用于自适应输入映射的系统和方法技术方案

一种使用控制系统来控制患者解剖结构内的医疗器械的方法包括相对于患者解剖结构定位医疗器械，并且识别用于经定位的医疗器械的环境因素。该方法还包括接收根据环境因素确定的运动缩放参数，并且接收来自操作者框架中的操作者输入装置移动的输入指令。该方法还包括将输入指令映射到用于在解剖框架中的医疗器械移动的输出指令。该映射包含将运动缩放参数应用到输入指令以产生输出指令。

System and method for adaptive input mapping

A method of controlling medical devices within a patient's anatomy structure using a control system includes positioning a medical device with respect to a patient's anatomy, and identifying environmental factors for a localized medical device. The method also includes receiving a motion scaling parameter determined according to environmental factors, and receiving an input command from an operator input device in the operator frame. The method also includes mapping an input instruction to an output instruction for movement of a medical device in an anatomical framework. The mapping includes applying motion scaling parameters to the input instructions to generate output instructions.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关申请本专利申请要求2014年8月22日提交的名称为“SYSTEMSANDMETHODSFORADAPTIVEINPUTMAPPING”的美国临时专利申请62/040,774的申请日的优先权和权益，其通过引用以其全文结合在此。
本公开涉及用于执行外科手术程序的系统和方法，并且更具体地涉及用于控制医疗器械在患者的解剖结构内的运动的系统和方法。
技术介绍
微创医疗技术意图减少在医疗程序期间损害的组织的量，由此减少患者恢复时间、不适感以及有害副作用。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多个外科手术切口来执行。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方位。医疗工具包含器械，诸如治疗器械、诊断器械以及外科手术器械。为了到达目标组织方位，微创医疗工具可以通过解剖系统(诸如肺、结肠、肠道、肾脏、心脏、循环系统等)中自然或外科手术产生的通道。一些医疗器械可以通过使用用户控制装置来受控操作。具体地，用户控制装置的某些运动引起医疗器械的对应移动。为了降低患者受伤的风险，需要在用户控制装置与医疗器械之间提供有效且安全的运动映射的系统和方法。
技术实现思路
本专利技术的实施例通过随附的权利要求来概述。在一个实施例中，一种使用控制系统来控制患者解剖结构内的医疗器械的方法包括相对于患者解剖结构定位医疗器械，并且识别经定位的医疗器械的环境因素。所述方法还包括接收根据环境因素确定的运动缩放参数，并且接收来自操作者框架中的操作者输入装置移动的输入指令。所述方法还包括将输入指令映射到用于解剖框架中的医疗器械移动的输出指令。所述映射包含将运动缩放参数应用到输入指令以产生输出指令。在另一实施例中，一种使用控制系统来控制患者解剖结构内的医疗器械的方法包括确定医疗器械的远侧尖端与识别的解剖区域之间的距离。所述方法还包括基于所述距离来接收运动缩放参数，并且接收来自操作者框架中的操作者输入装置移动的输入指令。所述方法还包括将输入指令映射到用于解剖框架中的医疗器械移动的输出指令。所述映射包含将运动缩放参数应用到输入指令以产生输出指令。在另一实施例中，一种使用控制系统来控制患者解剖结构内的医疗器械的方法包括从操作者框架中的操作者输入装置移动接收输入指令，并且基于所述输入指令确定控制因素。所述方法还包括接收根据控制因素确定的运动缩放参数，并且将输入指令映射到用于解剖框架中的医疗器械移动的输出指令。所述映射包含将运动缩放参数应用到输入指令以产生输出指令。在另一实施例中，一种医疗器械系统包括医疗器械，所述医疗器械包含在解剖框架中的患者解剖结构内可移动的远侧尖端和在操作者框架中可移动的操作者输入装置。控制系统包括处理器和存储器，所述存储器包括机器可读指令，所述机器可读指令在被处理器执行时使得系统相对于患者解剖结构的模型定位医疗器械。机器可读指令还使得处理器基于模型来识别经定位的医疗器械的环境因素，并且接收根据环境因素确定的运动缩放参数。机器可读指令还使得处理器从操作者输入装置接收输入指令，并且将输入指令映射到用于医疗器械的输出指令，包含将运动缩放参数应用到输入指令以产生输出指令。在另一实施例中，一种医疗器械系统包括医疗器械，所述医疗器械包含在解剖框架中的患者解剖结构内可移动的远侧尖端和在操作者框架中可移动的操作者输入装置。控制系统包括处理器和存储器，所述存储器包括机器可读指令，所述机器可读指令在被处理器执行时使得系统确定医疗器械的远侧尖端与识别的解剖区域之间的距离。机器可读指令还使得系统基于所述距离来接收运动缩放参数，并且从操作者输入装置接收输入指令。机器可读指令还使得系统将输入指令映射到用于医疗器械的输出指令，包含将运动缩放参数应用到输入指令以产生输出指令。在另一实施例中，一种医疗器械系统包括医疗器械，所述医疗器械包含在解剖框架中的患者解剖结构内可移动的远侧尖端和在操作者框架中可移动的操作者输入装置。所述系统还包括控制系统，所述控制系统包含处理器和存储器，所述存储器包括机器可读指令，所述机器可读指令在被处理器执行时使得系统从操作者输入装置接收输入指令。机器可读指令还使得系统基于输入指令来确定控制因素，并且接收根据控制因素确定的运动缩放参数。机器可读指令还使得系统将输入指令映射到用于医疗器械的输出指令，包含将运动缩放参数应用到输入指令以产生输出指令。附图说明当结合附图阅读时，根据以下具体实施方式，本专利技术的方面被最好地理解。应当强调的是，根据行业中的标准惯例，各种特征未按比例绘制。实际上，为了论述的清晰性，各种特征的尺寸可以任意增加或减小。另外，本公开可以在各种示例中重复参考标号和/或字母。这种重复是为了简单性和清晰性，并且本质上不指定所论述的各种实施例和/或配置之间的关系。图1是示出根据本文中描述的原理的一个示例的说明性远程操作医疗系统的简图。图2图示说明利用本公开的方面的医疗器械系统。图3A和图3B是示出根据本文中描述的原理的一个示例的说明性缩放情境的简图。图4是示出根据本文中描述的原理的一个示例的模型患者解剖结构的简图。图5A和图5B是示出根据本文中描述的原理的一个示例的基于通道的横截面大小的说明性自适应输入控制映射的简图。图6A和图6B是示出根据本文中描述的原理的一个示例的基于距感兴趣的点的距离的说明性自适应输入控制映射的简图。图7A和图7B是示出根据本文中描述的原理的一个示例的基于器械的命令位置与实际位置之间的差的说明性自适应输入控制映射的简图。图8是示出基于阻抗力的说明性自适应输入控制映射的简图。图9是示出根据本文中描述的原理的一个示例的自适应输入控制映射的说明性方法的流程图。具体实施方式出于促进对本专利技术的原理的理解的目的，现将参考附图中图示说明的实施例，并且将使用具体的语言描述所述实施例。然而应当明白，这并不意图限制本公开的范围。在本专利技术的方面的以下具体实施方式中，阐述大量具体细节以便提供对所公开的实施例的透彻理解。然而，对本领域技术人员显而易见的是，本公开的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在其他情况下，未详细描述熟知方法、步骤、组件以及电路以便不必要地模糊本专利技术的实施例的方面。如本公开涉及的领域的技术人员通常将想到的，充分考虑对描述的装置、器械、方法的任何更改和进一步修改，以及本公开的原理的任何进一步应用。特别地，充分考虑关于一个实施例描述的特征、组件和/或步骤可以与关于本公开的其它实施例描述的特征、组件和/或步骤组合。另外，本文中提供的尺寸用于具体示例，并且应当考虑不同大小、尺寸和/或比例可以用于实施本公开的概念。为了避免不必要的描述重复，根据一个说明性实施例描述的一个或多个组件或动作可以在适用于其它说明性实施例的情况下而被使用或省略。出于简洁性的目的，将不单独地描述这些组合的大量迭代。为了简单性，在一些情况下，贯穿附图使用相同的参考数字来指相同或相似的部分。下面的实施例将根据其在三维空间中的状态来描述各种器械和器械的部分。如本文中所使用的，术语“位置”指物体或物体的一部分在三维空间中的方位(例如，沿着笛卡尔X、Y、Z坐标系的三个平移自由度)。如本文中所使用的，术语“取向”指物体或物体的一部分的旋转放置(三个旋转自由度-例如，滚动、俯仰以及偏航)。如本文中所使用的，术语“姿态本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种控制医疗器械的移动的方法，所述方法包括：相对于患者解剖结构定位所述医疗器械；识别经定位的医疗器械的环境因素；接收根据所述环境因素确定的运动缩放参数；从操作者输入装置移动接收输入指令；将所述输入指令映射到用于医疗器械移动的输出指令，其中所述映射包含将所述运动缩放参数应用到所述输入指令以产生所述输出指令；以及根据所述输出指令移动所述医疗器械。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.08.22 US 62/040,7741.一种控制医疗器械的移动的方法，所述方法包括：相对于患者解剖结构定位所述医疗器械；识别经定位的医疗器械的环境因素；接收根据所述环境因素确定的运动缩放参数；从操作者输入装置移动接收输入指令；将所述输入指令映射到用于医疗器械移动的输出指令，其中所述映射包含将所述运动缩放参数应用到所述输入指令以产生所述输出指令；以及根据所述输出指令移动所述医疗器械。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述环境因素是所述患者解剖结构中的解剖通道在所述医疗器械的远侧尖端的当前方位处的横截面距离。3.根据权利要求1所述的方法，其中所述环境因素是所述患者解剖结构中的解剖通道在所述医疗器械的远侧尖端的当前方位处的硬度。4.根据权利要求1所述的方法，其中所述环境因素是识别的解剖区域与所述医疗器械的远侧尖端的当前方位之间的距离。5.根据权利要求4所述的方法，其中所述医疗器械的至少一部分位于所述患者解剖结构中的肺中，并且所述识别的解剖区域为所述患者解剖结构的胸膜。6.根据权利要求1所述的方法，其中定位所述医疗器械包含使所述医疗器械的定位适合于周期性解剖运动。7.根据权利要求1所述的方法，其中相对于所述患者解剖结构定位所述医疗器械包括相对于所述患者解剖结构的模型定位所述医疗器械，并且识别环境因素包括基于所述模型识别所述环境因素。8.根据权利要求7所述的方法，其中相对于所述患者解剖结构的所述模型定位所述医疗器械包含：确定所述医疗器械的远侧尖端在解剖框架中的位置；使所述患者解剖结构的所述模型与所述解剖框架对齐；以及相对于所述患者解剖结构的所述模型定位所述医疗器械的所述远侧尖端的位置。9.根据权利要求1所述的方法，其中将所述运动缩放参数应用到所述输入指令以产生所述输出指令将所述输入指令缩放至较低以产生所述输出指令。10.根据权利要求1所述的方法，其中将所述运动缩放参数应用到所述输入指令以产生所述输出指令将所述输入指令缩放至较高以产生所述输出指令。11.一种控制医疗器械的移动的方法，所述方法包括：确定所述医疗器械的远侧尖端与识别的解剖区域之间的距离；基于所述距离接收运动缩放参数；从操作者输入装置移动接收输入指令；将所述输入指令映射到用于医疗器械移动的输出指令，其中所述映射包含将所述运动缩放参数应用到所述输入指令以产生所述输出指令；以及根据所述输出指令移动所述医疗器械。12.根据权利要求11所述的方法，其中确定所述距离包含从安装在所述医疗器械上的传感器接收数据。13.根据权利要求12所述的方法，其中所述传感器包含超声传感器。14.根据权利要求12所述的方法，其中所述传感器包含照相机。15.根据权利要求12所述的方法，其中所述传感器包含激光扫描仪。16.根据权利要求11所述的方法，其中所述医疗器械的至少一部分位于肺中，并且所述识别的解剖区域为胸膜。17.一种控制医疗器械的移动的方法，所述方法包括：从操作者输入装置移动接收输入指令；基于所述输入指令确定控制因素；接收根据所述控制因素确定的运动缩放参数；将所述输入指令映射到用于医疗器械移动的输出指令，其中所述映射包含将所述运动缩放参数应用到所述输入指令以产生所述输出指令；以及根据所述输出指令移动所述医疗器械。18.根据权利要求17所述的方法，其中所述控制因素是用于所述操作者输入装置移动的动态参数。19.根据权利要求18所述的方法，其中所述动态参数是所述操作者输入装置移动的速度分量。20.根据权利要求19所述的方法，其中如果所述速度分量超过速度阈值，则所述运动缩放参数大于1:1。21.根据权利要求19所述的方法，其中如果所述速度分量低于速度阈值，则所述运动缩放参数小于1:1。22.根据权利要求18所述的方法，其中所述动态参数是所述操作者输入装置移动的加速度分量。23.根据权利要求17所述的方法，其中所述控制因素是所述医疗器械的命令运动与所述医疗器械的输出运动之间的误差值。24.根据权利要求23所述的方法，其中如果所述误差值超过误差阈值，则所述运动缩放参数小于1:1。25.根据权利要求23所述的方法，其中如果所述误差值超过误差阈值，则所述运动缩放参数大于1:1。26.根据权利要求23所述的方法，其中所述医疗器械上的重力负载通过所述误差值消除。27.根据权利要求23所述的方法，其中所述误差值根据所述医疗器械上的形状传感器确定。28.一种医疗器械系统，其包括：操作者输入装置，其通过控制系统耦合到可移动医疗器械，所述控制系统包括：处理器；以...

【专利技术属性】
技术研发人员：C·R·卡尔森，F·巴巴格力，
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