检测不受控制的移动制造技术

本发明专利技术涉及检测不受控制的移动。一种远程操作的手术系统，其包括部件诸如经配置用于手动操纵的主控制器或多接合处机械系统，以及经配置以分析该部件的移动并检测该部件的不受控制的移动的检测模块。不受控制的移动可以通过检测仅有在重力能够移动的接合处上的移动，但是在不受到重力引起的移动的接合处上没有移动来识别。响应于检测到部件的不受控制的移动，检测模块能够使该系统切换到安全操作模式。

Detect uncontrolled movement

The invention relates to detecting uncontrolled movement. A remotely operated surgical system includes components such as a main controller or a multi joint mechanical system configured for manual manipulation, and a detection module configured to analyze the movement of the component and detect the uncontrolled movement of the component. Uncontrolled movement can be identified by detecting movement only at joints that can be moved by gravity, but not at joints that are not moved by gravity. In response to the detection of uncontrolled movement of components, the detection module can switch the system to safe operation mode.

【技术实现步骤摘要】
检测不受控制的移动本申请是申请日为2015年8月11日、专利技术名称为“检测不受控制的移动”的中国专利申请No.201580033154.3(PCT/US2015/044590)的分案申请。相关申请本专利申请要求于2014年8月12日提交的题为“DETECTINGUNCONTROLLEDMOVEMENT(检测不受控制的移动)”的美国临时专利申请62/036,298的优先权和权益，该专利申请的全部内容通过引用的方式并入本文。
技术介绍
远程操作或计算机辅助的医疗系统通常采用主控制器，医生或其它医务人员可使用该主控制器以控制致动的从属医疗仪器。医疗仪器可以例如包括工具诸如解剖刀、镊子或烧灼工具，并且外科医生可以操作类似于操纵杆的主控制器以向控制系统提供控制信号。然后该控制系统可将控制信号转换成驱动致动器以移动仪器，例如切割、夹紧或烧灼患者组织的致动信号，以便该工具移动遵循主控制器移动。此类系统的一个潜在的关注是主控制器的无意的或不受控制的移动，因为如果主控制器的不受控制的移动引起与患者组织相互作用的工具的不受控制的操作，则患者可能受伤。可训练外科医生以避免其中可能发生不受控制的移动的情况，但是可以期望另外的技术或故障保护以防止不受控制的移动。减少主控制器的不受控制的移动的机会的一种方式是限制主控制器的机械部件的移动。例如，主控制器可以被平衡或被主动驱动，使得重力不会引起主控制器偏离医生可将主控制器留在的任何位置。用于减少仪器的不受控制的移动的机会的其它方式可以使用将主控制器与仪器分离的“锁定”模式，使得在该锁定模式中，主控制器的移动不引起仪器的相应移动。当医生不在使用主控制器的适当位置时，该锁定模式可以被自动激活。具体地，该系统可以默认为锁定模式，除非传感器检测到医生处于使用该系统的适当位置，其包括例如处于观察该医疗仪器的末端执行器的任何移动的位置。然而，在医生使医疗系统脱离该锁定模式之后，医生可以释放主控制器，同时保持在使用医疗仪器的位置。在此类情况下释放主控制器可以产生主控制器移动而没有医生输入的风险，导致医疗仪器的不受控制的移动。例如，主控制器中的重力补偿可能是不完美的，或者当医生处于使用该仪器的位置并且该仪器不处于锁定模式时，医生的膝盖或手可能意外碰撞主控制器。
技术实现思路
根据本专利技术的一个方面，用于医疗系统的控制模块或控制过程可评估用于主控制器的多个轴线的控制信号之间的关系，以评估控制信号之间的关系并检测主控制器是否正自主地移动。当检测到自主移动时，该医疗系统可以被置于锁定模式中，其中主控制器的移动与仪器的移动脱离/解耦，或者其中主控制器的一个或更多个轴线被锁定在它们的当前位置。自主移动检测还可以提供系统故障的二次缓解，诸如断开的主控制器平衡或者错误的主控制器或错误的工具位置传感器，如果主系统故障缓解没有快速检测到故障，则可以将主控制器从医生的手中拉出。本专利技术的一个具体实施例是使用机器人技术的远程操作医疗系统。该系统可以包括部件诸如可以经配置用于手动操作的主设备的部件或从设备的部件。该设备产生指示部件的多个移动自由度的移动的信号。检测模块可经配置以分析来自部件的信号并基于该分析来检测不受控制的移动。当检测到不受控制的移动时，该系统响应于检测到部件的不受控制的移动而从操作模式切换到安全模式。本专利技术的另一个具体实施例是一种用于控制远程操作的医疗系统的方法。该方法可以包括：当所述部件经配置用于手动移动时，测量机器人医疗系统的部件的多个自由度；分析该自由度的移动以识别部件的不受控制的移动；以及响应于检测到不安全的不受控制的移动而将该机器人医疗系统切换到安全模式。附图说明图1示出了能够检测主控制器的自主或其它非预期移动的医疗系统的一个实施方案的俯视图。图2示意性地示出了可以形成医疗系统中的从设备的一部分的机器人臂的实施方案。图3示出了可以形成医疗系统中的从设备的一部分的仪器的远端处的末端执行器的实施方案。图4示出了外科医生通过其可以控制医疗系统的包括主控制器的外科医生控制台的实施方案。图5示意性地示出了可使用一只手操纵以控制从设备的多个自由度的主控制器的实施方案的一部分。图6是用于操作医疗系统和检测不受控制的移动的过程的一个实施方案的流程图。图7A和图7B是用于操作医疗系统和检测医疗系统的手动操作部件的不受控制的运动的过程的一些其它实施方案的流程图。图8是包括检测自主或非预期移动的医疗系统的实施方案的框图。附图示出了用于解释的目的而不是本专利技术本身的目的的示例。在不同的附图中使用相同的附图标记表示相似的或相同的项目。具体实施方式用于解释医疗系统的多接合处部件的手动操纵的控制系统或过程可监测接合处(joint)中的独立移动，以将可能由用户控制的部件的移动与可能不受控制的部件的移动区分开。例如，用于远程操作医疗系统的主控制器的每个接合处或机械自由度可以被分类为重力接合处或非重力接合处中任一者。重力接合处可以是使得重力可以使接合处移动的接合处，如果该移动不是例如与医生的手相对的话。非重力接合处可以是使得重力将不会使接合处移动的接合处。主控制器中的大多数接合处可以是重力接合处，但是一些接合处，诸如控制工具辊或工具柄的接合处可以是非重力接合处。在正常操作下，用户手动操纵医疗系统的主控制器或其它多接合处部件可以导致所有接合处的移动。然而，如果只有重力接合处移动而没有非重力接合处的运动，则控制系统或过程可以确定部件响应于重力在没有用户引导的情况下移动。可以使用接合处的移动之间更复杂的关系来类似地检测其它类型的不受控制的移动，例如由多接合处部件的意外碰撞引起的移动。图1示出了机器人医疗系统100，诸如由直观外科公司(IntuitiveSurgical，Inc)商业化的da手术系统(如本文所使用的，术语“机器人的”或“机器人地”以及类似表述包括远程手术或远程机器人方面)。此类医疗系统允许操作者至少部分地在计算机(与存储器联接的算术或逻辑单元)的帮助下移动手术工具。系统100包括患者侧推车110、外科医生控制台120和辅助设备推车130。患者侧推车110包括多个机器人臂112。子系统诸如可互换仪器114和照相机116可以安装在臂112上。在医疗手术期间，可以是臂112的一部分的套管或其它引导管可以通过患者体内的小切口插入，以将仪器114的远端引导到患者体内的工作部位。替代地，可以借助于或不借助于套管经由自然孔口引入仪器的一部分。可以作为外科工具操作的末端执行器，诸如手术刀、镊子、针驱动器、牵开器、烧灼器或其它设备，通常位于每个仪器114的远端处，并且可以在工作部位处执行的医疗过程期间使用。外科医生控制台120提供医生或其它用户可采用以控制臂112、仪器114和照相机116的移动的控制接口。具体地，外科医生控制台120可以包括立体观察器，其在照相机116的远侧末端前面的空间中呈现深度的感觉，以及用户可操纵以控制患者侧推车110并且具体地使用在仪器114的远端的末端执行器的各种按钮、开关、按键、脚踏板、操纵杆或类似设本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种远程操作的手术系统，其包括：/n手动可移动的主控制器，其被配置为当检测到所述主控制器的一个或更多个机械自由度的移动时产生一个或更多个信号；以及/n检测模块，其被联接到所述主控制器，所述检测模块被配置为：/n确定所述主控制器的移动被预期致使从设备移动到安全移动范围之外；以及/n响应于确定所述主控制器的所述移动被预期致使所述从设备移动到所述安全移动范围之外，命令所述系统从操作模式切换到安全模式。/n

【技术特征摘要】
20140812 US 62/036,2981.一种远程操作的手术系统，其包括：
手动可移动的主控制器，其被配置为当检测到所述主控制器的一个或更多个机械自由度的移动时产生一个或更多个信号；以及
检测模块，其被联接到所述主控制器，所述检测模块被配置为：
确定所述主控制器的移动被预期致使从设备移动到安全移动范围之外；以及
响应于确定所述主控制器的所述移动被预期致使所述从设备移动到所述安全移动范围之外，命令所述系统从操作模式切换到安全模式。


2.根据权利要求1所述的系统，其还包括所述从设备；
其中：
所述操作模式包括跟随模式，在所述跟随模式中所述从设备响应于所述主控制器的移动而移动；以及
所述安全模式包括所述从设备不响应于所述主控制器的移动而移动的模式。


3.根据权利要求1或2所述的系统，其中所述安全移动范围取决于所述主控制器的操作速度。


4.根据权利要求1或2所述的系统，其中所述安全移动范围取决于正被移动的器械的类型。


5.根据权利要求1或2所述的系统，其中所述安全移动范围取决于以下中的至少一个：正被移动的器械的当前姿势、所述主控制器的哪些自由度要被移动和所述从设备的工作部位的尺寸。


6.根据权利要求1或2所述的系统，其中所述安全移动范围基于所述主控制器的末端已行进多远而提供一个或更多个阈值。


7.根据权利要求1或2所述的系统，其中所述检测模块还被配置为响应于检测到在所述主控制器上执行的有意动作而使所述系统返回到所述操作模式。


8.根据权利要求7所述的系统，其中所述有意动作是所述主控制器的夹具的挤压。


9.一种包括指令的非暂时性介质，医疗设备能够执行该指令以执行一种方法，该方法包括：
测量所述医疗设备的手动可移动的主控制器的移动，所述主控制器具有多个可移动的机械自由度；
确定所述主控制器的所述移动被预期致使从设备移动到安全移动范围之外；以及
响应于所述确定，命令所述医疗设备从操作模式切换到安全模式。


10.根据权利要求9所述的非暂时性介质，其中：
所述从设备响应于所述主控制器在所述操作模式中的移动而移动；并且
所述从设备不响应于所述主控制器在所述安全模式中的移动而移动。


11.根据权利要求9或10所述的非暂时性介质，其中所述安全移动范围取决于以下中的一个或更多个：外科医生的操作速度、正被控制的器械的类型、所述器械的当前姿势、所述主控制器的哪些自由度被移动和工作部位的尺寸。


12.根据权利要求9或10所述的非暂时性介质，其中所述安全移动范围基于所述主控制器的末端已行进多远而提供一个或更多个阈值。


13.根据权利要求9或10所述的非暂时性介质，其中所述方法还包括还响应于检测到在所述主控制器上执行的有意动作而使所述医疗设备返回到所述操作模式。


14.根据权利要求13所述的非暂时性介质，其中所述有意动作是所述主控制器的夹具的挤压。


15.一种远程操作的手术系统，其包括：
手动可移动的从设备，其被配置为当检测到所述从设备的一个或更多个机械自由度的移动...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·特纳，
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