计算机辅助远程操作手术系统和方法技术方案

本申请题为“计算机辅助远程操作手术系统和方法”。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。的方法。的方法。

Computer aided remote operation system and method

【技术实现步骤摘要】
计算机辅助远程操作手术系统和方法
[0001]本申请是于2017年6月7日提交的名称为“计算机辅助远程操作手术系统和方法”的中国专利申请201780022227.8(PCT/US2017/036306)的分案申请。
[0002]相关申请的交叉引用
[0003]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。


[0004]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

[0005]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(revolute joints)或棱柱型关节(prismatic joints)。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。
[0006]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

[0007]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。
[0008]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。
[0009]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。
[0010]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。
[0011]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。
[0012]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。
[0013]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本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种计算机辅助医疗系统，包含：操纵器组件；和处理器，其与所述操纵器组件通信地联接，所述处理器被配置为：检测插管与所述操纵器组件的可释放联接，其中所述插管被配置为与患者的组织层联接，所述插管限定内腔；检测医疗器械到所述计算机辅助医疗系统的安装，所述医疗器械的轴被配置为延伸穿过所述插管的所述内腔，使得所述轴的远端部分位于所述患者内的医疗工作空间中，其中所述轴与纵向轴线相关联；以及使所述操纵器组件沿所述纵向轴线移动所述插管并修改所述医疗工作空间。2.根据权利要求1所述的计算机辅助医疗系统，其中所述处理器被配置为通过以下方式来使所述操纵器组件沿所述纵向轴线移动所述插管并修改所述医疗工作空间：使所述操纵器组件移动所述插管，以使得所述插管使所述组织层隆起并扩大所述医疗工作空间。3.根据权利要求1所述的计算机辅助医疗系统，其中所述处理器被配置为通过以下方式来使所述操纵器组件沿所述纵向轴线移动所述插管并修改所述医疗工作空间：响应于以下条件移动所述操纵器组件：从联接到所述操纵器组件的开关接收到致动信号，或接收到表明所述计算机辅助医疗系统的第一手持输入装置移动远离所述计算机辅助医疗系统的第二手持输入装置的输入。4.根据权利要求1所述的计算机辅助医疗系统，其中所述处理器还被配置为：在使所述操纵器组件沿所述纵向轴线移动所述插管并修改所述医疗工作空间的同时，命令所述计算机辅助医疗系统保持所述医疗器械的远端部分基本静止。5.根据权利要求1所述的计算机辅助医疗系统，其还包括第二操纵器组件，其中所述操纵器组件是第一操纵器组件并且所述插管是第一插管，并且其中所述处理器还被配置为：检测第二插管与所述第二操纵器组件的可释放联接，其中所述第二插管被配置为与所述组织层联接；以及在所述第一操纵器组件沿所述纵向轴线移动所述第一插管的同时使所述第二操纵器组件移动所述第二插管，使得所述第一插管和所述第二插管使所述组织层隆起并扩大所述医疗工作空间。6.根据权利要求5所述的计算机辅助医疗系统，其中所述第一操纵器组件和所述第二操纵器组件具有共享的远程运动中心，并且其中所述处理器还被配置为：基于所述共享的远程运动中心限制所述第一操纵器组件和所述第二操纵器组件的同时移动。7.根据权利要求1
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6中任一项所述的计算机辅助医疗系统，其中所述处理器还被配置为：将所述操纵器组件的远程运动中心定位在第一位置处；以及响应于将所述远程运动中心从所述第一位置重新定位到第二位置的指示，将所述远程运动中心从所述第一位置重新定位到所述第二位置，其中相对于第一轴线测量的所述第一位置与相对于所述第一轴线测量的所述第二位置不同，其中所述第一轴线选自于由所述纵向轴线和与所述计算机辅助医疗系统支撑的插管相关联的纵向轴线构成的群组。
8.根据权利要求7所述的医疗系统，其中所述第一位置和所述第二位置在距所述第一轴线的不同距离处，并且其中所述处理器还被配置为：将所述第二位置约束在距所述第一轴线的最大距离内。9.根据权利要求7所述的医疗系统，其中所述处理器还被配置为：将所述第二位置约束为与所述第一轴线重合。10.根据权利要求7所述的医疗系统，其中所述处理器还被配置为：限制所述远程运动中心从所述第一位置到所述第二位置的运动速度。11.根据权利要求7所述的医疗系统，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。12.一种包含多个机器可读指令的非暂时性机器可读介质，所述多个机器可读指令在由与计算机辅助医疗系统相关联的一个或多个处理器执行时适于使所述一个或多个处理器执行一种方法，所述方法包含：检测插管与所述计算机辅助医疗系统的操纵器组件的可释放联接，其中所述插管被配置为与患者的组织层联接，所述插管限定内腔；检测医疗器械到所述计算机辅助医疗系统的安装，所述医疗器械的轴被配置为延伸穿过所述插管的所述内腔，使得所述轴的远端部分位于所述患者内的医疗工作空间中，其中所述轴限定纵向轴线；以及使所述操纵器组件沿所述纵向轴线移动所述插管并修改所述医疗工作空间。13.根据权利要求12所述的非暂时性机器可读介质，其中所述使所述操纵器组件沿所述纵向轴线移动所述插管并修改所述医疗工作空间包含：使所述操纵器组件移动所述插管，以使得所述插管使所述组织层隆起并扩大所述医疗工作空间。14.根据权利要求12所述的非暂时性机器可读介质，其中所述使所述操纵器组件沿所述纵向轴线移动所述插管并修改所述医疗工作空间包含：响应于以下条件移动所述操纵器组件：从联接到所述操纵器组件的开关接收到致动信号，或接收到表明所述计算机辅助医疗系统的第一手持输入装置移动远离所述计算机辅助医疗系统的第二手持输入装置的输入。15.根据权利要求12所述的非暂时性机器可读介质，其中所述方法还包含：在使所述操纵器组件沿所述纵向轴线移动所述插管并修改所述医疗工作空间的同时，命令所述计算机辅助医疗系统保持所述医疗器械的远端部分基本静止。16.根据权利要求12
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【专利技术属性】
技术研发人员：D，
申请(专利权)人：直观外科手术操作公司，
类型：发明
国别省市：