【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种在被远程操作的机器人手术系统中进行远程操作准备方法以及相关的机器人系统。因此，本说明书更通常地涉及用于远程操作手术的机器人系统的操作控制的。
技术介绍
1、在远程操作机器人手术系统中，从属手术器械的一个或多个自由度的致动通常受制于一个或多个主控制设备，该主控制设备被配置为接收由外科医生下达的命令。这种主-从控制结构典型地包括可以被容纳在自动手术机器人中的控制单元。
2、用于机器人手术系统的已知的铰链/铰接的手术器械包括致动肌腱或电缆以从致动器传递运动，其被操作地连接到手术器械的后端部分(致动接口)，向远侧地连接到手术器械的尖端，后者旨在在患者解剖结构上操作和/或操控手术针，例如在同一申请人下的文件wo-2017-064301和wo-2018-189729中所示出的。这样的文件公开了其中一对拮抗肌腱被配置为实现与手术器械相同的自由度的解决方案。例如，手术器械的旋转关节(俯仰自由度和偏航自由度)通过施加由上述一对拮抗肌腱所实施的张力来控制。
3、例如，文件wo-2014-070980示出了一种具有后端部分的手术器械，该后端部分具有绞盘，其在相反的方向上缠绕手术器械的自由度的两个拮抗运动肌腱。预加载弹簧施加弹性作用影响以保持肌腱拉紧。
4、还已知的是，其中同一对肌腱能够同时致动一个以上的自由度的手术器械，诸如wo-2010-009221中所示出的，其中仅两对肌腱被配置为控制手术器械的三个自由度。
5、通常地，用于机器人手术的肌腱以金属线(或股线)的形式制成，并缠绕在沿手
6、一般来说，当承受载荷时所有芯线都会受制于伸长。在载荷作用下，新的缠结型芯线典型地具有塑性-弹性性质的高伸长，这至少部分地由于形成芯线的纤维的散开。
7、出于这个原因，在组装到手术器械上之前，通常的做法是使新肌腱承受高的初始载荷，以便移除抽拉和缠结过程或材料本身的残余塑性。
8、通常，芯线典型地具有三个伸长元件：
9、(1)弹性伸长变形，其当拉伸载荷停止时恢复；
10、(2)可恢复变形，即在某个时间段内逐渐恢复的相对小的变形，并且通常是缠结性质的函数，以及当不承受任何载荷时，可能花费几小时到几天之间的一段时间；
11、(3)不可恢复的永久伸长变形。
12、如上所述，永久伸长变形可以由在器械上组装之前执行的芯线断裂过程来实现，其可以包括加载和卸载周期，并且包含纤维本身的塑性伸长变形。
13、拉伸载荷下的粘性蠕变变形是一种与时间相关的效应，当承受疲劳时，其影响一些类型的缠结芯线并且通常取决于所施加载荷的强度而可以是可恢复的或不可恢复的。
14、通常，聚合物纤维的疲劳性能与金属纤维的疲劳性能的不同之处在于，聚合物纤维不会像金属纤维那样屈从于裂纹扩展破坏，尽管循环应力可能导致其他形式的破坏。
15、同一申请人下的wo-2017-064306示出了一种用于机器人手术的极小型的手术器械的解决方案，其使用这样这样的肌腱，该肌腱适于支撑高曲率半径并且同时适于在刚性元件(通常称为“连接件(link)”)的表面上滑动，该刚性元件形成手术器械的铰链/铰接尖端。为了允许肌腱的这种滑动，肌腱-连接件滑动摩擦系数必须保持尽可能的低，并且上述文件教导使用由聚合物纤维形成的肌腱(而不是使用钢肌腱)。
16、尽管从许多角度来看是有利的，但实际上作为凭借由聚合物纤维形成的上述肌腱的使用而获得了手术器械的极小型化的实际结果，在该解决方案的背景下，在手术器械的操作状态下避免肌腱伸长或缩短(收缩)的发生变得更加重要，因为在长度上具有相同变化的情况下，随着尺寸的减小，小型手术器械的不可控效应会变强。
17、金属肌腱具有适度的可恢复伸长，并且在外科器械上组装之前执行的上述所执行的预加载过程通常足以完全移除残余塑性，而在组装时它们所承受的预加载在使用中保持即时反应性。
18、例如，文件us-2018-0228563示出了一种策略，包括：在准备远程操作时，将两个拮抗肌腱独立地放置于拉伸状态，然后机械地耦合两个拮抗肌腱的致动器以得到肌腱拉紧，以便在操作状态下受到应力时提供快速响应。
19、另外，由于上述贡献，由聚合物材料制成的肌腱具有高伸长；此外，如果在组装之前执行预载荷过程，则不会在肌腱承受低拉伸载荷时即刻阻止肌腱迅速恢复可恢复伸长的很大一部分。如果一方面任何高的组装预载荷的预测都阻止了变形的恢复，则另一方面甚至在不使用时也会加剧聚合物肌腱的蠕变过程，迫使肌腱几乎无限期地拉伸和减弱，因此这不是一种可行的策略。
20、例如，由高分子量聚乙烯纤维(hmwpe、uhmwpe)形成的交织芯线通常屈从于不可恢复的变形，而芳族聚酰胺、聚酯、液晶聚合物(liquid crystal polymers，lcp)、pbo和尼龙的交织芯线由这一特征影响较小。
21、在手术器械的情况下，归因于上述肌腱伸长现象的肌腱长度的变化以及伸长的恢复是非常不期望的，特别是当在操作状态下时，这因为它必然会在控制中强加客观的复杂问题，以保持手术器械本身的足够水平的精度和准确性。
22、作为
技术介绍
的另一示例，可以引用美国专利申请us-2020-0054403，其示出了在机器人系统的致动接口处手术器械的接合过程，其中机器人系统的机动旋转盘与手术器械的对应的旋转盘接合，后者继而被连接到手术器械的末端执行器的自由度致动电缆。所描述的接合过程允许识别手术器械是否与机器人系统可操作地接合来评估由机器人系统的机动旋转盘所感知的响应。
23、因此，简单的说，在使用期间或随着时间的推移需要避免或至少最小化手术器械的一个或多个自由度的致动肌腱的延长或恢复，以及避免或至少最小化在操作状态下肌腱的不期望的变长或恢复而引起的空动，诸如在远程操作期间或在非远程操作的一段时间(非强制性)之后进入新的远程操作状态，而没有为此原因强加手术器械的尺寸，特别是对于其远端铰链/铰接部分。
24、同时，需要提供一种解决方案，该解决方案虽然简单，但能够确保手术器械的高水平可控性，因此当操作状态中(诸如在远程操作期间)其是可靠的，并且同时不妨碍手术器械的小型化，尤其是在其末端铰链/铰接部分。
技术实现思路
0、概述
1、本专利技术的目的是提供一种在远程操作机器人手术系统中进行远程操作准备的方法，该方法允许至少部分地克服以上参考
技术介绍
所提出的缺点，并且以响应于在所考虑的
中特别感受到的上述需要。这样的目的由根据权利要求1所述的方法来实现。
2、这种方法的进一步实施例由权利要求2-29定义。
3、本专利技术的另一个目的是提供一种能够执行本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种在远程操作机器人手术系统(1)中的远程操作准备的方法，所述方法要在其中所述系统不执行远程操作的非操作步骤期间被执行，
2.根据权利要求1所述的方法，在步骤(i)-步骤(ii)之后，包括所述步骤：
3.根据权利要求2所述的方法，其中所述保持(ii)和远程操作(iii)步骤被重复，使得在两个相邻的远程操作步骤(iii)之间执行保持步骤(ii)。
4.根据前述权利要求中任何一个所述的方法，其中所述手术器械(20)还包括：
5.根据前述权利要求中任何一个所述的方法，其中定义了每个所述电机致动器(11，12，13，14，15，16)的运动学零位，并且所述方法包括：在所述保持步骤(ii)期间在对至少一对拮抗肌腱施加应力的所述步骤之后，以下进一步步骤：
6.根据前述权利要求中任何一个所述的方法，其中在所述保持步骤(ii)期间，对至少一对拮抗肌腱施加应力的所述步骤包括至少一个加载和卸载周期，其中每个加载和卸载周期包括施加高力(Fhold)以确定所述一对肌腱的加载状态，以及施加低力(Flow)以确定所述一对肌腱的卸载状态，
...【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
1.一种在远程操作机器人手术系统(1)中的远程操作准备的方法，所述方法要在其中所述系统不执行远程操作的非操作步骤期间被执行，
2.根据权利要求1所述的方法，在步骤(i)-步骤(ii)之后，包括所述步骤：
3.根据权利要求2所述的方法，其中所述保持(ii)和远程操作(iii)步骤被重复，使得在两个相邻的远程操作步骤(iii)之间执行保持步骤(ii)。
4.根据前述权利要求中任何一个所述的方法，其中所述手术器械(20)还包括：
5.根据前述权利要求中任何一个所述的方法，其中定义了每个所述电机致动器(11，12，13，14，15，16)的运动学零位，并且所述方法包括：在所述保持步骤(ii)期间在对至少一对拮抗肌腱施加应力的所述步骤之后，以下进一步步骤：
6.根据前述权利要求中任何一个所述的方法，其中在所述保持步骤(ii)期间，对至少一对拮抗肌腱施加应力的所述步骤包括至少一个加载和卸载周期，其中每个加载和卸载周期包括施加高力(fhold)以确定所述一对肌腱的加载状态，以及施加低力(flow)以确定所述一对肌腱的卸载状态，
7.根据权利要求6所述的方法，其中，在所述加载和卸载周期的每一个中，首先施加所述低力(flow)，然后施加所述高或保持力(fhold)。
8.根据权利要求6或7所述的方法，其中，在所述保持步骤(ii)中，在提供指示意愿进入远程操作的命令的步骤和使能进入远程操作状态的步骤之间，提供以下进一步步骤：
9.根据权利要求6-8中任何一个所述的方法，包括进一步步骤：
10.根据权利要求9所述的方法，其中，使所有所述肌腱处于对应于所述最小力值(fmin)的中间应力状态的所述步骤，是遵循用于每个肌腱的特定和/或不同的加载和/或卸载曲线作为针对每个肌腱检测到的起始力值的函数而执行的。
11.根据权利要求9或10中任何一个所述的方法，其中将所述保持力(fhold)施加到所述肌腱的所述步骤包括：
12.根据前述权利要求中任何一个所述的方法，其中所述远程操作步骤开始于施加到所述肌腱的可预先确定的远程操作起始力(fwork)，所述起始力(fwork)低于所述高保持力值(flow)，
13.根据前述权利要求中任何一个所述的方法，其中对所述肌腱施加应力的所述步骤包括：在所述加载周期期间测量或检测作用在所述肌腱上的力，并且基于检测到或测量出的作用在所述肌腱上的实际力通过反馈力控制过程由所述电机致动器达到所述保持力值(fhold)。
14.根据权利要求5-11中任何一个所述的方法，其中对所述肌腱施加应力的所述步骤包括：在所述卸载周期期间测量或检测作用在所述肌腱上的力，并且基于检测到或测量出的作用在所述肌腱上的实际力通过反馈力控制过程由所述电机致动器达到所述低力值(flow)。
15.根据权利要求1-12中任何一个所述的方法，其中对所述肌腱施加应力的所述步骤包括：测量或检测所述电机致动器(11，12，13，14，15，16)相对于在先前远程操作步骤的结束时预先确定或存储的相应初始值的位置偏移，以及基于检测到的或测量出的或所存储的所述位置偏移通过反馈位置控制过程由所述电机致动器执行加载周期。
16.根据权利要求6-12或15中任何一个所述的方法，其中对所述肌腱施加应力的所述步骤包括：测量或检测所述电机致动器(11，12，13，14，15，16)相对于在先前远程操作步骤的结束时预先确定或存储的相应初始值的位置偏移，以及基于检测到的或测量出的或所存储的所述位置偏移通过反馈位置控制过程由所述电机致动器执行所述卸载周期。
17.根据权利要求3所述的方法，其中，在所述保持步骤(ii)期间，借助对应于所述手术器械(20)的末端执行器(40)的抓握动作的加载状态来对至少一对肌腱施加应力，使得在所述保持步骤期间所述手术器械处于抓握状态。
18.根据权利要求5-15中任何一个所述的方法，其中包括加载和卸载周期的所述保持步骤(ii)仅在不涉及抓握自由度的致动的肌腱子集上执行。
19.根据前述权利要求中任何一个所述的方法，其中所述机器人系统(1)包括控制装置(9)，所述控制装置被配置为优选地借由能操作地连接到相应肌腱的传动元件(21，22，23，24，25，26)来控制所述电机致动器(11，12，13，14，15，16)对肌腱(31，32，33，34，35，36)施加受控运动并施加受控力。
20.根据权利要求19所述的方法，其中定义了每个所述电机致动器(11，12，13，14，15，16)的运动学零位，所述方法适用于在所述机器人系统(1)的两个远程操作时段之间的非操作步骤，
21.根据权利要求20所述的方法，其中所述重新校准力(f)对应于所述保持力(fhold)。
22.根据权利要求20或21中任何一个所述的方法，其中在每个传动元件上施加重新校准力的步骤包括：借助反馈回路将力施加到所述传动元件，其中反馈信号对应于被施加到传动元件上的、由能操作地连接到所述传动元件的相应的力传感器实际检测到的力。
23.根据权利要求20-22中任何一个所述的方法，其中所述运动学零位包括固定偏移(prestrechoff)，所述固定偏移是由在使用所述手术器械之前执行的预调节所述手术器械的另一步骤致使的。
24.根据前述权利要求中任何一个所...
【专利技术属性】
技术研发人员：马泰奥·坦齐尼，迈克尔·约翰·普罗克托，朱塞佩·玛丽亚·普里斯科，马西米利亚诺·西米，
申请(专利权)人：医疗显微器具公司，
类型：发明
国别省市：
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