计算机辅助远程操作手术系统和方法技术方案

技术编号:19554715 阅读:32 留言:0更新日期:2018-11-24 22:36
描述了用于微创远程手术的系统和方法。例如,本公开描述了用于在各种手术环境中独立控制机器人操纵器、插管和手术器械的运动的方法。

Computer-assisted teleoperation system and its design

The system and method for minimally invasive telesurgery are described. For example, the present disclosure describes a method for independently controlling the movement of robotic manipulators, intubations and surgical instruments in various surgical environments.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】计算机辅助远程操作手术系统和方法相关申请的交叉引用本申请要求于2016年6月9日提交的美国临时专利申请No.62/347,961的权益。在先申请的公开内容被认为是本申请的公开内容的一部分,并且通过引用并入本申请的公开内容中。
本公开涉及用于微创计算机辅助远程手术的系统和方法。例如,本公开涉及用于在各种手术环境中控制机器人操纵器、插管和手术器械的运动的方法。
技术介绍
机器人系统和计算机辅助装置通常包括机器人或可移动臂以操纵器械,用于在工作部位处和在用于支撑捕获工作部位的图像的图像捕获装置的至少一个机器人或可移动臂处执行任务。机器人臂包含通过一个或多个主动控制的关节联接在一起的多个连杆。在许多实施例中,可以提供多个主动控制的关节。机器人臂还可以包括一个或多个被动关节,这些被动关节不是主动控制的,但依从主动控制的关节的运动。这种主动关节和被动关节可以是转动关节(revolutejoints)或棱柱型关节(prismaticjoints)。然后可以通过关节的方位以及结构的知识和连杆的联接来确定机器人臂的配置。正在开发用于外科手术的微创远程手术系统,以增加外科医生的灵活性并允许外科医生从远程位置给患者动手术。远程手术是外科医生使用某种形式的远程控制(例如伺服机构等)来操纵手术器械移动而不是用手直接握持和移动器械的手术系统的总称。在这种远程手术系统中,在远程位置处向外科医生提供手术部位的图像。通常在合适的浏览器或显示器上查看手术部位的三维图像时,外科医生通过操纵主控制输入装置对患者进行外科手术,主控制输入装置进而控制机器人器械的运动。机器人手术器械能穿过小的微创手术孔被插入以治疗患者体内手术部位处的组织,通常是与进入开腹手术相关的创伤。这些机器人系统能够以足够的灵活性移动手术器械的工作末端或末端执行器,以通常通过在微创孔处枢转器械的轴、使所述轴轴向滑动穿过所述孔、在所述孔内旋转所述轴以及/或者诸如此类来执行相当复杂的手术任务。
技术实现思路
本公开提供了用于计算机辅助医疗操作和非医疗操作的系统和方法。例如,本公开提供了用于辅助微创计算机辅助远程操作手术(在本文中也称为“机器人手术”和“计算机辅助手术”)的系统和方法。例如,本公开提供了用于在各种手术情形下控制机器人操纵器、插管和手术器械的运动的方法。在微创计算机辅助远程操作手术的情况下,机器人操纵器组件的运动可以由系统的处理器控制,使得手术器械的轴或中间部分被约束成安全运动穿过微创手术进入部位或其他孔。这种运动可以包括,例如,轴穿过孔部位的轴向插入、轴围绕其轴线的旋转以及轴围绕邻近进入部位的枢轴点的枢转运动,但是通常会阻止轴的过度横向运动,否则可能会撕裂孔附近的组织或无意中扩大进入部位。可以使用机器人数据处理和控制技术部分地或全部地施加对进入部位处的机器人操纵器组件运动的这种约束的一些或全部。用于通过计算机辅助手术系统的处理器约束机器人操纵器组件运动的这些概念在本文中可称为由软件约束的远程运动中心。在一些情况下,使用由软件约束的远程运动中心概念来控制机器人操纵器组件的方法能够包括使用计算机辅助手术系统的处理器在手术进入部位处的位置处(除了在插管上)定位远程运动中心。在一个这样的示例中,本公开提供了使用由软件约束的远程运动中心概念将远程运动中心定位在手术器械的轴上的固定方位处的方法。附加地或替代地,远程运动中心的方位可以与手术进入部位或孔重合或可以不与手术进入部位或孔重合。在另一个这样的示例中,本公开提供了使用由软件约束的远程运动中心概念将远程运动中心定位在患者体内的组织层处的方法。在诸如这些的情况下,这些方法可以允许插管在手术进入部位或孔处的至少一些横向运动。在一个方面,本公开描述了一种计算机辅助手术系统。该计算机辅助手术系统包括被配置为联接到插管的操纵器组件,以及与操纵器组件电通信的处理器。插管限定内腔(lumen),该内腔被配置为可滑动地接收手术器械的轴。处理器被配置为将操纵器组件的远程运动中心相对于插管定位在第一位置处,并且响应于将远程运动中心相对于插管重新定位的指示,将远程运动中心相对于插管重新定位到第二位置。第二位置与第一位置不同。这种计算机辅助手术系统可以可选地包括以下特征中的一个或多个。在一些实施例中,第一位置沿着插管,而第二位置不沿着插管。在一些实施例中,第一位置和第二位置距由插管限定的纵向轴线的距离不同。处理器可以被配置为将远程运动中心重新定位到第二位置,同时将第二位置保持或约束在距纵向轴线的最大距离内。处理器还可以被配置为基于第二位置限制插管的运动。处理器还可以被配置为接收命令以根据命令的器械运动来移动器械,并且命令器械以修改的器械运动来移动。修改的器械运动可以基于命令的器械运动和第二位置。在一些实施例中,处理器被配置为将远程运动中心重新定位到第二位置,同时将第二位置保持或约束为沿着插管。第一位置可以与由插管的内腔限定的轴线重合,并且处理器可以被配置为将远程运动中心重新定位到第二位置,同时将第二位置保持或约束为与该轴线重合。处理器可以被配置为将远程运动中心重新定位到第二位置,同时将第二位置保持或约束为沿着器械的轴。进一步地,这种计算机辅助手术系统可以可选地包括以下附加特征中的一个或多个。处理器还可以被配置为输出一个或多个信号,以使操纵器组件使插管和器械相对于彼此移动,使得第一位置和第二位置相对于器械位于相同位置。处理器可以被配置为通过以下方式输出一个或多个信号,以使操纵器组件使插管和器械相对于彼此移动:通过处理器输出一个或多个信号,以使操纵器组件在保持插管静止的同时移动器械。处理器可以被配置为将远程运动中心重新定位到第二位置,同时限制远程运动中心的运动速度。处理器可以被配置为确定与插管相关联的力,并且响应于与插管相关联的力超过力极限,不允许重新定位远程运动中心。手术系统还可以包括视觉指示器,并且处理器可以被配置为使用视觉指示器提供远程运动中心的视觉指示。插管可选择性地与患者的组织层联接,使得内腔与手术工作空间连通。处理器可以被配置为使插管相对于患者解剖结构移动,使得手术工作空间被修改。在一些情况下,组织层可以是内组织层。在一些情况下,患者的体壁可包含组织层。更进一步地,这种计算机辅助手术系统可以可选地单独包括以下附加特征中的一个或多个,或者与前面描述的任何特征组合。处理器可以被配置为通过以下方式使插管相对于患者解剖结构移动,使得手术工作空间被修改:移动插管使得手术工作空间的尺寸被改变(尺寸减小或扩大),或移动插管使得手术工作空间的形状被改变,或移动插管使得手术工作空间的尺寸(尺寸减小或增大)和形状被改变。处理器可以被配置为通过以下方式使插管相对于患者解剖结构移动,使得手术工作空间被修改:(i)检测插管与操纵器组件的联接(其中插管被配置为与患者的组织层联接),以及(ii)移动操纵器组件,使得插管使组织层隆起(tent)并扩大手术工作空间。插管可包含可充气构件,该可充气构件被配置为选择性地将插管与患者的组织层联接。操纵器组件可包含用于隆起组织的钩或抽吸装置。手术系统的处理器可以被配置为生成将远程运动中心相对于插管重新定位的指示,或者(从处理器外部)接收将远程运动中心相对于插管重新定位的指示,或者在一些情况下生成该指示并在另一些情况下接收本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种计算机辅助手术系统,包含:操纵器组件,其被配置为联接到插管,所述插管限定被配置为可滑动地接收手术器械的轴的内腔;和处理器,其与所述操纵器组件电通信并且被配置为:将所述操纵器组件的远程运动中心相对于所述插管定位在第一位置处;以及响应于将所述远程运动中心相对于所述插管重新定位的指示,将所述远程运动中心相对于所述插管重新定位到第二位置,所述第二位置与所述第一位置不同。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.06.09 US 62/347,9611.一种计算机辅助手术系统,包含:操纵器组件,其被配置为联接到插管,所述插管限定被配置为可滑动地接收手术器械的轴的内腔;和处理器,其与所述操纵器组件电通信并且被配置为:将所述操纵器组件的远程运动中心相对于所述插管定位在第一位置处;以及响应于将所述远程运动中心相对于所述插管重新定位的指示,将所述远程运动中心相对于所述插管重新定位到第二位置,所述第二位置与所述第一位置不同。2.根据权利要求1所述的手术系统,其中所述第一位置沿着所述插管,并且所述第二位置不沿着所述插管。3.根据权利要求2所述的手术系统,其中所述插管限定纵向轴线,其中所述第一位置和所述第二位置在距所述纵向轴线的不同距离处,并且其中所述处理器被配置为将所述远程运动中心重新定位到所述第二位置,同时:将所述第二位置约束在距所述纵向轴线的最大距离内。4.根据权利要求2所述的手术系统,其中所述处理器还被配置为:基于所述第二位置限制所述插管的运动。5.根据权利要求2所述的手术系统,其中所述处理器还被配置为:接收命令以根据命令的器械运动来移动所述器械;以及命令所述器械以修改的器械运动移动,所述修改的器械运动基于所述命令的器械运动和所述第二位置。6.根据权利要求1所述的手术系统,其中所述处理器被配置为将所述远程运动中心重新定位到所述第二位置,同时:将所述第二位置约束为沿着所述插管。7.根据权利要求1所述的手术系统,其中所述内腔限定轴线,其中所述第一位置与所述轴线重合,并且其中所述处理器被配置为将所述远程运动中心重新定位到所述第二位置,同时:将所述第二位置约束为与所述轴线重合。8.根据权利要求1所述的手术系统,其中所述处理器被配置为将所述远程运动中心重新定位到所述第二位置,同时:将所述第二位置约束为沿着所述器械的轴。9.根据权利要求1或权利要求2至8中任一项所述的手术系统,其中所述处理器还被配置为:输出一个或多个信号,以使所述操纵器组件使所述插管和所述器械相对于彼此移动,使得所述第一位置和所述第二位置相对于所述器械位于相同位置。10.根据权利要求9所述的手术系统,其中所述处理器被配置为通过以下方式输出所述一个或多个信号,以使所述操纵器组件使所述插管和所述器械相对于彼此移动:通过所述处理器输出一个或多个信号,以使所述操纵器组件在保持所述插管静止的同时移动所述器械。11.根据权利要求1或权利要求2至8中任一项所述的手术系统,其中所述处理器被配置为将所述远程运动中心重新定位到所述第二位置,同时:限制所述远程运动中心的运动速度。12.根据权利要求1或权利要求2至8中任一项所述的手术系统,其中所述处理器还被配置为:确定与所述插管相关联的力;以及响应于与所述插管相关联的所述力超过力极限,不允许重新定位所述远程运动中心。13.根据权利要求1或权利要求2至8中任一项所述的手术系统,还包含视觉指示器,其中所述处理器还被配置为使用所述视觉指示器提供所述远程运动中心的视觉指示。14.根据权利要求1或权利要求2至8中任一项所述的手术系统,其中所述插管可选择性地与患者的组织层联接,使得所述内腔与手术工作空间连通,并且其中所述处理器还被配置为:使所述插管相对于患者解剖结构移动,使得所述手术工作空间被修改。15.根据权利要求14所述的手术系统,其中所述组织层是内组织层。16.根据权利要求14所述的手术系统,其中所述患者的体壁包含所述组织层。17.根据权利要求14所述的手术系统,其中所述处理器被配置为使所述插管相对于所述患者解剖结构移动,使得所述手术工作空间通过以下方式被修改:移动所述插管使得所述手术工作空间的尺寸被改变。18.根据权利要求14所述的手术系统,其中所述处理器被配置为使所述插管相对于所述患者解剖结构移动,使得所述手术工作空间通过以下方式被修改:移动所述插管使得所述手术工作空间被扩大。19.根据权利要求14所述的手术系统,其中所述处理器被配置为使所述插管相对于所述患者解剖结构移动,使得所述手术工作空间通过以下方式被修改:移动所述插管使得所述手术工作空间的形状被改变。20.根据权利要求14所述的手术系统,其中所述处理器被配置为使所述插管相对于所述患者解剖结构移动,使得所述手术工作空间通过以下方式被修改:检测所述插管与所述操纵器组件的联接,其中所述插管被配置为与患者的组织层联接;以及移动所述操纵器组件,使得所述插管使所述组织层隆起。21.根据权利要求1或权利要求2至8中任一项所述的手术系统,其中所述插管包含可充气构件,所述可充气构件被配置为选择性地将所述插管与患者的组织层联接。22.根据权利要求1或权利要求2至8中任一项所述的手术系统,其中所述操纵器组件还包含用于隆起组织的钩或抽吸装置。23.根据权利要求1或权利要求2至8中任一项所述的手术系统,其中所述处理器还被配置为:生成将所述远程运动中心相对于所述插管重新定位的所述指示。24.根据权利要求1或权利要求2至8中任一项所述的手术系统,其中所述处理器还被配置为:接收将所述远程运动中心相对于所述插管重新定位的所述指示。25.根据权利要求24所述的手术系统,还包含输入设备,用于用户发起将所述远程运动中心相对于所述插管重新定位的所述指示。26.根据权利要求24所述的手术系统,还包含第二处理器,所述第二处理器被配置为向所述处理器提供所述指示。27.根据权利要求1或权利要求2至8中任一项所述的手术系统,还包含:操作员控制台,其包含手持输入装置,其中所述操作员控制台响应于来自所述手持输入装置的信号提供将所述远程运动中心重新定位的所述指示。28.根据权利要求1或权利要求2至8中任一项所述的手术系统,还包含:第一手持输入装置和第二手持输入装置,所述第一手持输入装置和所述第二手持输入装置与所述处理器电通信,其中将所述远程运动中心重新定位的所述指示包含指示所述第一手持输入装置远离所述第二手持输入装置的相对运动的信号。29.根据权利要求1或权利要求2至8中任一项所述的手术系统,还包含开关,所述开关被联接到所述操纵器组件,其中所述开关的激活向所述处理器发送将所述远程运动中心相对于所述插管重...

【专利技术属性】
技术研发人员:D·拉宾德兰K·S·安德森N·L·伯恩斯坦S·P·迪马奥C·莫尔T·W·罗杰斯K·M·蒂林A·C·沃特伯里
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

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