用于器械干扰补偿的系统和方法技术方案

一种计算机辅助医疗设备，包括铰接臂上的第一关节组、铰接臂上的第二关节组、以及耦接到该第一关节组和该第二关节组的控制单元。该控制单元确定由一个或多个制动器的释放引起的对第一关节组的干扰，并且使用第二关节组来补偿干扰，以减少该铰接臂上的关注点的位置的运动。在一些实施例中，该控制单元通过确定该关注点相对于参考点的初始位置、基于对该第一关节组的干扰来确定该关注点的预测运动、以及向该第二关节组发送驱动命令以在与该预测运动相反的方向上移动该关注点来补偿该干扰。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于器械干扰补偿的系统和方法相关申请本公开要求于2014年10月27日提交的标题为“用于集成手术台的系统和方法(SystemandMethodforIntegratedOperatingTable)”的美国临时专利申请第62/069,245号以及于2015年3月17日提交的标题为“用于减少工具干扰的系统和方法(SystemandMethodforReducingToolDisturbances)”美国临时专利申请号62/134,212的优先权，这两个公开通过引用以其全文结合在此。
本公开总体上涉及具有铰接臂的设备的操作，并且更具体地涉及减少对器械姿态的外部干扰。
技术介绍
越来越多的设备正在被替换为自主和半自主电子设备。这在现今的医院里面尤其如此，在手术室、介入疗室(interventionalsuite)、重症监护病房、急诊室等中具有大批自主的和半自主的电子设备。例如，玻璃温度计和水银温度计由电子温度计取代，静脉滴注管线现在包括电子监测器和流量调节器，并且传统的手持式外科手术器械正由计算机辅助医疗设备所取代。这些电子设备为操作它们的人员提供了优势和挑战。许多这些电子设备都可以使一个或多个铰接臂和/或末端执行器进行自主或半自主运动。这些一个或多个铰接臂和/或末端执行器每个都包括支持这些铰接臂和/或末端执行器的运动的连杆和铰接关节的组合。在许多情况下，对这些铰接关节进行操纵以获得位于相应铰接臂和/或末端执行器的连杆和铰接关节的远端处的相应器械的预期位置和/或取向(统称为期望姿态)。靠近该器械的每个铰接关节为相应的铰接臂和/或末端执行器提供至少一个自由度，该自由度可以用于操纵相应器械的位置和/或取向。在许多情况下，相应的铰接臂和/或末端执行器可以包括允许控制相应器械的X位置、Y位置和Z位置(统称为平移移动)以及相应器械的滚转、俯仰和偏摆取向(统称为旋转移动)的至少六个自由度。为了在控制相应器械的姿态方面提供更大的灵活性，相应的铰接臂和/或末端执行器通常被设计成包括冗余自由度。当存在冗余自由度时，可以使用这些铰接关节的位置和/或取向的多个不同组合来获得相应器械的相同姿态。当具有铰接臂的设备用于医疗程序时，并不罕见的是铰接臂中的一个或多个可以在端口部位处与患者对接，使得可以利用器械和/或其它末端执行器来对于患者的内部解剖结构执行程序。根据该程序，可能期望释放对该铰接臂的一个或多个关节的锁和/或制动器，以便重新定位该铰接臂的至少一部分。当释放该锁和/或制动器时，这样可能导致该铰接臂(更重要的是定位在该患者体内的器械和/或末端执行器的尖端)的位置和/或取向的不期望的移动。这种不期望的移动可能导致伤害患者、伤害铰接臂和/或末端执行器附近的人员、损坏铰接臂和/或末端执行器、损坏铰接臂和/或末端执行器附近的其他设备、破坏无菌区和/或其它不期望的结果。因此，所期望的是，当铰接臂的一个或多个关节的制动器和/或锁被释放时，使铰接臂中的一个或多个关节校正器械、铰接臂和/或末端执行器中的不期望的移动。
技术实现思路
与一些实施例一致，一种计算机辅助医疗设备包括铰接臂上的第一关节组、铰接臂上的第二关节组、以及耦接到该第一关节组和该第二关节组的控制单元。在一些实施例中，该控制单元被配置为确定由释放一个或多个制动器引起的对第一关节组的干扰并且使用第二关节组来补偿干扰，以减少该铰接臂上的关注点的位置的运动。根据一些实施例，一种控制医疗设备中的运动的方法包括：确定第一保存变换，该第一保存变换是在干扰之前跨越该医疗设备的铰接臂的第一关节组的两个坐标系之间的变换；确定第二保存变换，该第二保存变换是跨越该铰接臂的第二关节组的两个坐标系之间的变换；接收该干扰，该干扰对该第一关节组中的一个或多个关节的位置进行干扰；确定第三变换，该第三变换是在该干扰之后跨越该第一关节组的两个坐标系之间的变换；并且确定由该干扰引起的关注点的预测运动。在一些示例中，由该干扰引起的关注点的预测运动包括：计算基于第一保存变换和第二保存变换的第一位置确定与基于第三变换和第二保存变换的第二位置确定之间的差。根据一些实施例，一种控制医疗设备中的运动的方法包括：确定第一保存变换，该第一保存变换是在干扰之前跨越医疗设备的铰接臂的第一关节组的两个坐标系之间的变换；确定第二保存变换，该第二保存变换是跨越该铰接臂的第二关节组的两个坐标系之间的变换；接收干扰，该干扰对第一关节组中的一个或多个关节的位置进行干扰；确定第三变换，该第三变换是在该干扰之后跨越第一关节组的两个坐标系之间的变换；并且确定由该干扰引起的关注点的预测运动。在一些示例中，确定由该干扰引起的关注点的预测运动的步骤包括：计算基于第一保存变换和第二保存变换的第一位置确定与基于该第三变换和第二保存变换的第二位置确定之间的差。根据一些实施例，一种计算机辅助医疗设备包括：具有成像设备的第一铰接臂、具有末端执行器的第二铰接臂、耦接到该第一铰接臂和第二铰接臂的控制单元。在一些示例中，该控制单元被配置为：设置第一参考系，该第一参考系基于成像设备在第一时间的位置，允许对第一铰接臂的第一干扰使该成像设备移动离开该成像设备在第一时间的位置，接收用于移动末端执行器的命令，以及将用于从第一参考系移动末端执行器的命令变换成用于在该末端执行器的参考系中移动该末端执行器的命令。与一些实施例一致，一种包括多个机器可读指令的非暂时性机器可读介质，这些机器可读指令在由与医疗设备相关联的一个或多个处理器执行时适于使该一个或多个处理器执行包括以下步骤的方法：确定第一保存变换，该第一保存变换是在干扰之前跨越该医疗设备的铰接臂的第一关节组的两个坐标系之间的变换；确定第二保存变换，该第二保存变换是跨越该铰接臂的第二关节组的两个坐标系之间的变换；接收干扰，该干扰对该第一关节组中的一个或多个关节的位置进行干扰；确定第三变换，该第三变换是在该干扰之后跨越该第一关节组的两个坐标系之间的变换；并且确定由该干扰引起的关注点的预测运动。在一些示例中，确定由该干扰引起的关注点的预测运动的步骤包括：计算基于第一保存变换和第二保存变换的第一位置确定与基于第三变换和第二保存变换的第二位置确定之间的差。附图描述图1是根据一些实施例的计算机辅助系统的简化图。图2是示出根据一些实施例的计算机辅助系统的简化图。图3是根据一些实施例的计算机辅助医疗系统的运动学模型的简化图。图4是交错释放铰接臂上的制动器的方法的简化图。图5是使用第二关节组来补偿从一个关节组到关注点的干扰的方法的简化图。图6A是示出示例性摄像头视图和坐标系统的透视图的简化图。图6B是从传感器或显示器及相关坐标系统的角度示出摄像头视图的简化图。图7是基于用户命令移动铰接臂同时对该铰接臂中的一个或多个关节的干扰进行补偿的方法的简化图。图8A-8G是示出结合了本文所述的集成计算机辅助设备和可移动外科手术台特征的各种计算机辅助设备系统架构的简化示意图。在附图中，具有相同标记的元件具有相同的或类似的功能。具体实施方式在以下描述中，阐明了具体细节以便描述与本公开一致的一些实施例。然而，对于本领域技术人员显而易见的是，可以在没有这些特定细节中的一些或所有细节的情况下实践一些实施例。在此公开的具体实施例是示例性的，而不是限制性的。本领域的技术人员本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种计算机辅助医疗设备，包括：铰接臂上的第一关节组；该铰接臂上的第二关节组；耦接到该第一关节组和第二关节组的控制单元，其中，该控制单元被配置为：确定由一个或多个制动器的释放引起的对该第一关节组的干扰；以及使用该第二关节组来补偿该干扰以减少对该铰接臂上的关注点的位置的运动。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.10.27 US 62/069,245;2015.03.17 US 62/134,2121.一种计算机辅助医疗设备，包括：铰接臂上的第一关节组；该铰接臂上的第二关节组；耦接到该第一关节组和第二关节组的控制单元，其中，该控制单元被配置为：确定由一个或多个制动器的释放引起的对该第一关节组的干扰；以及使用该第二关节组来补偿该干扰以减少对该铰接臂上的关注点的位置的运动。2.如权利要求1所述的设备，其中，该控制单元被配置为释放该一个或多个制动器。3.如权利要求1所述的设备，其中，该关注点是该铰接臂的末端执行器的尖端。4.如权利要求1所述的设备，其中，该一个或多个制动器的释放是交错的。5.如权利要求1所述的设备，其中，为了使用该第二关节组来补偿该干扰，该控制单元被配置为：确定该关注点相对于参考点的初始位置；基于对该第一关节组的干扰来确定该关注点的预测运动；以及向该第二关节组发送驱动命令，该驱动命令包括用于在与该预测运动相反的方向上移动该关注点的第一命令。6.如权利要求5所述的设备，其中，为了确定该关注点的预测运动，该控制单元对于误差进行调整。7.如权利要求6所述的设备，其中，为了对于误差进行调整，该控制单元被配置为对于该铰接臂的一个或多个连杆的弯曲进行调整。8.如权利要求6所述的设备，其中，为了对于误差进行调整，该控制单元被配置为基于对该第一关节组的干扰而将标量值乘以该关注点的平移运动预测。9.如权利要求5所述的设备，其中，该驱动命令还包括用于基于用户命令而移动该关注点的第二命令，该第一命令和第二命令被叠加。10.如权利要求5所述的设备，其中，该控制单元还被配置为限制该第二关节组被驱动时的速度。11.一种控制医疗设备中的运动的方法，该方法包括：确定第一保存变换，该第一保存变换是在干扰之前跨越该医疗设备的铰接臂的第一关节组的两个坐标系之间的变换；确定第二保存变换，该第二保存变换是跨越该铰接臂的第二关节组的两个坐标系之间的变换；接收该干扰，该干扰对该第一关节组中的一个或多个关节的该位置进行干扰；确定第三变换，该第三变换是在该干扰之后跨越该第一关节组的两个坐标系之间的变换；并且确定由该干扰引起的关注点的预测运动，包括：对基于该第一保存变换和第二保存变换的第一位置确定与基于该第三变换和第二保存变换的第二位置确定之间的差进行计算。12.如权利要求11所述的方法，该方法还包括：确定关注点的误差校正预测运动，包括：用第一比例系数来缩放该关注点的预测运动的平移移动部分。13.如权利要求12所述的方法，其中，确定关注点的误差校正部分还包括：使用不同于该第一比例系数的第二比例系数来缩放该关注点的预测运动的旋转移动部分。14.如权利要求12所述的方法，其中，该第一比例系数为0.85。15.如权利要求12所述的方法，其中，该第一比例系数在0.8和0.95之间。16.如权利要求12所述的方法，该方法还包括：基于该误差校正的预测运动来驱动该第二关节组中的一个或多个关节。17.如权利要求16所述的方法，其中，基于该误差校正的预测运动来驱动该第二关节组中的一个或多个关节被基于该第二关节组的配置来调整速度。18.如权利要求17所述的方法，该方法还包括：接收运动命令；基于该运动命令进一步驱动该第二关节组中的一个或多个关节。19.如权利要求18所述的方法，其中，该运动命令包括相对于摄像头坐标系的期望移动。20.如权利要求11所述的方法，其中，该干扰是由用于该第一关节组的制动器释放所引起的。21.如权利要求20所述的方法，其中，用于该第一关节组的制动器释放是交错式的制动器释放。22.如权利要求20...

【专利技术属性】
技术研发人员：N·斯瓦鲁普，P·G·格里菲思，G·林奇，D·米勒，
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