用于在反应运动期间监测控制点的系统和方法技术方案

在反应运动期间监测控制点的系统和方法包括计算机辅助医疗设备。该计算机辅助医疗设备包括一个或多个铰接臂以及控制单元，每个铰接臂具有控制点，并且控制单元联接到一个或多个铰接臂。该一个或多个铰接臂和对应的控制点被配置为跟踪手术台的运动。该控制单元通过确定在手术台的移动期间一个或多个控制点的预期空间配置、确定在该手术台的移动期间该一个或多个控制点的实际空间配置、并且确定该预期空间配置和该实际空间配置之间的差来监测该一个或多个控制点的空间配置。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于在反应运动期间监测控制点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US62/069,245以及于2015年3月17日提交的标题为“用于在反应运动期间监测控制点的系统和方法(SystemandMethodforMonitoringControlPointsDuringReactiveMotion)”美国临时专利申请US62/134,252的优先权，这两个申请通过引用以其全文合并在此。
本公开总体上涉及具有铰接臂的设备的操作，并且更具体地涉及在反应运动期间监测控制点。
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。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。一个或多个铰接臂和/或末端执行器各自包括支持该铰接臂和/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，对铰接关节进行操纵以获得位于对应铰接臂的连杆和铰接关节的远端处的对应器械的预期位置和/或定向(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提供至少一个自由度，该自由度可以用于操纵对应器械的位置和/或定向。在许多情况下，相应的铰接臂可以包括允许控制对应器械的X位置、Y位置和Z位置以及对应器械的侧倾、俯仰和偏摆定向的至少六个自由度。每个铰接臂进一步可以提供远程运动中心。在一些情况下，可以允许一个或多个铰接臂和对应的远程运动中心或这些铰接臂上的其他点进行移动，以便跟踪该电子设备的其他部分的移动。例如，当在外科手术期间将器械插入患者上的身体开口(诸如切口部位或身体孔口)中并且放置该患者的手术台正在进行移动时，重要的是该铰接臂能够将该器械的位置调整到该身体开口的位置的变化。根据铰接臂的设计和/或实施方式，患者上的身体开口可以对应于铰接臂的远程运动中心。当一个或多个铰接臂中的每一个铰接臂跟踪潜在的移动时，该电子设备的对应的铰接臂和/或其他部分试图补偿身体开口中的移动。当铰接臂不能完全补偿身体开口点的移动时，这可能导致不期望的和/或不安全的后果。这种缺乏对切口点的运动的顺应性可能导致对患者的伤害、铰接臂的损坏和/或其他不希望的结果。因此，希望的是监测铰接臂的能力以补偿控制点(诸如在身体开口)的潜在的移动。
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一个或多个铰接臂，每个铰接臂具有控制点，以及联接到该一个或多个铰接臂的控制单元。该一个或多个铰接臂和对应的控制点被配置为跟踪手术台的移动。控制单元通过确定在手术台的移动期间一个或多个控制点的预期空间配置、确定在该手术台的移动期间该一个或多个控制点的实际空间配置、并且确定该预期空间配置和该实际空间配置之间的差来监测该一个或多个控制点的空间配置。与一些实施例一致，一种监测计算机辅助医疗设备的一个或多个控制点的空间配置的方法包括：确定在手术台的移动期间一个或多个控制点的预期空间配置、确定在该手术台的移动期间该一个或多个控制点的实际空间配置、并且确定该预期空间配置和该实际空间配置之间的差。该一个或多个控制点对应于一个或多个铰接臂，并且被配置为跟踪手术台的移动。与一些实施例一致的是，一种非暂时性机器可读介质包括多个机器可读指令，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一种方法。该方法包括：确定在手术台的移动期间一个或多个控制点的预期空间配置、确定在该手术台的移动期间该一个或多个控制点的实际空间配置、并且确定该预期空间配置和该实际空间配置之间的差。该一个或多个控制点对应于一个或多个铰接臂，并且被配置为跟踪手术台的移动。附图说明图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是根据一些实施例的在手术台移动期间监测一个或多个控制点的方法的简化图。图5是根据一些实施例的在仅高度模式下的手术台移动期间的控制点位置的简化图。图6是根据一些实施例的在旋转手术台移动期间的控制点集群的简化图。图7A-7G是示出结合了本文所述的集成计算机辅助设备和可移动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，具有相同标号的元件具有相同或类似的功能。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，可以实践一些实施例而无需这些特定细节中的一些或所有细节。本文公开的具体实施例是示例性的，而不是限制性的。尽管没有特别说明，本领域的技术人员可以实现落入本公开的范围和精神内的其他要素。此外，为了避免不必要的重复，示出和描述的与一个实施例相关的一个或更多个特征可以合并到其他实施例中，除非另外具体说明或者一个或更多个特征会使实施例无功能。术语“包括”意味着包括但不限于所包括的一个或更多个单独的项目中的每个应当被认为是可选的，除非另有说明。类似地，术语“可以”表示项目是可选的。图1是根据一些实施例的计算机辅助系统100的简化图。如图1所示，计算机辅助系统100包括具有一个或更多个可移动臂或铰接臂120的设备110。一个或更多个铰接臂120中的每个支撑一个或更多个末端执行器。在一些实例中，设备110可以与计算机辅助外科设备一致。一个或更多个铰接臂120各自为安装到铰接臂120中的至少一个的远端的一个或更多个器械、外科器械、成像设备和/或诸如此类提供支撑。设备110可以进一步耦连到操作者工作站(未示出)，操作者工作站可以包括用于操作该设备110、一个或更多个铰接臂120和/或末端执行器的一个或更多个主控制装置。在一些实施例中，设备110和操作者工作站可以对应于由加利福尼亚州的Sunnyvale的直观外科手术公司(IntuitiveSurgical,Inc.)商售的da外科系统。在一些实施例中，具有其他配置、更少或更多铰接臂和/或类似装置的计算机辅助外科设备可以可选地与计算机辅助系统100一起使用。设备110经由接口耦连至控制单元130。接口可以包括一个或更多个无线链路、线缆、连接器和/或总线，并且可以进一步包括具有一个或更多个网络交换和/或路由设备的一个或更多个网络。控制单元130包括耦连至存储器150的处理器140。控制单元130的操作由处理器140来控制。并且，尽管控制单元130显示只有一个处理器140，可以理解的是处理器140可以代表在控制单元130中的一个或更多个中央处理单元、多核处理器、微处理器、微控制器、数字信号处理器、现场可编程门阵列(FPGA)、专用集成电路(ASIC)和/或类似设备。控制单元130可以被实现为加入到计算设备中的单机子系统和/或板，或是实现为虚拟机。在一些实施例中，控制单元可以作为操作本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种计算机辅助医疗设备，包括：一个或多个铰接臂，每个铰接臂具有控制点，其中，所述一个或多个铰接臂及对应的控制点被配置为跟踪手术台的移动；以及控制单元，所述控制单元联接到所述一个或多个铰接臂；其中，所述控制单元通过以下操作来监测所述一个或多个控制点的空间配置：确定所述手术台的移动期间所述一个或多个控制点的预期空间配置；确定所述手术台的移动期间所述一个或多个控制点的实际空间配置；以及确定所述预期空间配置和所述实际空间配置之间的差。

【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 62/134,2521.一种计算机辅助医疗设备，包括：一个或多个铰接臂，每个铰接臂具有控制点，其中，所述一个或多个铰接臂及对应的控制点被配置为跟踪手术台的移动；以及控制单元，所述控制单元联接到所述一个或多个铰接臂；其中，所述控制单元通过以下操作来监测所述一个或多个控制点的空间配置：确定所述手术台的移动期间所述一个或多个控制点的预期空间配置；确定所述手术台的移动期间所述一个或多个控制点的实际空间配置；以及确定所述预期空间配置和所述实际空间配置之间的差。2.如权利要求1所述的设备，其中，所述一个或多个铰接臂及对应的控制点被配置为使用器械拖动来跟踪所述手术台的移动。3.如权利要求1所述的设备，其中，所述控制单元进一步通过确定在所述手术台的移动之前所述一个或多个控制点的锁存配置以及基于所述锁存配置确定所述预期空间配置来确定所述预期空间配置。4.如权利要求3所述的设备，其中，所述控制单元联接到所述手术台，并且基于所述手术台的移动来确定所述预期空间配置。5.如权利要求4所述的设备，其中，所述预期空间配置和所述实际空间配置分别指定每个控制点的预期位置和实际位置。6.如权利要求5所述的设备，其中，所述控制单元进一步在所述一个或多个控制点中的任意控制点的预期位置和实际位置之间的距离大于预定阈值时发出警报。7.如权利要求6所述的设备，其中，所述预定阈值是临床可允许距离。8.如权利要求7所述的设备，其中，所述临床可允许距离为12mm。9.如权利要求6所述的设备，其中，当所述手术台被配置为在仅高度模式下移动时，所述控制单元进一步通过将垂直距离加到每个控制点的锁存位置上来确定每个控制点的预期位置，所述垂直距离匹配所述手术台在仅高度模式下的移动。10.如权利要求1所述的设备，其中，所述一个或多个铰接臂包括三个或更多个铰接臂及对应的控制点，这些控制点形成集群。11.如权利要求10所述的设备，其中，所述预期空间配置和所述实际空间配置指定所述集群的期望定向、实际定向和锁存定向，并且其中当所述手术台的移动包括旋转时，所述控制单元通过将所述旋转应用于所述集群的所述锁存定向来确定所述集群的预期定向，并且当所述集群的所述预期定向和所述实际定向之间的角度大于预定阈值时发出警报。12.如权利要求11所述的设备，其中，所述旋转包括倾斜、特伦德伦伯卧位或反向特伦德伦伯卧位旋转。13.如权利要求11所述的设备，其中，所述预期空间配置和所述实际空间配置指定所述集群在重心参考坐标系中的预期定向、实际定向和锁存定向，并且其中，使用配准变换将所述旋转转换到所述重心参考系。14.如权利要求10所述的设备，其中，所述预期空间配置和所述实际空间配置指定所述集群的预期位置、实际位置和锁存位置，并且其中，当所述手术台的移动包括平移时，所述控制单元通过将所述平移应用于所述集群的所述锁存位置来确定所述集群的所述预期位置，并且在所述预期位置和所述实际位置之间的距离大于预定阈值时发出警报。15.如权利要求1所述的设备，其中，所述控制点对应于所述铰接臂的远程运动中心。16.如权利要求1所述的设备，其中，所述控制单元还确定所述一个或多个铰接臂中的一个或多个违规臂。17.如权利要求16所述的设备，其中，所述控制单元进一步通过确定与每个控制点相关联的误差值并且将具有最大误差值的铰接臂或者具有超过阈值的误差值的一个或多个铰接臂识别为一个或多个违规臂来确定所述一个或多个违规臂。18.如权利要求17所述的设备，其中，所述误差值对应于所述控制点的实际位置和预期位置之间的距离。19.如权利要求17所述的设备，其中，所述误差值对应于所述控制点的实际路径长度和预期路径长度之间的差。20.如权利要求1所述的设备，其中，所述手术台的移动包括平移移动和旋转移动，所述平移移动包括滑动和高度调整中的一个或多个，并且所述旋转移动包括倾斜、特伦德伦伯卧位和反向特伦德伦伯卧位旋转中的一个或多个。21.如权利要求17所述的设备，其中，所述控制单元在监测所述一个或多个控制点的所述空间配置的同时忽略所述手术台的平移移动。22.一种监测计算机辅助医疗设备的一个或多个控制点的空间配置的方法，所述方法包括：确定外科手术台的移动期间所述一个或多个控制点的预期空间配置；确定所述手术台的移动期间所述一个或多个控制点的实际空间配置；并且确定所述预期空间配置和所述实际空间配置之间的差；其中，所述一个或多个控制点对应于一个或多个铰接臂，并且被配置为跟踪所述手术台的移动。23.如权利要求22所述的方法，其中，所述手术台的移动包括平移移动和旋转移动，所述平移移动包括滑动和高度调整中的一个或多个，并且所述旋转移动包括倾斜、特伦德伦伯卧位和反向特伦德伦伯卧位旋转中的一个或多个。24.如权利要求23所述的方法，其中，在监测所述一个或多个控制点的所述空间配置期间忽略所述手术台的所述平移移动。25.如权利要求22所述的方法，其中，所述一个或多个控制点被配置为使用器械拖动来跟踪所述手术台的移动。26.如权利要求22所述的方法，其中，确定所述预期空间配置包括在所述手术台的移动之前确定所述一个或多个控制点的锁存配置，并且基于所述锁存配置确定所述预期空间配置。27.如权利要求22所述的方法，其中，所述预期空间配置和所述实际空间配置分别指定每个控制点的预期位置和实际位置。28.如权利要求27所述的方法，还包括当所述一个或多个控制点中的任意控制点的预期位置和实际位置之间的距离大于预定阈值时发出警报。29.如权利要求27所述的方法，其中，所述预定阈值是临床可允许距离。30.如权利要求27所述的方法，其中，当所述手术台被配置为在仅高度模式下移动时，确定每个控制点的预期位置包括将垂直距离加到每个控制点的锁存位置上，所述垂直距离匹配所述手术台在仅高度模式下的移动。31.如权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：P·G·格里菲思，B·D·伊特科维兹，G·林奇，
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