为了控制外科手术机器人系统的远程运动中心(RCM)，对机器人操纵器的可能构型进行搜索，以找到可提供外科器械的工作区域与目标解剖结构之间最大重叠的构型。可对RCM处的力进行测量，诸如使用插管上或在将机器人操纵器连接到插管的适配器中的一个或多个传感器进行测量。测量到的力用于确定RCM的变化，以将在RCM处施加在患者上的力最小化。根据此变化，可动态地更新机器人操纵器的构型。此RCM控制的各个方面可彼此独立或进行组合，诸如以优化工作区域与目标解剖结构的校准，以使RCM处的力最小化，以及/或者基于工作区域校准和力的测量动态地控制机器人操纵器的构型。量动态地控制机器人操纵器的构型。量动态地控制机器人操纵器的构型。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于外科手术机器人的远程运动中心控制
技术介绍
[0001]本实施方案涉及用于微创外科手术(MIS)的机器人系统。可利用机器人系统执行MIS，该机器人系统包括一个或多个机器人操纵器，该机器人操纵器用于根据来自远程操作者的命令操纵外科手术工具。例如，机器人操纵器可在其远侧端部支撑各种外科器械和设备，包括解剖刀、夹钳、剪刀和成像设备(例如，内窥镜)。使用机器人系统，外科医生在MIS期间控制机器人操纵器进行远程操作。
[0002]外科器械和设备经由插管插入到患者体内。通过硬件或软件设计，机器人操纵器具有远程运动中心(RCM)，该远程运动中心相对于机器人操纵器的底座是静止不动的，并因此相对于患者也是静止不动的。为了避免对患者造成伤害，RCM与插管上的插入点是经过校准的。机器人操纵器具有有限的工作区域，该工作区域描述了外科器械尖端在其内可以到达和进行操作的患者体积。使用冗余的机器人操纵器(例如，多于6个接合部)时，存在几种将机器人操纵器对接到插管的不同构型。由于该机器人臂的构型在维持RCM时会发生变化，所以工作区域也随之移动。在这些构型中，有一种构型可能优于其他构型，以确保绝大部分或全部目标解剖结构在可操作工作区域内。如在插管放置之后发现器械未到达目标解剖结构，可能会对患者造成不必要的创伤。重点在于使机器人操纵器具有适当的构型，其中目标解剖结构在尽可能短的时间里处于外科器械可到达的范围内，并且使患者的麻醉时间无需延长。
[0003]一旦对接到插管，机器人操纵器便无需处于“最佳”构型来确保目标解剖结构处于其工作区域内。机器人操纵器相对于目标解剖结构的“非最佳”构型可能是由于对接过程导致的。还可以在操作期间重新定义目标解剖结构。在这些情况下，机器人操纵器可能需要进行重新构型，以将工作区域与目标解剖结构进行校准。该重新构型可以通过移动操纵器在固定插入端口周围的各种接合部来使工作区域与目标解剖结构重合。手动重新构型：(1)由于臂的移动，需要花费较大精力将工作区域的形状和运动可视化，以及(2)由于机器人操纵器的多个接合部可能需要逐个移动，需要消耗体力。由于只有经过复杂的机械结构才能达到期望的构型，调整可能需要进行多次，所有这些调整都会占用珍贵的术中时间。具有若干自由度的复杂机器人系统难以将机器人的工作区域进行可视化，尤其难以做到通过构型准确确定工作区域。
技术实现思路
[0004]通过介绍，下文描述的优选实施方案包括用于外科手术机器人系统RCM控制的方法、系统、指令和计算机可读介质。考虑到RCM，对机器人操纵器的可能构型进行搜索，以找到可提供外科器械的工作区域与目标解剖结构之间最大重叠的构型。可对RCM处的力进行测量，诸如使用插管上或在将机器人操纵器连接到插管的适配器中的一个或多个传感器进行测量。测量到的力用于确定RCM的变化，以将在RCM处施加在患者上的力最小化。根据此变化，可动态地更新机器人操纵器的构型。此RCM控制的各个方面可彼此独立或进行组合，诸如以优化工作区域与目标解剖结构的校准，以使RCM处的力最小化，以及/或者基于工作区
域校准和力的测量动态地控制机器人操纵器的构型。
[0005]第一方面提供了一种用于外科手术机器人系统的RCM控制的方法。针对机器人操纵器建立RCM。确定目标解剖结构与该机器人操纵器上外科器械的多个工作区域中每个工作区域之间的重叠量。该工作区域对应于围绕RCM的机器人操纵器的不同构型。选择具有重叠量的最大量的机器人操纵器的构型。将机器人操纵器的接合部移动到与所选择的构型对应的新位置。
[0006]第二方面提供了一种用于外科手术机器人系统的RCM控制的方法。测量RCM处的力。调整机器人操纵器构型以减小RCM处的施加力，并且维持外科器械的工作区域与患者内的目标解剖结构之间的重叠。
[0007]第三方面提供了一种用于医疗远程操作的外科手术机器人系统。外科器械与机器人操纵器连接。适配器与机器人操纵器连接。该适配器被配置为在远程操作期间与插管连接。在适配器上具有一个或多个力传感器。控制器被配置为基于来自力传感器的输出来调整机器人操纵器的RCM。
[0008]本专利技术由以下权利要求书限定，并且本章节中的内容不应视为对那些权利要求的限制。针对一类权利要求(例如，方法)的任何教导可适用于另一类权利要求(例如，计算机可读存储介质或系统)。下文结合优选的实施方案论述本专利技术的其他方面和优点，并且可以随后独立地或组合地要求保护。
附图说明
[0009]部件和图示未必按比例绘制，而是重点举例说明本专利技术的原理。此外，在附图中，贯穿不同附图，相似参考标号指示对应的部分。
[0010]图1为根据一个实施方案的配置有外科手术机器人系统的手术室环境的一个实施方案的图示；
[0011]图2示出了示例性外科手术机器人臂和外科手术工具；
[0012]图3为用于外科手术机器人系统的远程运动中心控制的方法的一个实施方案的流程图；
[0013]图4A和图4B示出了用于与插管连接的示例性适配器和传感器；
[0014]图5示出了与目标解剖结构经过校准的示例性工作区域；
[0015]图6示出了示例性工作区域校准，同时示出了在远程运动中心处的力感测；并且
[0016]图7为外科手术机器人系统的一个实施方案的框图。
具体实施方式
[0017]提供辅助的臂操纵用于重新定位远程运动中心(RCM)。RCM可以安全、轻松和快速重新定位或保持不变，以使目标解剖结构与机器人操纵器(例如，机器人臂)及外科器械的工作区域之间的重叠体积最大化。测试可能的机器人操纵器构型以识别给定RCM位置下的最佳重叠水平。可以移动机器人操纵器以符合这一校准、RCM的重新定位和/或远程操作。
[0018]插管(例如，插管针)力(例如，平移、压力和/或扭矩力)的测量可用于自适应RCM控制。可移动RCM以适应患者运动、机器人操纵器的运动，或插入时患者组织上的另一干扰力的来源(即，RCM处于患者手术的入口位置处)。在一个实施方案中，使用插管上的传感器测
量该力。在另一个实施方案中，使用与机器人操纵器的适配器接触点处的传感器测量施加在插管上的力。关于该通过腹壁的插管插入点处的力和应力的信息由适配器处的测量而提供，辅助用户或控制器相应地调整RCM的位置，并且根据需要在腹壁上释放多余的应力。
[0019]图1和图2示出了示例性外科手术机器人系统。下文结合该示例性系统讨论用于RCM控制的方法。其他外科手术机器人系统和外科手术机器人或非外科手术机器人系统和机器人也可使用该方法。
[0020]图3至图6涉及RCM控制，其包括工作区域与目标解剖结构的校准和/或适配器上力的感测。图7涉及用于RCM控制的系统。
[0021]图1为配置有外科手术机器人系统100的示例性操作室环境的示意图，该系统将来自用户的命令转换成根据迭代逆运动学的外科手术机器人操纵器122的运动。外科手术机器人系统100包括用户控制台110、控制塔130和外科手术机器人120，该外科手术机器人具有安装在外科手术平台1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】1.一种用于外科手术机器人系统的远程运动中心控制的方法，所述方法包括：针对机器人操纵器建立远程运动中心；确定目标解剖结构与所述机器人操纵器上外科器械的多个工作区域中每个工作区域之间的重叠量，所述工作区域对应于围绕所述远程运动中心的所述机器人操纵器的不同构型；选择具有所述重叠量的最大量的所述机器人操纵器的所述构型；以及将所述机器人操纵器的一个或多个接合部移动到所选择的构型上。2.根据权利要求1所述的方法，其中建立所述远程运动中心包括：将所述机器人操纵器与患者插入位置处的插管进行对接，所述远程运动中心是所述插入位置。3.根据权利要求1所述的方法，所述方法进一步包括：在通过所述机器人操纵器和所述外科器械进行远程操作期间感测所述远程运动中心处的力；并且其中建立包括：随基于所述力而产生的变化来建立所述远程运动中心。4.根据权利要求3所述的方法，其中感测包括：用连接到所述机器人操纵器的插管上的传感器进行感测。5.根据权利要求3所述的方法，其中感测包括：用在所述机器人操纵器的适配器中的力传感器进行感测，所述适配器被配置为将所述机器人操纵器与插管连接。6.根据权利要求5所述的方法，其中感测包括：用包括所述力传感器的多个单自由度传感器进行感测，所述单自由度传感器在所述适配器的不同表面上，所述表面在连接到所述机器人操纵器时与所述插管有接触。7.根据权利要求3所述的方法，其中确定包括：在所述远程操作期间进行确定，其中选择包括：在所述远程操作期间进行选择，并且其中移动包括：移动所述机器人操纵器的一个或多个接合部以符合所选择的构型以及响应于所述力而建立的所述远程运动中心。8.根据权利要求7所述的方法，其中移动包括：移动所述一个或多个接合部以符合所选择的构型，符合响应于所述力而建立的所述远程运动中心，以及符合在所述远程操作期间所述外科器械根据操作员而产生的移动。9.根据权利要求1所述的方法，其中确定包括：通过与球形滚动接合部的离散化接合部位置的范围对应的每个工作区域进行确定。10.根据权利要求1所述的方法，其中确定所述量包括：确定所述量为重叠体积，其中所述目标解剖结构是来自于医学成像的分段体积。11.根据权利要求1所述的方法，其中确定包括：在非线性搜索中搜索所述多个工作区域。12.根据权利要求1所述的方法，其中确定和选择在远程操作期间重复多次，其中针对所述重复中的不同重复进行选择包括：选择所述工...
【专利技术属性】
技术研发人员：B，
申请(专利权)人：威博外科公司，
类型：发明
国别省市：
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