用于集成手术台的系统和方法技术方案

用于集成手术台的系统及方法，包括医疗设备，该医疗设备包括具有一个或更多个第一关节和第二关节的铰接臂以及控制单元。该铰接臂至少具有安装在第一关节和第二关节远侧的套管、内窥镜或器械，其在身体开口处插入患者内。该控制单元解锁第一关节，接收手术台移动请求，确定是否应当准予手术台移动请求，允许手术台基于该确定来执行所请求的移动，使用第一关节以允许铰接臂基于在身体开口处由患者的体壁施加的力来跟踪身体开口的移动，并且通过执行第二关节的补偿运动来补偿由于跟踪移动而引起的套管、内窥镜或器械的姿态的变化。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于集成手术台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“用于集成操作台的系统和方法(SystemandMethodforIntegratedOperatingTable)”的美国临时专利申请US62/134,207以及于2015年3月17日提交的标题为“用于集成手术台的系统和方法(SystemandMethodforIntegratedSurgicalTableIcons)”的美国临时专利申请US62/134,270的优先权，这两个申请通过引用以其整体并入本文。
本公开总体上涉及具有铰接臂的设备的操作，并且更具体地涉及具有铰接臂的设备与集成手术台的操作。
技术介绍
越来越多的设备正在被自主和半自主电子设备取代。这在现今在手术室、介入套房、加强监护病房、急诊室等中找到大批自主的和半自主的电子设备的医院尤其如此。例如，玻璃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器械正由计算机辅助医疗设备所取代。随着越来越多的自主和半自主设备投入使用，其提供了两个或更多个设备协作以实现共同目标的机会。经常期望外科医生或手术室工作人员能相对于用作外科操纵器组件的计算机辅助设备的操纵臂移动操作台或手术台上的患者，以便改善或优化对患者的内部解剖结构的进入或可视化。例如，外科医生可能希望在外科程序期间执行器官的重力辅助退缩。因为患者的器官将随着手术台的倾斜而移动，为了安全起见，在移动手术台之前从患者移除外科器械。于是，在许多常规的远程操作的外科系统中，为了执行这种退缩，操纵臂必须通过身体开口(诸如切口部位和/或身体孔口)从插入到患者内的套管和器械脱离，使得身体开口可以安全地移动，手术台必须随后被移动到被估计为适合于目标器官的退缩的新位置，并且随后将操纵器与患者重新对接。这个方法可能是耗时且麻烦的。此外，这个过程可以涉及多次迭代，因为在移动手术台之前通常也从患者移除内窥镜以提高安全性，使得手术工作空间的可视化丧失，并且新位置通常是有根据的猜测，其可能准确或可能不准确或不足以适当地执行退缩。为了避免重复的迭代，医生经常“过度校正”并且选择比所需的更陡的位置和取向以确保发生所期望的重力辅助退缩。这种过度校正可能导致患者安全问题，因为某些取向，诸如患者的头向下的取向，可能不能被患者所容忍，特别是通常在这种取向上呼吸困难的个子较大的患者。此外，由于从患者移除器械并且从套管移除操纵臂，所以器械不能由医生使用而用于辅助退缩，诸如可以在传统的腹腔镜程序中完成。因此，有利的是具有允许在手术台中移动的系统和方法，而无需首先从患者移除具有操纵器和器械组件的计算机辅助设备。
技术实现思路
有利地，根据本专利技术的系统和方法允许(带有患者的)手术台相对于外科器械操纵臂移动，而不必首先从患者移除操纵器控制的外科器械并使操纵器与保持插入患者中的套管脱离。在一个方面，首先在具有操纵臂的计算机辅助医疗设备和手术台之间建立双向通信。在建立这种通信之后，然后手术台运动中的运动的控制受到计算机辅助设备的控制，使得在没有首先接收到来自计算机辅助设备的许可和/或批准的情况下不允许物理手术台运动。在一个方面中，当患者移动时，手术室工作人员中的一个(例如麻醉师)将启动移动(例如，通过按压手术台命令单元上的按钮)。用于期望移动的期望命令(例如，调整特伦德伦伯卧位取向以升高或降低患者的头部，向左倾斜患者或向右倾斜患者和/或升高或降低台表面)经由通信链路被中继到计算机辅助设备。用于计算机辅助设备的控制器然后基于集成系统的当前状况或状态(例如物理的、电气的和/或软件的状况)来确定期望的移动是否是可允许的。然后通过返回到手术台的消息来批准或拒绝手术台移动请求。当手术台移动请求被批准时，允许手术台以增量方式(例如，距离、角度或时间的增量)在命令方向上移动，如下所述。此外，在某些方面中，台的运动速度被控制为是足够快的以允许外科医生经由成像设备(诸如内窥镜)来观察组织运动，以查看由重力引起的有效组织移动，并且是足够慢的以便对于手术台或计算机辅助设备附近的患者或人员没有明显的危险。在一个方面，期望在运动期间将手术台移动控制为小于每秒3度(例如每秒约1.5度)。这个速率提供合适的移动而以有效的方式重新定位手术台，但是足够慢以便来自控制系统的间歇性许可防止有问题的计算机辅助设备状况和/或对患者的伤害发展。在另一方面中，当计算机辅助设备在手术台运动期间检测到操纵臂的状态的相关变化(例如，接近铰接关节中的运动范围限度)时，计算机辅助设备使手术台运动停止以防止对患者或工作人员的伤害和/或对仪器的损坏。对于每个单独的台控制按钮按压和/或命令流(例如，按钮按压状态)，快速连续地(例如每隔10ms)重复这种请求移动、批准或拒绝请求、然后移动的循环。只要计算机辅助设备状态被认为是“安全的”或是可接受的，手术台移动请求就被计算机辅助设备批准，并且手术台可以在由操作者命令的任何方向上自由移动。在一个方面中，当拒绝手术台移动请求时，或者在计算机辅助设备诸如由于计算机辅助设备中的运动范围限度而中断当前执行的手术台移动的情况下，手术台运动被限制以在系统的使用中提供增加的安全性。在一些示例中，手术台和计算机辅助设备之间的运动学映射被用于确定导致远离运动范围限度和/或不安全状况的远程运动中心速度和/或关节速度的手术台运动。在一些示例中，手术台运动被限制为在创建拒绝/停止条件将被批准的手术台运动的相反方向上的运动。在一些示例中，当手术台运动导致两个或更多个铰接臂接近和/或达到相反的运动范围限度时，不允许进一步的手术台运动。在某些方面中，手术台围绕通常称为等中心点的空间中的单个点(虚拟运动中心点)移动。在一个实现方式中，例如，这个等中心点大致居中位于手术台的铰接式结构之上，并且稍微在手术台的台面上方(例如大约35cm)处，以考虑典型的患者体型、吹入、手术台填充物和/或诸如此类。因此，在手术台以其特伦德伦伯卧位调整移动时，台表面行进通过微小的“碟形”弧。手术台倾斜自由度可以类似地关于等中心点移动，或者其可以关于空间中的另一个点移动，诸如支撑台面的柱的顶部。手术台还可以包括关于等中心点或者另一个点定义的偏摆自由度。等中心点通常位于患者体内，关于台面大约在典型的手术部位和/或身体开口的高度(诸如切口部位或身体孔口)处。在一些实现方式中，等中心点关于台机构是固定的，并且在其它实现方式中可以限定等中心点(例如高度和/或位置)以适应各种患者的体型以及手术部位的位置。在某些方面中，计算机辅助设备可以向手术台提供等中心点的XYZ笛卡尔坐标，随后是特定的滚转-俯仰-偏摆角运动命令，以实现患者移动。这样的运动可以为外科医生提供增强的临床能力，因为在一些情况下，它们使得患者的体壁中的相关身体开口的总运动最小化，这样使器械插入通过的身体开口处的物理创伤最小化。在一个方面中，这样的运动命令可以由外科医生对用于执行程序的外科器械或器械的外科手术控制器的运动来产生。通过在第一操作模式中描述的相同通信链路将XYZ-滚转-俯仰-偏摆坐标和命令发送到手术台。应当注意，为了使这种等中心运动发生，计算机辅助设备应当获知手术台相对于计算机辅助设备的位置和/或取向。这种关系可以由使用者输入本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种计算机辅助医疗设备，包括：铰接臂，其具有一个或更多个第一关节和一个或更多个第二关节，所述铰接臂被配置为至少具有安装在所述一个或更多个第一关节和所述一个或更多个第二关节的远侧的套管、内窥镜或器械，所述套管、所述内窥镜或所述器械被配置为在身体开口处插入患者内；和耦连到所述第一关节和所述第二关节的控制单元；其中，为了支持与经由通信连接耦连到所述设备的手术台的集成运动，所述控制单元被配置为：解锁所述一个或更多个第一关节；接收来自所述手术台的手术台移动请求；确定是否应当准予所述手术台移动请求；允许所述手术台基于所述确定来执行所述手术台移动请求；使用所述一个或更多个第一关节以允许所述铰接臂基于由于执行的手术台移动而引起的在所述身体开口处由所述患者的体壁施加的力来跟踪所述身体开口的移动；并且通过执行所述一个或更多个第二关节的补偿运动来补偿由于跟踪的移动而引起的安装的套管、内窥镜或器械的姿态的变化。

【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 62/134,2071.一种计算机辅助医疗设备，包括：铰接臂，其具有一个或更多个第一关节和一个或更多个第二关节，所述铰接臂被配置为至少具有安装在所述一个或更多个第一关节和所述一个或更多个第二关节的远侧的套管、内窥镜或器械，所述套管、所述内窥镜或所述器械被配置为在身体开口处插入患者内；和耦连到所述第一关节和所述第二关节的控制单元；其中，为了支持与经由通信连接耦连到所述设备的手术台的集成运动，所述控制单元被配置为：解锁所述一个或更多个第一关节；接收来自所述手术台的手术台移动请求；确定是否应当准予所述手术台移动请求；允许所述手术台基于所述确定来执行所述手术台移动请求；使用所述一个或更多个第一关节以允许所述铰接臂基于由于执行的手术台移动而引起的在所述身体开口处由所述患者的体壁施加的力来跟踪所述身体开口的移动；并且通过执行所述一个或更多个第二关节的补偿运动来补偿由于跟踪的移动而引起的安装的套管、内窥镜或器械的姿态的变化。2.根据权利要求1所述的设备，其中所述控制单元被进一步配置为监测所述一个或更多个第一关节以确定所述一个或更多个第一关节中的任何第一关节是否处于相应的运动范围限度。3.根据权利要求2所述的设备，其中所述相应的运动范围限度是运动范围限度的硬范围。4.根据权利要求2所述的设备，其中所述相应的运动范围限度是运动范围限度的软范围。5.根据权利要求2所述的设备，其中当所述一个或更多个第一关节中的相应一个被确定为处于相应的运动范围限度时，所述控制单元进一步禁止手术台移动请求的进一步准予，直到所述一个或更多个第一关节中的相应一个不再处于相应的运动范围限度。6.根据权利要求2所述的设备，其中当所述一个或更多个第一关节中的相应一个被确定为处于相应的运动范围限度时，所述控制单元被进一步配置为引导所述手术台反转一个或更多个最近执行的手术台移动。7.根据权利要求2所述的设备，其中当所述一个或更多个第一关节中的相应一个被确定为处于相应的运动范围限度时，所述控制单元被进一步配置为限制被准予的手术台移动请求的类型。8.根据权利要求7所述的设备，其中所述控制单元被进一步配置为基于被准予的最近的手术台移动请求的记录来限制被准予的手术台移动请求的类型。9.根据权利要求7所述的设备，其中为了限制被准予的手术台移动请求的类型，所述控制单元被进一步配置为当所述手术台移动请求导致所述一个或更多个第一关节中的相应一个朝向相应的运动范围限度运动时禁止所述手术台移动请求。10.根据权利要求7所述的设备，其中为了限制被准予的手术台移动请求的类型，所述控制单元被进一步配置为基于在所述手术台移动请求被准予的情况下可能导致的计划移动来禁止所述手术台移动请求。11.根据权利要求10所述的设备，其中所述控制单元被进一步配置为将所述计划移动与对应于所述一个或更多个第一关节中的相应第一关节的雅可比矩阵的列进行比较。12.根据权利要求1所述的设备，其中被准予的手术台移动请求的类型被限于高度调整请求、倾斜调整请求，特伦德伦伯卧位调整请求和滑动调整请求。13.根据权利要求1所述的设备，其中所述控制单元被进一步配置为接收来自操作者的器械运动命令，并且将所述器械运动命令叠加在由所述一个或更多个第二关节执行的补偿运动上。14.根据权利要求1所述的设备，其中所述控制单元被进一步配置为确定所述手术台和所述设备之间的配准变换。15.根据权利要求1所述的设备，其中所述控制单元被进一步配置为校正由于所述一个或更多个第一关节的解锁而引起的所述器械的姿态的变化。16.根据权利要求1所述的设备，其中当少于三个的铰接臂被对接到所述患者时，被准予的手术台移动请求的类型被限于高度调整请求。17.根据权利要求1所述的设备，其中所述控制单元被进一步配置为监测所述身体开口的移动，以确定所述身体开口的移动是否与执行的手术台移动一致。18.根据权利要求1所述的设备，其中从用于所述手术台的手术台命令单元接收所述手术台移动请求。19.根据权利要求1所述的设备，其中所述控制单元被进一步配置为在操作者工作站处显示所述手术台的状态信息。20.根据权利要求1所述的设备，其中为了确定是否应当准予所述手术台运动，所述控制单元被进一步配置为确定是否满足一个或更多个条件，所述一个或更多个条件中的每个选自于由以下各项组成的组：是否防止所述手术台的基座移动，是否防止所述设备的基座移动，成像设备是否被插入患者内，所述器械是否被插入患者内，操作者是否出现在操作者工作站处并且正在主动控制所述器械，所述器械的末端执行器是否处于所述成像设备的视场内，所述手术台和所述设备之间的通信连接是否存在，所述身体开口是否能够支持集成台运动，是否满足集成台运动支持正在执行的程序，以及集成台运动是否支持所述器械。21.根据权利要求1所述的设备，其中所述控制单元被进一步配置为当所述控制单元确定是否存在一个或更多个条件时退出集成台移动，所述一个或更多个条件中的每个选自于由以下各项组成的组：所述手术台的基座是否移动，所述设备的基座是否移动，操作者是否不再出现在操作者工作站处，所述操作者是否不再主动控制所述器械，所述器械的末端执行器是否不再处于所述成像设备的视野内，所述手术台和所述设备之间的通信连接是否断开，套管是否从所述铰接臂脱离，以及所述铰接臂是否不能跟踪所述身体开口的移动。22.一种补偿手术台和计算机辅助医疗设备的集成运动的方法，所述方法包括：解锁所述计算机辅助医疗设备的铰接臂的一个或更多个关节，所述铰接臂被配置为至少具有安装在其上的套管、内窥镜或器械，所述套管、所述内窥镜或所述器械被配置为在身体开口处插入患者内；接收来自所述手术台的手术台移动请求；确定是否应当准予所述手术台移动请求；允许所述手术台基于所述确定来执行所述手术台移动请求；使用所述一个或更多个第一关节以允许所述铰接臂基于由于执行的手术台移动而引起的在所述身体开口处由所述患者的体壁施加的力来跟踪所述身体开口的移动；并且通过执行所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：B·D·伊特科维兹，P·G·格里菲思，J·汉姆菲尔，G·林奇，D·米勒，P·奥格雷迪，N·斯瓦鲁普，K·齐娅，
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