部分中的第一組電跡線的第一部分通信地耦接至遠(yuǎn)側(cè)第二層中的第三組電跡線。

14、在一些實施方式中，傳感器線纜的遠(yuǎn)端部分中的第一層的遠(yuǎn)側(cè)區(qū)段限定遠(yuǎn)側(cè)耦接接口，該遠(yuǎn)側(cè)耦接接口具有耦接至力傳感器單元的第二組導(dǎo)電觸點。第一組電跡線的第二部分通信地耦接至第一層中的遠(yuǎn)側(cè)耦接接口。遠(yuǎn)側(cè)第二層中的第三組電跡線耦接至遠(yuǎn)側(cè)耦接接口。第二組導(dǎo)電觸點的線性布置建立第三組電跡線和第一組電跡線的第二部分的初始配置。

15、在一些實施方式中，第三組電跡線和第一組電跡線的第二部分在遠(yuǎn)側(cè)轉(zhuǎn)移部分內(nèi)被重新布置，以按在第一層內(nèi)穿過傳感器線纜的中間部分的并排平面配置建立第一組電跡線的所有電跡線。

16、在一些實施方式中，傳感器線纜的中間部分包括由電接地跡線分離的第一橫向側(cè)區(qū)和第二橫向側(cè)區(qū)。第一組電跡線包括傳感器線纜的中間部分中的一組正跡線和一組負(fù)跡線。并排平面配置包括被定位在第一橫向側(cè)區(qū)內(nèi)的一組正跡線和被定位在第二橫向側(cè)區(qū)內(nèi)的一組負(fù)跡線。

17、在一些實施方式中，第一組電跡線包括傳感器線纜的中間部分中的至少一個正跡線和至少一個負(fù)跡線。并排平面配置包括正跡線與負(fù)跡線以正負(fù)配對布置。

18、在一些實施方式中，醫(yī)療器械包括梁，并且梁包括第一面和第二面。力傳感器單元包括在梁的第一面上的應(yīng)變傳感器。遠(yuǎn)側(cè)耦接接口耦接至梁的第一面上的應(yīng)變傳感器。傳感器線纜的遠(yuǎn)端部分耦接至鄰近梁的第一面的梁的第二面。遠(yuǎn)側(cè)耦接接口相對于遠(yuǎn)端部分的剩余部分形成有預(yù)折疊，以將遠(yuǎn)側(cè)耦接接口與梁的第一面對準(zhǔn)。預(yù)折疊的大小對應(yīng)于梁的第一面與梁的第二面之間的角度。

19、在一些實施方式中，傳感器線纜包括從傳感器線纜的遠(yuǎn)端部分向遠(yuǎn)側(cè)延伸的平衡部分。平衡部分具有與傳感器線纜的遠(yuǎn)端部分的剛度對應(yīng)的剛度。平衡部分沒有電跡線。

20、在一些實施方式中，力傳感器單元包括在梁的第一面上的應(yīng)變傳感器，并且應(yīng)變傳感器具有剛度。傳感器線纜的遠(yuǎn)端部分耦接至梁的鄰近第一面的第二面。傳感器線纜包括剛度平衡突片，該剛度平衡突片耦接至梁的與第一面相對的第三面。剛度平衡突片具有與應(yīng)變傳感器剛度對應(yīng)的剛度，并且剛度平衡突片沒有電跡線。

21、在一些實施方式中，應(yīng)變傳感器包括被布置為四個橋電路組合的八個橋電路。八個橋電路中的每個橋電路包括兩個應(yīng)變計。

22、在一些實施方式中，傳感器線纜具有第一縱向長度，并且第一層具有第二縱向長度。同樣，近側(cè)第二層具有第三縱向長度，并且遠(yuǎn)側(cè)第二層具有第四縱向長度。第二縱向長度等于第一縱向長度。第三縱向長度加上第四縱向長度的組合小于第一層的第二縱向長度。

23、在一些實施方式中，醫(yī)療器械包括端部執(zhí)行器和腕部組件。端部執(zhí)行器經(jīng)由腕部組件耦接至力傳感器單元，并且醫(yī)療器械被配置成可操作地耦接至手術(shù)系統(tǒng)。