用于可变速度手术器械的系统和方法技术方案

本申请公开一种计算机辅助医疗设备中的手术器械的可变速度控制的系统和方法，该手术器械包含位于器械的远端处的末端执行器、致动器，以及用于将来自所述致动器的力或扭矩耦合到末端执行器的驱动机构。为了用器械执行操作，计算机辅助医疗设备将致动器的速度设定点设定为初始速度、监测通过致动器施加的力或扭矩、在所施加的力或扭矩在第一阈值之上时减小速度设定点、在所施加的力或扭矩在第二阈值之下时增加速度设定点、在所施加的力或扭矩在最大阈值之上时将速度设定点减小至零，并且基于速度设定点来驱动致动器。第一阈值和第二阈值低于最大阈值。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于可变速度手术器械的系统和方法相关申请案本公开主张于2016年1月29日提交的标题为“SystemandMethodforVariableVelocitySurgicalInstrument”的美国临时专利申请第62/288,784号和于2016年10月14日提交的标题为“I-BeamStaplerControlsSupplement”的美国临时专利申请第62/408,283号的优先权，这两个申请案通过引用以其全文结合在此。
本公开总体涉及具有铰接臂和末端执行器的设备的操作，且更具体涉及具有可变速度控制的微创手术器械的操作。
技术介绍
越来越多的设备被自主和半自主电子设备替代。在现今的医院中尤为如此，其中大量的自主和半自主电子设备在手术室、介入室、重症监护病房、急症室及类似者中被找到。例如，传统的手动手术器械被计算机辅助医疗设备替代。使用计算机辅助医疗设备的微创手术技术通常试图执行手术和/或其它例程，同时使对健康组织的损害最小化。一些微创例程可以通过使用计算机辅助医疗设备与手术器械来远程地执行。利用许多计算机辅助医疗设备，外科医生和/或其它医务人员通常可以使用在操作员控制台上的一个或多个控件来操纵输入设备。当外科医生和/或其它医务人员在操作员控制台处操作各种控件时，将命令从操作员控制台转发到患者侧设备，一个或多个末端执行器和/或手术器械安装到所述患者侧设备。以此方式，外科医生和/或其它医务人员能够使用末端执行器和/或手术器械来对患者执行一个或多个例程。取决于期望的例程和/或所使用的手术器械，期望的例程可以部分或完全地在外科医生和/或医务人员的控制下使用远程操作来执行和/或在半自主控制下执行，在半自主控制中，手术器械可以基于通过外科医生和/或其它医务人员进行的一个或多个激活动作来执行一系列操作。无论是手动致动地、远程操作地还是半自主地，微创手术器械都可以用于多种手术和/或例程中且可以具有各种配置。许多此类器械包含安装在轴的远端处的末端执行器，所述轴可以安装到铰接臂的远端。在许多手术情境中，轴可以经配置以通过开口(例如，体壁切口、自然孔口和/或类似者)插入(例如，以腹腔镜检查方式、以胸腔镜检查方式和/或类似者)以到达远程手术部位。不同的设计和/或配置的末端执行器可以用于执行不同的任务、例程以及功能，以便允许外科医生和/或其它医务人员执行多种手术例程中的任何手术例程。示例包含但不限于，烧灼、切除、缝合、切割、吻合、融合、密封等，和/或其组合。因此，末端执行器可以包含各种组件和/或组件的组合以执行这些手术例程。根据微创例程的目标，末端执行器的大小通常保持为小。将末端执行器的大小保持为小的一种方法为通过在手术器械的近端处的一个或多个输入的使用来实现末端执行器的致动，其中近端通常位于患者体外。各种传动组件(例如齿轮、杠杆、皮带轮、线缆、棒、皮带、带子和/或类似者)随后可以用于沿着手术器械的轴传输来自一个或多个输入的动作并致动末端执行器。在具有合适的手术器械的计算机辅助远程操作医疗设备的情况下，在器械的近端处的传动机构直接地或通过其它传动组件而间接地与设置在患者侧设备或患者侧推车的铰接臂上的一个或多个致动器连接，所述致动器例如各种电机、螺线管、伺服器、活动致动器、液压装置、气动装置和/或类似者。(多个)致动器接收响应于通过主控制器提供的用户命令而产生的控制信号，并将包括在传动机构的近端处的力和/或扭矩的输入提供到器械；各种传动元件最终传动以致动在传动机构的远端处的末端执行器。因为末端执行器的大小通常为小，所以末端执行器可能具有有限的刚度，这可能使得末端执行器在一些抓取、夹持和/或吻合操作期间易经受弯曲和/或伸展。以服从对施加到传动机构的所施加扭矩和/或力的量的简单限制的目标速度操作器械通常可以引起具有失败的操作的抓取、夹持和/或吻合操作，或由于在空间或时间上的组织变化导致的参差不齐的速度分布，以及不同的操作步骤，例如不同的施力阶段在吻合操作中吻合组织。因此，期望用于手术器械的操作的改进的方法和系统，所述操作例如抓取、夹持和/或吻合器械。在一些示例中，可以期望在不会不可接受地减慢器械的使用的情况下减少器械的弯曲和/或伸展的量。
技术实现思路
根据一些实施例，一种与计算机辅助医疗设备一起使用的手术器械包含位于器械的远端处的末端执行器、致动器，以及用于将来自致动器的力或扭矩耦合到末端执行器的一个或多个驱动机构。为了用器械执行操作，计算机辅助医疗设备经配置以将致动器的速度设定点设定为初始速度、监测通过致动器施加的力或扭矩、在所施加的力或扭矩在第一阈值之上时减小速度设定点、在所施加的力或扭矩在第二阈值之下时增加速度设定点、在所施加的力或扭矩在最大阈值之上时将速度设定点减小至零，并且基于速度设定点来驱动致动器。第一阈值和第二阈值低于最大阈值。根据一些实施例，一种与计算机辅助医疗设备一起使用的手术器械包含位于器械的远端处的末端执行器、致动器，以及用于将来自致动器的力或扭矩耦合到末端执行器的一个或多个驱动机构。为了用所述器械执行操作，计算机辅助医疗设备经配置以通过根据速度设定点驱动致动器来根据状态机操作末端执行器。状态机包含第一夹持状态、第二夹持状态以及等待状态。在第一夹持状态中，致动器的速度设定点设定为第一速度。在第二夹持状态中，致动器的速度设定点设定为低于第一速度的第二速度。在等待状态中，速度设定点设定为零。当通过致动器施加的力或扭矩在第一阈值之上时，状态机从第一夹持状态转变至第二夹持状态。当通过致动器施加的力或扭矩在高于第一阈值的最大阈值之上时，状态机从第二夹持状态转变至等待状态。当通过致动器施加的力或扭矩在第二阈值之下时，状态机从第二夹持状态转变至第一夹持状态。根据一些实施例，一种操作与计算机辅助医疗设备一起使用的手术器械的方法包含使用一个或多个处理器来执行操作。所述操作包含将致动器的速度设定点设定为初始速度、测量通过致动器施加的力或扭矩、在所施加的力或扭矩在第一阈值之上时减小速度设定点、在所施加的力或扭矩在第二阈值之下时增加速度设定点、在所施加的力或扭矩在最大阈值之上时将速度设定点减小至零，以及使用致动器来驱动手术器械的末端执行器的一个或多个自由度。第一阈值和第二阈值低于最大阈值。根据一些实施例，一种非暂时性机器可读介质包含多个机器可读指令，所述指令在通过与计算机辅助医疗设备相关联的一个或多个处理器执行时适于使得一个或多个处理器执行一种方法。所述方法包含将致动器的速度设定点设定为初始速度并测量通过致动器施加的力或扭矩。当所施加的力或扭矩在第一阈值之上时，所述方法进一步包含减小速度设定点。当所施加的力或扭矩在第二阈值之下时，所述方法进一步包含增加速度设定点。当所施加的力或扭矩在最大阈值之上时，所述方法进一步包含将速度设定点减小至零。并且所述方法进一步包含使用致动器来驱动手术器械的末端执行器的一个或多个自由度。第一阈值和第二阈值低于最大阈值。附图说明图1为根据一些实施例的计算机辅助系统的简化图。图2为示出根据一些实施例的微创手术器械的简化图。图3A至图3D为根据一些实施例的图2的末端执行器的简化图。图4为根据一些实施例的用于操作末端执行器的状态机的简化图。图5为根据一些实施例的末端执行器的速度-扭矩分布的简化图。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种与计算机辅助医疗设备一起使用的手术器械，所述器械包括：末端执行器，所述末端执行器位于所述器械的远端处；致动器；以及一个或多个驱动机构，所述一个或多个驱动机构用于将来自所述致动器的力或扭矩耦合到所述末端执行器；其中为了用所述器械执行操作，所述计算机辅助医疗设备经配置以：将所述致动器的速度设定点设定为初始速度；监测通过所述致动器施加的力或扭矩；当所施加的力或扭矩在第一阈值之上时，减小所述速度设定点；当所述所施加的力或扭矩在第二阈值之下时，增加所述速度设定点；当所述所施加的力或扭矩在最大阈值之上时，将所述速度设定点减小至零；以及基于所述速度设定点来驱动所述致动器；其中所述第一阈值和所述第二阈值低于所述最大阈值。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.01.29 US 62/288,784;2016.10.14 US 62/408,2831.一种与计算机辅助医疗设备一起使用的手术器械，所述器械包括：末端执行器，所述末端执行器位于所述器械的远端处；致动器；以及一个或多个驱动机构，所述一个或多个驱动机构用于将来自所述致动器的力或扭矩耦合到所述末端执行器；其中为了用所述器械执行操作，所述计算机辅助医疗设备经配置以：将所述致动器的速度设定点设定为初始速度；监测通过所述致动器施加的力或扭矩；当所施加的力或扭矩在第一阈值之上时，减小所述速度设定点；当所述所施加的力或扭矩在第二阈值之下时，增加所述速度设定点；当所述所施加的力或扭矩在最大阈值之上时，将所述速度设定点减小至零；以及基于所述速度设定点来驱动所述致动器；其中所述第一阈值和所述第二阈值低于所述最大阈值。2.根据权利要求1所述的器械，其中所述操作包括抓取、吻合以及切割中的一个或多个。3.根据权利要求1所述的器械，其中所述第二阈值低于所述第一阈值。4.根据权利要求1所述的器械，其中所述第二阈值等于所述第一阈值。5.根据权利要求1所述的器械，其中所述速度设定点根据速度分布来减小和增加。6.根据权利要求5所述的器械，其中所述速度分布为单调的。7.根据权利要求1所述的器械，其中所述速度设定点减小和增加至基于所述所施加的力或扭矩计算出的速度值。8.根据权利要求1所述的器械，其中所述第一阈值和所述第二阈值基于所述所施加的力或扭矩而变化。9.根据权利要求1所述的器械，其中当所述所施加的力或扭矩在所述最大阈值之上时，所述计算机辅助医疗设备进一步经配置以在继续所述操作之前等待预定时间段。10.根据权利要求9所述的器械，其中在所述等待之后，所述计算机辅助医疗设备进一步经配置以：将所述速度设定点设定为非零值；确定所述所施加的力或扭矩是否继续处于所述最大阈值之上；以及在所述所施加的力或扭矩继续处于所述最大阈值之上时指示失败。11.根据权利要求9所述的器械，其中在所述等待之后，所述计算机辅助医疗设备进一步经配置以：将所述速度设定点设定为非零值；确定所述所施加的力或扭矩是否继续处于所述最大阈值之上；以及在所述所施加的力或扭矩继续处于所述最大阈值之上时将所述速度设定点设定回零并再次等待；以及在预定数量的等待周期之后在所述所施加的力或扭矩继续处于所述最大阈值之上时指示失败。12.根据权利要求1所述的器械，其中所述计算机辅助医疗设备进一步经配置以在到达目标位置时指示成功。13.根据权利要求1所述的器械，其中在所述所施加的力或扭矩保持在所述第一阈值之上达预定时间段时所述速度设定点减小。14.根据权利要求1所述的器械，其中在所述所施加的力或扭矩保持在所述第二阈值之下达预定时间段时所述速度设定点增加。15.根据权利要求1所述的器械，其中为了监测所述所施加的力或扭矩，所述计算机辅助医疗设备进一步经配置以对所述所施加的力或扭矩求平均值。16.根据权利要求15所述的器械，其中为了对所述所施加的力或扭矩求平均值，所述计算机辅助医疗设备进一步经配置以对所述所施加的力或扭矩进行指数平滑。17.根据权利要求1所述的器械，其中为了监测所述所施加的力或扭矩，所述计算机辅助医疗设备进一步经配置以对所述所施加的力或扭矩进行低通滤波。18.一种与计算机辅助医疗设备一起使用的手术器械，所述器械包括：末端执行器，所述末端执行器位于所述器械的远端处；致动器；以及一个或多个驱动机构，所述一个或多个驱动机构用于将来自所述致动器的力或扭矩耦合到所述末端执行器；其中为了用所述器械执行操作，所述计算机辅助医疗设备经配置以通过根据速度设定点驱动所述致动器来根据状态机操作所述末端执行器；其中：所述状态机包括第一夹持状态、第二夹持状态以及等待状态；在所述第一夹持状态中，所述致动器的速度设定点设定为第一速度；在所述第二夹持状态中，所述致动器的所述速度设定点设定为低于所述第一速度的第二速度；在所述等待状态中，所述速度设定点设定为零；当通过所述致动器施加的...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·A·威克西，G·F·布里森，W·A·伯班克，P·弗拉纳根，P·辛格维，D·W·威尔，D·F·小威尔逊，
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