具有用于工具致动的虚拟控制面板的机器人外科系统技术方案

本发明专利技术提供了一种外科系统，该外科系统包括检测器，该检测器包括像素阵列，像素阵列被配置为能够检测由外科器械反射的光并生成第一信号，该第一信号包括表示外科器械的可见图像的第一数据集。外科系统还包括处理器，该处理器被配置为能够接收第一信号，生成外科器械的包括控制面板的经修改图像。该控制面板包括表示外科器械的一个或多个操作参数的一个或多个控制元件。该处理器被进一步配置为从用户接收对控制面板的输入，该输入有效地改变操作参数之一。该处理器还被配置为能够基于输入生成命令信号以改变操作参数之一。

Robot Surgical System with Virtual Control Panel for Tool Actuation

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有用于工具致动的虚拟控制面板的机器人外科系统
本专利技术提供了用于微创外科手术的方法和装置，特别是用于提供外科器械的虚拟控制面板。
技术介绍
由于术后恢复时间减少且瘢痕形成最小化，因此微创外科手术(MIS)器械通常优于传统的开放式外科器械。腹腔镜式外科手术是一种类型的MIS手术，其中在腹部形成一个或多个小切口，并且通过切口插入套管针以形成进入腹腔的通路。套管针用于将各种器械和工具引入腹腔中，而且提供注气使腹壁升高到器官上方。器械和工具可用于以多种方式接合和/或处理组织以达到诊断或治疗效果。内窥镜式外科手术是另一种类型的MIS手术，其中将细长的柔性轴通过自然孔口引入体内。尽管传统的微创外科器械和技术已证明是高度有效的，但较新的系统可提供甚至更多的优点。例如，传统的微创外科器械通常不能为外科医生提供存在于开放式外科手术中的工具布置的灵活性。用器械通过小切口接近外科手术环境时遇到困难。另外，典型的内窥镜式器械的长度的增加通常会降低外科医生感觉由组织和器官施加在端部执行器上的力的能力。此外，如电视监视器上的图像中所观察到的器械的端部执行器的运动与端部执行器的实际运动的协调是特别困难的，因为如图像中所感知的运动通常不与端部执行器的实际运动直觉地对应。因此，通常缺乏对外科器械运动输入的直觉响应。已经发现，内窥镜式工具的直觉性、灵巧性和灵敏度的此类缺乏使得增加微创外科手术的使用受阻。多年以来，已经开发出多种微创机器人系统以增加外科手术的灵巧性，并允许外科医生以直觉方式对患者进行手术。远程手术是使用系统进行的外科手术的一般术语，其中外科医生使用一些形式的远程控制(例如，伺服机构等)来操纵外科器械运动，而不是用手直接握持和移动工具。在此类远程外科系统中，通常在远离患者的位置处在视觉显示器上为外科医生提供外科手术环境的图像。外科医生通常可在远离患者的位置处执行外科手术，同时在外科手术期间观察视觉显示器上的端部执行器运动。通常在视觉显示器上观察手术环境的三维图像时，外科医生通过操纵远程位置处的主控制装置来对患者执行外科手术，该主控制装置控制远程控制式器械的动作。虽然在微创外科手术领域已经取得了重大进展，但仍然需要用于提供外科器械的虚拟控制面板的改善的方法、系统和装置。
技术实现思路
本专利技术提供了用于显示外科手术环境的经修改图像的方法、装置和系统，其中经修改图像包括外科器械的至少一部分和与外科器械相关联的控制面板。在经修改图像中显示的控制面板是活动的，因为与外科器械相关联的功能可以通过与在经修改图像中显示的控制面板的各种特定元件相互作用来致动。外科系统包括检测器，该检测器包括像素阵列，该像素阵列被配置为能够检测由外科器械反射的光并生成第一信号，该第一信号包括表示外科器械的可见图像的第一数据集。该外科系统还包括处理器，该处理器被配置为能够接收第一信号，生成外科器械的经修改图像，经修改图像包括控制面板，控制面板包括表示外科系统和外科器械中至少一者的一个或多个操作参数的一个或多个控制元件。该处理器被进一步配置为从用户接收对控制面板的输入，该输入有效地改变操作参数之一。该处理器还被配置为能够基于对控制面板的输入生成命令信号，以改变操作参数之一。外科系统可以多种方式变化。在一个实施方案中，经修改图像显示在显示装置上。在另一个实施方案中，处理器基于检测器相对于外科器械的位置从第一数据集中识别表示外科器械的数据。在一个实施方案中，基于外科器械的取向来调整经修改图像中的控制面板的位置和形状中的至少一者。在另一个实施方案中，控制面板相对于外科器械的位置和形状中的至少一者保持固定。外科系统包括用于接收来自用户的输入的输入装置，并且在一个实施方案中，输入装置是用户界面。在一个实施方案中，处理器基于用户的输入生成相对于经修改图像移动的指针。在一个实施方案中，当用户使用用户界面装置致动一个或多个控制元件中的一个时，生成命令信号。处理器还被配置为能够接收表示与外科器械有关的信息的第二信号。基于第二信号和存储在数据库中的与外科器械相关的数据生成控制面板。外科器械可以是在外科手术中使用的任何类型的器械。在一个实施方案中，外科器械是包括功能的外科器械，所述功能包括组织切割、组织缝合和向组织输送能量中的至少一种。在另一方面，机器人外科系统包括机器人臂和工具组件，该工具组件可拆卸地联接到机器人臂并且包括从壳体向远侧延伸的轴和联接到轴的远侧端部的端部执行器，该端部执行器被配置为能够治疗组织。机器人外科系统还包括相机系统，该相机系统被配置为能够捕获由端部执行器和轴中的至少一者反射的光，并且生成表示端部执行器和轴中的至少一者的可见图像的信号。机器人外科系统还包括处理器，该处理器被配置为能够接收信号并生成端部执行器和轴中的至少一者的经修改图像，该图像包括控制面板。经修改图像中的控制面板包括表示机器人外科系统的一个或多个操作参数的一个或多个控制元件。处理器被配置为能够从用户接收对控制面板的输入，该输入有效地改变操作参数之一，并且基于输入生成命令信号以改变操作参数之一。在一个实施方案中，机器人外科系统包括显示装置，其可以是壁装或台式安装的或者在附件(例如，头戴式耳机、眼镜等)上，被配置为能够显示端部执行器和轴的经修改图像。机器人外科系统还包括用于接收来自用户的输入的输入装置。在一个实施方案中，输入装置是用户输入装置。在另一个实施方案中，处理器基于用户的输入生成相对于经修改图像移动的指针。在另一方面，外科方法包括接收表示外科器械的图像的第一信号并生成外科器械的包括控制面板的经修改图像。控制面板包括一个或多个控制元件，其表示外科系统和外科器械中的至少一者的一个或多个操作参数。外科方法还包括从用户接收对控制面板的输入，该输入有效地改变操作参数之一。外科方法还包括基于输入生成命令信号以改变操作参数之一。附图说明结合附图阅读下述详细说明将更全面地理解本专利技术，其中：图1示出了外科机器人系统的实施方案的透视图，该外科机器人系统包括患者侧部分和用户侧部分；图2示出了虚拟控制面板生成系统的示意图；图3示出了虚拟控制面板生成系统的相机模块中的检测器的示意图；图4示出了本文描述的系统的虚拟控制面板的示例；图5示出了包括虚拟控制面板的外科器械的经修改图像的示例；图6示出了定位在具有多个标记的区域中的外科器械；以及图7是计算机系统的示意图，该计算机系统被配置为能够生成与本文描述的控制系统一起使用的多个命令信号。具体实施方式现在将描述某些示例性实施方案，以提供对本文所公开的装置和方法的结构、功能、制造和用途的原理全面理解。这些实施方案的一个或多个示例在附图中示出。本领域的技术人员将会理解，本文具体描述并在附图中示出的装置和方法是非限制性的示例性实施方案，本公开的范围仅由权利要求书限定。结合一个示例性实施方案示出或描述的特征部可与其它实施方案的特征部进行组合。此类修改和变型旨在包括在本专利技术的范围之内。此外，在本公开中，各实施方案中名称相同的部件通常具有类似的特征部，因此在具体实施方案中，不一定完整地阐述每个名称相同的部件的每个特征部。另外，在所公开的系统、装置和方法的描述中使用线性或圆形尺寸的程度上，此类尺寸并非旨在限制可结合此类系统、装置和方法使用的形状的类型。本领域的技术人员将认识到，针对任本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种外科系统，包括：检测器，所述检测器包括像素阵列，所述像素阵列被配置为能够检测由外科器械反射的光并生成第一信号，所述第一信号包括表示所述外科器械的图像的第一数据集；和处理器，所述处理器被配置为能够：接收所述第一信号，生成所述外科器械的包括控制面板的经修改图像，其中所述控制面板包括表示所述外科器械的一个或多个操作参数的一个或多个控制元件，从用户接收对所述控制面板的输入，所述输入有效地改变所述操作参数之一；基于对所述控制面板的所述输入生成命令信号以改变所述操作参数之一。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.12.19 US 15/383,0261.一种外科系统，包括：检测器，所述检测器包括像素阵列，所述像素阵列被配置为能够检测由外科器械反射的光并生成第一信号，所述第一信号包括表示所述外科器械的图像的第一数据集；和处理器，所述处理器被配置为能够：接收所述第一信号，生成所述外科器械的包括控制面板的经修改图像，其中所述控制面板包括表示所述外科器械的一个或多个操作参数的一个或多个控制元件，从用户接收对所述控制面板的输入，所述输入有效地改变所述操作参数之一；基于对所述控制面板的所述输入生成命令信号以改变所述操作参数之一。2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述经修改图像显示在显示装置上。3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述处理器基于所述检测器相对于所述外科器械的位置来识别来自所述第一数据集数据的表示所述外科器械的数据。4.根据权利要求1所述的系统，其中，基于所述外科器械的取向来调节所述经修改图像中所述控制面板的位置和形状中的至少一者。5.根据权利要求1所述的系统，其中，所述控制面板相对于所述外科器械的位置保持固定。6.根据权利要求1所述的系统，还包括用于接收来自所述用户的所述输入的输入装置，其中所述输入装置是用户界面装置。7.根据权利要求1所述的系统，其中，所述处理器基于所述用户的所述输入生成相对于所述经修改图像移动的指针。8.根据权利要求7所述的系统，其中，当用户使用用户界面装置致动一个或多个控制元件中的一个时，生成所述命令信号。9.根据权利要求1所述的系统，其中，所述外科器械为具有包括组织切割、组织缝合和向组织输送能量中的至少一种功能的外科器械。10.根据权利要求1所述的系统，其中，所述处理器接收表示与所述外科器械相关的信息的第二信号。11...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·S·斯韦兹，J·杨，A·贝克曼，
申请(专利权)人：爱惜康有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国,US