用于使用近场通信（NFC）与机器人外科工具进行数据交换的方法和系统技术方案

在本专利公开中，公开了使用近场通信(NFC)以促进机器人外科系统与附接到机器人外科系统的外科工具之间的数据和电力的传输的各种实施方案。在一个方面，用于自动管理机器人外科系统中的外科工具附接的方法可通过检测外科工具的附接开始。接下来，该方法建立嵌入在机器人外科系统中的第一NFC模块与嵌入在外科工具中的第二NFC模块之间的安全近场通信(NFC)链路。接下来，该方法经由安全NFC链路从外科工具请求工具校准数据。方法随后使用接收到的工具校准数据来初始化外科工具，使得外科工具准备好使用。工具准备好使用。工具准备好使用。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于使用近场通信(NFC)与机器人外科工具进行数据交换的方法和系统


[0001]本公开整体涉及机器人外科手术平台，并且更具体地，涉及用于在新附接的机器人外科工具与机器人外科手术平台之间自动建立安全通信链路/通道的系统、装置和技术。

技术介绍

[0002]在机器人外科手术平台上的机器人外科手术期间，可基于单独的工具需要将外科器械/工具附接到机器人臂或将其从机器人臂移除，因为每个外科工具通常被设计成实现特定的外科功能。值得注意的是，这些外科工具中的每一个外科工具由外科机器人以特定方式控制。这意指外科机器人需要知道附接到机器人臂的外科工具的类型，并且还需要获得控制所附接的外科工具所需的工具特异性参数。一般来讲，每个外科工具需要输送工具特异性信息(诸如工具识别信息)和工具特异性参数(诸如当工具附接到外科机器人时外科机器人控制工具所需的参数)。外科工具可将此类信息和参数存储到工具本身上。然而，为了使外科机器人从附接的外科工具检索该数据，将需要工具上的电源以及外科工具与外科机器人之间的通信通道。
[0003]然而，外科机器人和附接的外科工具通常由无菌阻隔件间隔开。这种无菌阻隔件(诸如高压釜)包裹在工具的主体周围以用于重复使用目的，并且仅延伸超过该无菌阻隔件的工具的端口参与外科动作。此外，外科工具通常是电无源的，这意指该工具不具有电源。遗憾的是，常规互连件包括串联端口、以太网和/或其他电线连接件，其不是外科工具与外科机器人之间的期望通信选项，因为它们需要将违反外科工具的密封性质的开放连接。

技术实现思路

[0004]本专利公开提供了使用近场通信(NFC)以促进机器人外科系统与附接到机器人外科系统的外科工具之间的数据和电力的传输的各种实施方案。更具体地，NFC模块，诸如NFC标签和NFC读取器可分别嵌入外科工具和外科机器人中，其中每个NFC模块可进一步包括微控制器和存储器。使用NFC模块，可以在外科机器人与外科工具之间建立NFC通信链路，使得数据和功率可从嵌入在外科机器人中的NFC模块传输到嵌入在外科工具中的NFC模块。一旦启动，外科工具中的NFC模块就将准备好以通过建立的NFC通信链路(或“NFC链路”)对来自外科机器人的数据请求做出响应。
[0005]在一个方面，本专利技术公开了一种用于自动管理机器人外科系统中的外科工具附接的方法。该方法可通过检测外科工具的附接来开始。接下来，该方法建立嵌入在机器人外科系统中的第一NFC模块与嵌入在外科工具中的第二NFC模块之间的安全近场通信(NFC)链路。接下来，该方法经由安全NFC链路从外科工具请求工具校准数据。该方法随后使用接收到的工具校准数据来初始化外科工具，使得外科工具准备好使用。
[0006]在一些实施方案中，方法通过首先启用第一NFC模块来建立机器人外科系统中的第一NFC模块与外科工具中的第二NFC模块之间的安全NFC链路，其中在启用时该第一NFC模
块向外科工具中的第二NFC模块供应无线电力。然后，该方法将NFC链路启动请求传输到第二NFC模块；并且随后响应于NFC链路启动请求，在机器人外科系统处接收来自第二NFC模块的NFC链路启动响应。
[0007]在一些实施方案中，在建立安全NFC链路之后，该方法进一步包括在机器人外科系统与外科工具之间执行证书验证程序，以验证机器人外科系统对外科工具的真实性和外科工具对机器人外科系统的真实性两者。
[0008]在一些实施方案中，该方法通过首先经由安全NFC链路向外科工具提供用机器人外科系统的第一公钥加密的机器人证书来执行机器人外科系统与外科工具之间的证书验证程序。接下来，在外科工具处，方法还包括以下步骤：用外科工具的第一匹配私钥对加密的机器人证书进行解密；将接收到的机器人证书与存储在第二NFC模块中的机器人ID进行比较，以验证接收到的机器人证书与存储的机器人ID是否匹配；以及如果是，确认机器人外科系统的真实性。否则，如果接收到的机器人证书与存储的机器人ID不匹配，则该方法生成指示证书验证程序失败的第一认证错误。
[0009]在一些实施方案中，如果确认机器人外科系统的真实性，则该方法然后经由安全NFC链路向机器人外科系统发送用外科工具的第二公钥加密的工具证书。接下来，在机器人外科系统处，该方法进一步包括以下步骤：用机器人外科系统的第二匹配私钥对加密的工具证书进行解密；将接收到的工具证书与存储在机器人外科系统上的工具ID进行比较，以验证接收到的工具证书与存储的工具ID是否匹配；并且如果是，则确认外科工具的真实性，从而完成机器人外科系统与外科工具之间的证书验证程序。否则，如果接收到的工具证书与存储的工具ID不匹配，则该方法生成指示证书验证程序失败的第二认证错误。
[0010]在一些实施方案中，在验证机器人外科系统和外科工具的真实性之后，该方法进一步包括执行会话密钥程序以在机器人外科系统与外科工具之间建立会话密钥，以经由安全NFC链路在机器人外科系统与外科工具之间进行安全数据交换。
[0011]在一些实施方案中，该方法执行会话密钥程序以通过以下方式建立机器人外科系统与外科工具之间的会话密钥：生成密码挑战和第一会话密钥；经由安全NFC链路向外科工具传输未加密的密码挑战；从外科工具接收加密的密码挑战，该加密的密码挑战用由外科工具生成的第二会话密钥加密；尝试用第一会话密钥对接收到的加密的密码挑战进行解密；以及如果解密的密码挑战与密码挑战匹配，则建立第一会话密钥或第二会话密钥作为相互会话密钥以用于对外科机器人与外科工具之间的数据交换进行加密。否则，如果解密的密码挑战与密码挑战不匹配，则该方法触发指示会话密钥程序失败的认证错误。
[0012]在一些实施方案中，密码挑战包括随机数。
[0013]在一些实施方案中，在从外科工具请求工具校准数据之前，该方法进一步包括以下步骤：经由安全NFC链路从第二NFC模块请求工具可用性信息和工具使用计数；基于接收到的工具可用性信息来确定外科工具是否是可用的；以及如果接收到的工具可用性信息指示外科工具不可用，则触发指示初始化外科工具失败的工具识别错误。
[0014]在一些实施方案中，如果接收到的工具可用性信息指示外科工具是可用的，则该方法进一步包括检查以确定外科工具是否先前已在外科手术中使用。如果是，则方法然后直接从机器人外科系统的高速缓存检索工具校准数据，并且随后使用检索到的工具校准数据来初始化外科工具，使得外科工具准备好在外科手术中使用。
[0015]在一些实施方案中，如果确定外科工具尚未在外科手术中使用，则该方法进一步包括递减接收到的外科工具的使用计数并且经由建立的安全NFC链路更新第二NFC模块中的外科工具的使用计数。
[0016]在一些实施方案中，第一NFC模块包括NFC读取器，并且其中第二NFC模块包括NFC标签。
[0017]在一些实施方案中，在初始化外科工具之后，该方法进一步包括使第一NFC模块和第二NFC模块断电以节省电力。
[0018]在另一方面，公开了机器人外科系统。该机器人外科系统可包括机器人臂和嵌本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于自动管理机器人外科系统中的外科工具附接的计算机实现的方法，所述方法包括：检测外科工具的附接；建立嵌入在所述机器人外科系统中的第一NFC模块与嵌入在所述外科工具中的第二NFC模块之间的安全近场通信（NFC）链路；经由所述安全NFC链路从所述外科工具请求工具校准数据；以及使用所接收的工具校准数据来初始化所述外科工具，使得所述外科工具准备好使用。2.根据权利要求1所述的计算机实现的方法，其中在所述机器人外科系统中的所述第一NFC模块与所述外科工具中的所述第二NFC模块之间建立所述安全NFC链路包括：启用所述第一NFC模块，其中所述第一NFC模块在启用时向所述外科工具中的所述第二NFC模块供应无线电力；向所述第二NFC模块传输NFC链路启动请求；以及响应于所述NFC链路启动请求，在所述机器人外科系统处接收来自所述第二NFC模块的NFC链路启动响应。3.根据权利要求1所述的计算机实现的方法，其中在建立所述安全NFC链路之后，所述方法进一步包括在所述机器人外科系统与所述外科工具之间执行证书验证程序，以验证所述机器人外科系统对所述外科工具的真实性和所述外科工具对所述机器人外科系统的真实性两者。4.根据权利要求3所述的计算机实现的方法，其中在所述机器人外科系统与所述外科工具之间执行所述证书验证程序包括：经由所述安全NFC链路向所述外科工具提供用所述机器人外科系统的第一公钥加密的机器人证书；在所述外科工具处：用所述外科工具的第一匹配私钥对所加密的机器人证书进行解密；将所接收到的机器人证书与存储在所述第二NFC模块中的机器人ID进行比较，以验证所接收到的机器人证书与所存储的机器人ID是否匹配；以及如果是，则确认所述机器人外科系统的真实性，否则，生成指示所述证书验证程序失败的第一认证错误。5.根据权利要求4所述的计算机实现的方法，其中如果确认所述机器人外科系统的所述真实性，则所述方法进一步包括：经由所述安全NFC链路向所述机器人外科系统发送用所述外科工具的第二公钥加密的工具证书；在所述机器人外科系统处：用所述机器人外科系统的第二匹配私钥对所加密的工具证书进行解密；将所接收到的工具证书与存储在所述机器人外科系统上的工具ID进行比较，以验证所接收到的工具证书与所存储的工具ID是否匹配；以及如果是，则确认所述外科工具的真实性，从而完成所述机器人外科系统与所述外科工具之间的所述证书验证程序，否则，生成指示所述证书验证程序失败的第二认证错误。
6.根据权利要求3所述的计算机实现的方法，其中在验证所述机器人外科系统和所述外科工具的真实性之后，所述方法进一步包括执行会话密钥程序以在所述机器人外科系统与所述外科工具之间建立会话密钥，以经由所述安全NFC链路在所述机器人外科系统与所述外科工具之间进行安全数据交换。7.根据权利要求6所述的计算机实现的方法，其中执行所述会话密钥程序以在所述机器人外科系统与所述外科工具之间建立会话密钥包括：生成密码挑战和第一会话密钥；经由所述安全NFC链路向外科工具传输未加密的所述密码挑战；从所述外科工具接收加密的密码挑战，所述加密的密码挑战用由所述外科工具生成的第二会话密钥加密；尝试用所述第一会话密钥对所接收到的加密的密码挑战进行解密；以及如果所解密的密码挑战与所述密码挑战匹配，则建立所述第一会话密钥或所述第二会话密钥作为相互会话密钥以用于对所述外科机器人与所述外科工具之间的数据交换进行加密，否则，如果所解密的密码挑战与所述密码挑战不匹配，则触发指示所述会话密钥程序失败的认证错误。8.根据权利要求7所述的计算机实现的方法，其中所述密码挑战包括随机数。9.根据权利要求1所述的计算机实现的方法，其中在从所述外科工具请求工具校准数据之前，所述方法进一步包括：经由所述安全NFC链路从所述第二NFC模块请求工具可用性信息和工具使用计数；基于所接收到的工具可用性信息来确定所述外科工具是否是可用的；以及如果所接收到的工具可用性信息指示所述外科工具是不可用的，则触发指示初始化所述外科工具失败的工具识别错误。10.根据权利要求9所...

【专利技术属性】
技术研发人员：M，
申请(专利权)人：威博外科公司，
类型：发明
国别省市：