用于医疗器械力感测的系统和方法技术方案

一种用于确定被置于医疗器械的尖端上的力的方法包括从具有至少一根牵引线的医疗器械接收输入，所述牵引线用于器械在患者体内时操纵器械的位置。该方法还包括将输入应用于器械的集总模型，并基于输入和集总模型二者确定器械的尖端上的力。

System and method for force sensing of medical devices

A method for determining medical devices are placed in the tip of the force from the medical device has at least one pull wire receiving input, the pull wire device for manipulation of instruments in the patient's position at the. The method also includes determining the force on the tip of the instrument based on the lumped model of the input applied to the instrument and based on the input and lumped model two.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于医疗器械力感测的系统和方法相关申请本专利申请要求于2014年8月25日提交的名称为“SYSTEMSANDMETHODSFORMEDICALINSTRUMENTFORCESENSING(用于医疗器械力感测的系统和方法)”的美国临时专利申请62/041,204的优先权和申请日的益处，其通过引用以其全文并入本文。
本公开涉及用于在医疗程序期间跟踪患者解剖结构内的医疗设备的系统和方法，并且更具体地涉及用于有效地确定当医疗器械在患者内部时医疗器械的尖端上的压力的系统和方法。
技术介绍
微创医疗技术旨在减少在医疗程序期间损伤的组织的量，从而减少患者的恢复时间、不适和有害的副作用。这种微创技术可以通过患者解剖结构中的自然孔口或通过一个或更多个手术切口来执行。临床医生可以通过这些自然孔口或切口插入医疗工具以到达目标组织部位。医疗工具包括诸如治疗器械、诊断器械和外科器械的器械。为了到达目标组织部位，微创医疗工具可以导航于解剖系统(诸如肺、结肠、肠、肾、心脏、循环系统等)中的自然通道或手术创建的通道。微创医疗程序可以依赖于器械位置监测，以确保适当地接近目标组织部位以及在目标组织部位处的适当行为。对于一些程序，微创医疗器械可以导航于解剖系统中的自然通道或手术创建的通道以到达目标组织部位。例如，微创医疗器械可以导航于肺、结肠、肠、肾、心脏、循环系统等中的自然通道。一些微创医疗器械可以是远程操作的或以其他方式由计算机辅助的。精确的医疗器械模型在器械控制系统的设计、稳定性分析和实时操作中是有用的。通常，器械建模依赖于连续数值建模技术，例如有限元分析(FEA)。这些技术通常计算起来是昂贵的，并且需要大量的可变参数拟合和优化。由于与这些系统相关联的计算复杂性，将这些技术用于实时建模或预测在器械尖端处的组织相互作用力以用于控制和监测应用通常是不可行的。需要改进的系统和方法以预测在器械尖端和周围组织之间的相互作用力，以用于控制、监测和安全应用。
技术实现思路
本专利技术的实施例由随附权利要求概括。在一个实施例中，用于确定器械的尖端上的力的方法包括从具有至少一个细长的致动构件的医疗器械接收输入，所述致动构件用于器械在患者体内时操纵器械的位置，将输入应用于器械的集总模型，并基于输入和集总模型二者确定器械的尖端上的力。在另一个实施例中，处理系统包括处理器和具有存储在其上的计算机可读指令的存储器，当由处理器执行时，所述计算机可读指令引起系统从附接到医疗器械内的细长的致动构件的马达接收输入，该细长的致动构件用于操纵医疗器械的尖端的位置。该系统进一步接收指示医疗器械的尖端的位置的输入，将输入应用于医疗器械的模型，并且使用输入及模型来确定来自于患者组织的置于(place)器械的尖端上的力。在另一个实施例中，医疗系统包括医疗器械，该医疗器械包括在远端具有尖端的导管主体，具有旋转构件的至少一个马达，以及缠绕旋转构件并从旋转构件延伸通过医疗器械且被配置成操纵导管主体尖端的位置的缆线。该系统还包括控制系统，控制系统被配置为接收指示马达的位置的输入、接收指示马达上的力的输入、接收指示导管主体尖端的位置的输入，并基于输入和器械的部件的模型实时地确定在导管主体尖端上的力。附图说明当根据附图阅读时，从下面的详细的描述能最好地理解本公开的各方面。要强调的是，根据工业中的标准惯例，各种特征没有按比例绘制。实际上，为了讨论的清楚，可以任意地增加或减小各种特征的尺寸。另外，本公开可以在各个示例中重复参考标号和/或字母。这种重复是为了简单和清楚的目的，并且其本身不指示所讨论的各种实施例和/或配置之间的关系。图1是根据本文所述的原理的一个示例的远程操作医疗系统。图2示出了根据本文所述的原理的一个示例的医疗器械系统。图3是示出根据本文所述的原理的一个示例的具有牵引线的说明性医疗器械的简图。图4是示出根据本文所述的原理的一个示例的器械系统的说明性模型的简图。图5是示出根据本文所述的原理的一个示例的带有位置传感器的说明性医疗器械的简图。图6是示出根据本文所述的原理的一个示例的能够与医疗器械系统一起使用的说明性处理系统的简图。图7是示出根据本文所述的原理的一个示例的用于使用模型来监测医疗器械的尖端压力的说明性方法的流程图。具体实施方式出于促进对本公开的原理的理解的目的，现将参照附图中所示的实施例，并将用特定的语言来描述所述实施例。然而，应该理解，并不旨在对本公开的范围进行限制。在本专利技术的方面的具体实施方式中，阐述了许多具体细节以便提供对所公开的实施例的透彻理解。然而，对本领域的技术人员而言显而易见的是，在没有这些特定细节的情况下也可以实践本公开的实施例。在其他情况下，未详细描述众所周知的方法、程序、部件以及电路，以免不必要地模糊本专利技术的实施例的方面。所述设备、器械、方法的任何改变和进一步修改，以及本公开的原理的任何进一步应用均是可设想的，正如本公开所涉及的领域的技术人员通常会想到的那样。具体地，完全可以设想关于一个实施例所述的特征、部件和/或步骤可以与关于本公开的其他实施例所述的特征、部件和/或步骤组合。此外，本文所提供的尺寸用于特定示例，并且可以设想可利用不同的大小、尺寸和/或比例来实施本公开的概念。为避免不必要的描述性重复，根据一个说明性实施例所描述的一个或更多个部件或动作(action)能够用于其他说明性实施例或从其他说明性实施例中省略。出于简洁的目的，这些组合的许多重复将不单独进行描述。为简单起见，在一些情况下，贯穿附图使用的相同的标号指的是相同的或相似的部分。下面的实施例将依据器械在三维空间中的状态来描述各种器械和器械的部分。如本文所使用的，术语“位置”指的是对象或对象的一部分在三维空间(例如，沿笛卡尔X、Y、Z坐标的三个平移自由度)中的部位。如本文所使用的，术语“取向”指的是对象或对象的一部分的旋转位移(三个旋转自由度—例如，滚动、俯仰和偏转)。如本文所使用的，术语“姿态”(pose)指的是对象或对象的一部分在至少一个平移自由度中的位置，以及该对象或该对象的一部分在至少一个旋转自由度(多达六个总自由度)中的取向。如本文所使用的，术语“形状”指的是沿对象测量的一组姿态、位置或取向。参考附图的图1，用于例如包括诊断程序、治疗程序或手术程序的医疗程序中的远程操作医疗系统通常通过参考标号100来指示。如将要描述的，本公开的远程操作医疗系统受外科医生的远程操作的控制。在替代实施例中，远程操作医疗系统可以受经编程以执行程序或子程序的计算机的部分控制。在其他替代实施例中，受经编程以执行程序或子程序的计算机的完全控制的完全自动化的医疗系统可以用于执行程序或子程序。如图1所示，远程操作系统100大体包括用于操作医疗器械系统104在患者P上执行各种程序的远程操作组件102。组件102安装到或靠近手术台O，其中患者P定位在手术台O上。医疗器械系统104可操作地耦接到远程操作组件102。操作者输入系统106允许外科医生或其他类型的临床医生S观察表示手术部位的图像，并且控制医疗器械系统104的操作。在替代实施例中，远程操作系统可以包括多于一个的操纵器组件。操纵器组件的确切的数目将取决于手术程序和手术室内的空间约束，以及其他因素。操作者输入系统106可以位于外科医生的控制台C处，外科医生的控本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于确定被施加到医疗器械的尖端的力的方法，所述方法由处理系统执行，所述方法包括：接收来自医疗器械的至少一个输入，所述医疗器械包括用于移动所述医疗器械的至少一部分的至少一个细长的致动构件；以及通过将所述至少一个输入应用到所述医疗器械的集总模型来确定所述医疗器械的尖端上的力。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.08.25 US 62/041,2041.一种用于确定被施加到医疗器械的尖端的力的方法，所述方法由处理系统执行，所述方法包括：接收来自医疗器械的至少一个输入，所述医疗器械包括用于移动所述医疗器械的至少一部分的至少一个细长的致动构件；以及通过将所述至少一个输入应用到所述医疗器械的集总模型来确定所述医疗器械的尖端上的力。2.根据权利要求1所述的方法，其中在所述医疗器械的所述尖端上的所述力被实时确定。3.根据权利要求2所述的方法，还包括：如果在所述医疗器械的所述尖端上的所述力超过特定的值，则警告所述医疗器械的操作者。4.根据权利要求1所述的方法，其中所述至少一个输入包括：通过耦接到所述至少一个细长的致动构件的马达施加的马达扭矩；所述马达的驱动轴的旋转位置；以及所述医疗器械的所述尖端的位置。5.根据权利要求4所述的方法，还包括利用光纤形状传感器确定所述医疗器械的所述尖端的所述位置。6.根据权利要求1所述的方法，其中所述集总模型包括：马达的质量，所述马达的质量用于操作所述至少一个细长的致动构件，以及所述医疗器械的导管主体的至少一部分的质量。7.根据权利要求6所述的方法，其中所述集总模型还包括：弹簧参数，所述弹簧参数将所述马达的所述质量耦接到所述导管主体的所述至少一部分的所述质量；以及阻尼参数，所述阻尼参数将所述马达的所述质量耦接到所述导管主体的所述至少一部分的所述质量。8.根据权利要求6所述的方法，其中所述集总模型还包括：与所述马达相关联的摩擦参数；以及与所述导管主体相关联的摩擦参数。9.根据权利要求6所述的方法，其中所述集总模型还包括：将所述马达的所述质量耦接到地的阻尼参数；以及将导管主体的所述至少一部分的所述质量耦接到地的阻尼参数。10.根据权利要求6所述的方法，其中所述集总模型还包括将导管主体的所述至少一部分的所述质量耦接到地的偏移弹簧参数。11.一种处理系统，其包括：医疗器械；以及计算机系统，所述计算机系统与所述医疗器械通信，所述计算机系统被配置为：接收来自耦接到所述医疗器械的细长的致动构件的马达的至少一个输入，所述细长的致动构件用于移动所述医疗器械的尖端；接收指示所述医疗器械的所述尖端的位置的至少一个输入；通过将来自所述马达的所述至少一个输入和指示所述尖端的所述位置的所述至少一个输入应用于所述医疗器械的集总模型，确定施加到所述医疗器械的所述尖端的力。12.根据权利要求12所述的系统，其中施加到所述医疗器械的所述尖端的所述力被实时确定。13.根据权利要求12所述的系统，其中所述计算机...

【专利技术属性】
技术研发人员：S·K·W·奥，
申请(专利权)人：直观外科手术操作公司，
类型：发明
国别省市：美国,US