用于集成的手术台运动的系统和方法技术方案

一种计算机辅助医疗设备包括第一铰接臂，该第一铰接臂具有末端执行器、第一关节组、第二关节组；以及控制单元。该控制单元将第一关节组中的一个或多个关节配置为浮动模式，检测由手术台的移动引起的第一关节组的移动，基于手术台的移动驱动第二关节组，接收器械运动命令以在手术台移动时移动末端执行器，并且基于器械运动命令来移动末端执行器。在一些实施例中，器械运动命令是相对于成像坐标框架的。在一些实施例中，成像坐标框架基于在手术台的移动之前保存的成像设备的姿态。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于集成的手术台运动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“SystemandMethodforIntegratedSurgicalTable”的美国临时专利申请No.62/069,245以及于2015年3月17日提交的标题为“SystemandMethodforIntegratingSurgicalTableMotion”的美国临时专利申请No.62/134,292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，并且更具体地涉及当移动患者并且在对铰接臂及移动内窥镜视图参考系的干扰期间允许器械控制时重新定位铰接臂。
技术介绍
越来越多的设备正在被替换为自主电子设备和半自主电子设备。这在现今的在手术室、介入套件、重症监护病房、急诊室等中具有大批自主的电子设备和半自主的电子设备的医院尤其如此。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。这些电子设备中的许多都可以使一个或多个铰接臂和/或末端执行器进行自主运动或半自主运动。这些一个或多个铰接臂和/或末端执行器各自包括支持铰接臂和/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(统称为平移运动)以及相应器械的侧倾、俯仰和偏摆取向(统称为旋转运动)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。通常期望外科医生或手术室工作人员能相对于用作手术操纵器组件的计算机辅助设备的操纵臂而在操作台或手术台上移动患者，以便改善或优化对患者的内部解剖结构的访问或可视化。例如，外科医生可能希望在外科手术期间执行器官的重力辅助缩回。因为患者的器官将随着该手术台的倾斜而移动，为了安全，在移动该手术台之前从该患者移除该手术器械。则在许多常规的远程操作的手术系统中，为了执行这种缩回，操纵器臂必须从将患者与操纵器臂耦接的套管上脱离，使得器械插入患者体内的身体开口可以安全地移动，该手术台则必须移动到预计适合于缩回目标器官的新位置，并且然后将该器械重新插入该身体开口中。这个方法可以是耗时且麻烦的。此外，这个过程可以涉及多次迭代，因为在移动该手术台之前通常也从该患者移除该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，其可能是或可能不是准确的或可能足以或可能不足以适当地执行缩回。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缩回。这种过度校正可导致患者安全问题，因为某些取向，如患者的头向下的取向，可能不能被患者所容忍，并且特别是通常在这种取向上呼吸困难的个子较大的患者。另外，由于从该患者移除这些器械并且从套管移除操纵臂，所以这些器械不能由医生使用以辅助缩回，如可以在传统的腹腔镜手术中完成的。因此，期望允许在铰接臂连接到患者时重新定位患者和/或铰接臂。当该患者或臂被重新定位时，使用者也希望对铰接臂保持一定的控制。本文公开的系统和方法解决这些问题以及其他问题。
技术实现思路
与一些实施例一致，一种计算机辅助的医疗设备包括第一铰接臂，该第一铰接臂具有末端执行器、第一关节组和第二关节组；以及控制单元。在一些实施例中，该控制单元在耦接到该铰接臂和手术台时被配置为将第一关节组中的一个或多个关节配置为浮动模式；检测由手术台的运动引起的对该第一关节组的运动；基于手术台的运动来驱动第二关节组；接收器械运动命令以在手术台移动时移动末端执行器；并且基于器械运动命令来移动末端执行器。在一些示例中，器械运动命令是相对于成像坐标框架的。在一些示例中，控制单元将器械运动命令从成像坐标框架变换到末端执行器的坐标框架。在一些示例中，成像坐标框架基于在手术台运动之前保存的成像设备的姿态。在一些示例中，成像坐标框架是虚拟坐标框架。在一些示例中，控制单元将成像坐标框架保持为与手术台的台面成固定关系。在一些示例中，控制单元基于器械运动命令而向第二关节组的一个或多个关节发送一个或多个运动命令。在一些示例中，控制单元还被配置为基于手术台的运动来驱动第二铰接臂中的第三关节组。在一些示例中，基于手术台的运动来驱动第二关节组，并且控制单元被配置为将手术台在手术台坐标框架中的运动转换成在末端执行器坐标框架中的运动，并且驱动第二关节组相对于末端执行器坐标框架中的运动而移动。在一些实施例中，一种控制医疗设备中的运动的方法包括：将医疗设备的第一铰接臂的第一关节组中的一个或多个关节配置为浮动模式，检测由手术台的运动引起的第一关节组的运动，接收与该手术台的运动相关的数据，基于所接收的数据驱动第一铰接臂的第二关节组，在手术台移动时接收用于移动第一铰接臂的末端执行器的器械运动命令，并且基于器械运动命令来移动末端执行器。在一些实施例中，非暂时性机器可读介质包括多个机器可读指令，当由与医疗设备相关联的一个或多个处理器执行时，所述指令适于使得一个或多个处理器执行包括以下步骤的方法：将第一铰接臂的第一关节组中的一个或多个关节配置为浮动模式，检测由手术台引起的到第一关节组的运动，接收与该手术台的运动相关的数据，基于与该手术台的运动相关的数据而驱动第二关节组，接收用于在该手术台移动时移动末端执行器的器械运动命令，并且基于该器械运动命令来移动该末端执行器。在一些实施例中，计算机辅助医疗设备包括第一铰接臂，该第一铰接臂具有末端执行器。在一些实施例中，当耦接到铰接臂和手术台时，控制单元被配置为在手术台被移动时保持末端执行器相对于该手术台的台面的取向和位置。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4A是示出示例性摄像机视图和坐标系统的透视图的简化图。图4B是示出从传感器或显示器及相关坐标系统的角度来看的摄像机视图的简化图。图5是当铰接臂的一个或多个关节在被设置为浮动状态时移动时对一个或多个末端执行器保持控制的方法的简化图。图6是用于在手术台运动期间保持对于铰接臂上的末端执行器的直观控制的方法的简化图。图7A-7G是示出结合了本文所述的集成的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。在此公开的具体实施例是示本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种计算机辅助医疗设备，包括：第一铰接臂，所述第一铰接臂具有末端执行器、第一关节组以及第二关节组；以及控制单元，所述控制单元在耦接到所述铰接臂和手术台时被配置为：将所述第一关节组中的一个或多个关节配置为浮动模式；检测由所述手术台的移动引起的所述第一关节组的移动；基于所述手术台的所述移动来驱动所述第二关节组；接收器械运动命令以在所述手术台正在移动时移动所述末端执行器；以及基于所述器械运动命令来移动所述末端执行器。

【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 62/134,2921.一种计算机辅助医疗设备，包括：第一铰接臂，所述第一铰接臂具有末端执行器、第一关节组以及第二关节组；以及控制单元，所述控制单元在耦接到所述铰接臂和手术台时被配置为：将所述第一关节组中的一个或多个关节配置为浮动模式；检测由所述手术台的移动引起的所述第一关节组的移动；基于所述手术台的所述移动来驱动所述第二关节组；接收器械运动命令以在所述手术台正在移动时移动所述末端执行器；以及基于所述器械运动命令来移动所述末端执行器。2.如权利要求1所述的设备，其中所述器械运动命令是相对于成像坐标框架的。3.如权利要求2所述的设备，其中所述控制单元还将所述器械运动命令从所述成像坐标框架变换到所述末端执行器的坐标框架。4.如权利要求2所述的设备，其中所述成像坐标框架基于在所述手术台的移动之前保存的成像设备的姿态。5.如权利要求2所述的设备，其中所述成像坐标框架是虚拟坐标框架，并且其中所述控制单元还将所述成像坐标框架保持为与所述手术台的台面成固定关系。6.如权利要求2所述的设备，其中所述控制单元还基于所述器械运动命令向所述第二关节组的一个或多个关节发送一个或多个移动命令。7.如权利要求1所述的设备，其中所述控制单元还被配置为基于所述手术台的所述移动来驱动第二铰接臂中的第三关节组。8.如权利要求1所述的设备，其中为了基于所述手术台的移动来驱动所述第二关节组，所述控制单元还被配置为：将所述手术台在手术台坐标框架中的移动变换成在末端执行器坐标框架中的运动；并且驱动所述第二关节组以相对于所述末端执行器坐标框架中的运动而移动。9.如权利要求1所述的设备，其中为了基于所述手术台的所述移动来驱动所述第二关节组，所述控制单元还被配置为：将所述手术台在手术台坐标框架中的移动变换成远程运动中心坐标框架中的运动；分离所述远程运动中心坐标框架中的运动的旋转部分；并且驱动所述第二关节组以基于所述远程运动中心坐标框架中的运动的旋转部分而移动。10.如权利要求7所述的设备，其中为了基于所述手术台的移动来驱动第三关节组，所述控制单元还被配置为：将所述手术台在所述手术台坐标框架中的移动变换成成像设备坐标框架中的运动；并且驱动所述第三关节组以相对于所述成像设备坐标框架中的运动而移动。11.如权利要求7所述的设备，其中为了基于所述手术台的移动来驱动所述第三关节组，所述控制单元还被配置为：将所述手术台在所述手术台坐标框架中的移动变换成成像设备坐标框架中的运动；分离所述成像设备坐标框架中的所述运动的旋转部分；并且驱动所述第三关节组以相对于所述成像设备坐标框架中的所述运动的旋转部分而移动。12.一种控制医疗设备中的运动的方法，所述方法包括：将所述医疗设备的第一铰接臂的第一关节组中的一个或多个关节配置为浮动模式；检测由手术台的移动引起的所述第一关节组的移动；接收与所述手术台的移动相关的数据；基于所接收的数据来驱动所述第一铰接臂的第二关节组；在所述手术台正在移动时，接收用于移动所述第一铰接臂的末端执行器的器械运动命令；以及基于所述器械运动命令来移动所述末端执行器。13.如权利要求12所述的方法，其中所述器械运动命令是相对于虚拟成像坐标框架的。14.如权利要求13所述的方法，其中所述方法还包括将所述器械运动命令从所述虚拟成像坐标框架变换到所述末端执行器的坐标框架。15.如权利要求13所述的方法，其中所述虚拟成像坐标框架基于在所述手术台的所述移动之前保存的成像设备的姿态。16.如权利要求13所述的方法，其中所述方法还包括将所述虚拟成像坐标框架保持为与所述手术台的台面成固定关系。17.如权利要求13所述的方法，其中基于所述器械运动命令来移动所述末端执行器包括：基于所述器械运动命令向所述第二关节组的一个或多个关节发送一个或多个移动命令。18.如权利要求12所述的方法，其中所述方法还包括基于所述手术台的移动来驱动第二铰接臂中的第三关节组。19.如权利要求12所述的方法，其中基于所接收的数据来驱动所述第二关节组包括：将与所述手术台在手术台坐标框架中的移动相关的数据变换成在末端执行器坐标框架中的运动；并且驱动所述第二关节组以相对于所述末端执行器坐标框架中的运动而移动。20.如权利要求12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，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