缆线驱动工具中的脱离的检测制造技术

所公开的实施方案涉及用于外科工具或外科机器人系统的系统和方法。用于检测外科工具的脱离的一个示例性系统包括连接到工具驱动器的缆线并由该缆线驱动的端部执行器、被配置为检测与该缆线相关联的力的传感器，以及一个或多个处理器。该一个或多个处理器识别从由该传感器检测到的力导出的缆线张力，将该张力与阈值张力值进行比较，基于包括该缆线中的每根缆线的该速度值的矢量来计算速度范数值，将该速度范数值与统计速度阈值进行比较，以及基于该第一比较和该第二比较来识别该多根缆线中的至少一根缆线的脱离。的至少一根缆线的脱离。的至少一根缆线的脱离。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】缆线驱动工具中的脱离的检测


[0001]本公开涉及用于驱动外科工具的缆线中的脱离、断裂或其他故障的检测。

技术介绍

[0002]微创外科手术(MIS)诸如腹腔镜手术涉及旨在在外科规程期间减少组织损伤的技术。例如，腹腔镜式手术通常涉及在患者体内(例如，在腹部)形成多个小切口，并通过切口将一个或多个外科工具(例如，端部执行器或内窥镜)引入患者体内。然后可使用引入的手术工具执行外科手术，其中可视化辅助由内窥镜提供。
[0003]一般来讲，MIS提供多重有益效果，诸如减少患者疤痕、减轻患者疼痛、缩短患者恢复期以及降低与患者恢复相关联的医疗费用。最近的技术发展允许使用机器人系统执行更多的MIS，该机器人系统包括一个或多个机器人臂，该机器人臂用于基于来自远程操作员的命令操纵手术工具。机器人臂可以例如在其远侧端部处支承各种设备，诸如外科端部执行器、成像设备、用于提供进入患者体腔和器官的通路的插管等。在机器人MIS系统中，可能期望为由机器人臂支承的外科器械建立并保持较高定位准确度。
[0004]在外科机器人系统中，外科工具可附接到外科机器人臂。此类工具可用于进入、查看或操纵患者的内部解剖结构。外科工具可用缆线驱动以实现移动。缆线可能发生故障。例如，一根或多根缆线可从外科工具或驱动系统脱离。一根或多根缆线可在高张力下断裂。这些事件的检测避免了来自工具的不受控运动的潜在危害。

技术实现思路

[0005]本文公开了一种机器人辅助外科机电系统，其设计用于外科医生执行微创外科手术。可以将一组兼容工具附接到安装至机器人臂的远侧端部的器械驱动器/从器械驱动器拆卸，使得外科医生能够执行各种手术任务。器械驱动器可提供进入手术部位的体内通路、通过无菌接合部对兼容工具进行的机械致动、以及通过无菌接合部和用户接触点与兼容工具的通信。系统检测工具所经历的障碍物或硬停。
[0006]所公开的实施方案涉及用于外科工具或外科机器人系统的系统和方法。用于检测外科工具的脱离的一个示例性系统包括连接到工具驱动器的缆线并由该缆线驱动的端部执行器、被配置为检测与该缆线相关联的力的传感器，以及一个或多个处理器。该一个或多个处理器识别从由该传感器检测到的力导出的缆线张力，将该张力与阈值张力值进行比较，基于包括该缆线中的每根缆线的该速度值的矢量来计算速度范数值，将该速度范数值与统计速度阈值进行比较，以及基于该第一比较和该第二比较来识别该多根缆线中的至少一根缆线的脱离。
附图说明
[0007]图1示出了包括外科机器人系统的示例性手术室环境。
[0008]图2示出了包括机器人臂、工具驱动器和装载有外科工具的插管的示例性外科机
器人系统。
[0009]图3A示出了具有已装载外科工具的示例性工具驱动器。
[0010]图3B示出了没有已装载外科工具的示例性工具驱动器。
[0011]图4A和图4B示出了示例性抓持器的端部执行器，该端部执行器具有机器人腕部、一对相对钳口、以及用于将机器人腕部和该对钳口耦接到工具驱动器的致动器的皮带轮和缆线系统。
[0012]图5示出了针对机器人腕部、工具驱动器和/或外科工具的控制器。
[0013]图6示出了工具驱动器到外科工具的映射。
[0014]图7示出了外科工具的缆线驱动系统。
[0015]图8示出了缆线驱动系统的更详细视图。
[0016]图9示出了传感器阵列和控制器的详细实施方案。
[0017]图10示出了用于缆线驱动系统和外科工具的示例性缆线脱离检测算法。
[0018]图11示出了控制器的示例性操作的示例性流程图。
具体实施方式
[0019]以下实施方案涉及缆线驱动外科工具。描述了用于在腕部正常操作期间检测腕部缆线脱离的算法。腕部的缆线由马达或致动器驱动。缆线脱离检测算法可使用所测量的张力和致动器速度来确定缆线脱离何时可能已经发生。在缆线驱动工具上，缆线可在工具正常操作期间从驱动马达脱离。在没有补救措施的情况下，腕部的意外行为可导致损坏。缆线脱离检测算法确保了以受控且及时的方式禁用马达。
[0020]图1是示出具有外科机器人系统100的示例性手术室环境的图。
[0021]如图1所示，外科机器人系统100包括用户控制台110、控制塔130和外科机器人120，该外科机器人具有安装在外科平台124(例如，台或床等)上的一个或多个外科机器人臂122，其中具有端部执行器的外科工具附接到机器人臂122的远侧端部用于执行外科手术。机器人臂122示出为台式安装，但在其他构型中，机器人臂可安装在推车、天花板、侧壁或其他合适的支承表面中。
[0022]一般来讲，用户(诸如外科医生或其他操作员)可坐在用户控制台110处以远程操纵机器人臂122和/或外科器械(例如，远程操作)。用户控制台110可位于与机器人系统100相同的手术室中，如图1所示。在其他环境中，用户控制台110可以位于相邻或附近的房间中，或者从不同的建筑物、城市或国家中的远程位置远程操作。用户控制台110可包括座椅112、踏板114、一个或多个手持用户界面设备(UID)116和开放式显示器118，该开放式显示器被配置为显示例如患者体内的手术部位的视图。如示例性用户控制台110所示，坐在座椅112中并查看开放式显示器118的外科医生可以操纵踏板114和/或手持式用户界面装置116以远程控制机器人臂122和/或安装到臂122的远侧端部的外科器械。
[0023]在一些变型中，用户还可以以“床上”(OTB)模式操作外科机器人系统100，其中用户位于患者的一侧并且同时操纵附接到其的机器人驱动的工具/端部执行器(例如，用一只手握持手持式用户界面设备116)和手动腹腔镜式工具。例如，用户的左手可以操纵手持式用户界面设备116以控制机器人外科手术部件，而用户的右手可以操纵手动腹腔镜式工具。因此，在这些变型中，用户可对患者执行机器人辅助微创外科手术(MIS)和手动腹腔镜式外
科手术两者。
[0024]端部执行器可以被配置为执行手术操作，诸如切割、抓握、戳刺或能量发射。外科工具可以在外科手术期间手动操纵、由机器人操纵或两者。例如，外科工具可以是用于进入、查看或操纵患者的内部解剖结构的工具。在实施方案中，外科工具为可以抓握患者的组织的抓持器。外科工具可以通过床边操作员的手直接手动控制，或者可以经由发送电子命令机器人控制以致动移动。
[0025]在示例性规程或外科手术期间，以无菌方式对患者进行准备并覆盖以实现麻醉。可利用处于收起构型或缩回构型的机器人系统100手动地执行对手术部位的初始接近，以有助于接近手术部位。一旦完成接近，就可进行机器人系统的初始定位和/或准备。在手术期间，用户控制台110中的外科医生可利用踏板114和/或用户界面设备116来操纵各种端部执行器和/或成像系统以进行外科手术。还可以由身着无菌工作服的人员在手术台处提供手动辅助，该人员可执行的任务包括但不限于牵开组织，或执行涉及一个或多个机器人臂122的手动重新定位或工具更换。非无菌本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于检测外科工具的脱离的装置，所述装置包括：端部执行器，所述端部执行器连接到工具驱动器的多根缆线并且由所述多根缆线驱动；多个传感器，所述多个传感器被配置为检测与所述多根缆线相关联的力；和一个或多个处理器，所述一个或多个处理器被配置为：识别从由所述多个传感器检测到的所述力中的至少一者导出的所述多根缆线中的至少一根缆线的张力；执行所述多根缆线中的所述至少一根缆线的所述张力与阈值张力值的第一比较；识别所述多根缆线中的每根缆线的速度值；基于包括所述多根缆线中的每根缆线的所述速度值的矢量来计算速度范数值；执行所述速度范数值与统计速度阈值的第二比较；以及基于所述第一比较和所述第二比较来识别所述多根缆线中的至少一根缆线或相关联部件的脱离。2.根据权利要求1所述的装置，其中所述速度范数值是包括所述多根缆线中的每根缆线的所述速度值的所述矢量的量值。3.根据权利要求2所述的装置，一个或多个处理器被配置为：部分地根据命令速度来计算所述统计速度阈值。4.根据权利要求3所述的装置，其中部分地根据贝叶斯滤波器来计算所述统计速度阈值。5.根据权利要求3所述的装置，其中部分地根据第一时间处的所述速度范数值和第二时间处的所述速度范数值的平均值来计算所述统计速度阈值。6.根据权利要求5所述的装置，其中部分地根据包括所述第一时间处的所述速度范数值和所述第二时间处的所述速度范数值的数据的时间序列的标准偏差来计算所述统计速度阈值。7.根据权利要求6所述的装置，一个或多个处理器被配置为：计算所述数据的时间序列的卡方值。8.根据权利要求1所述的装置，还包括：多个马达，所述多个马达分别耦接到所述多根缆线，其中所述多个传感器检测所述多个马达中的相应马达处的扭矩。9.根据权利要求8所述的装置，一个或多个处理器被配置为：根据所述外科工具的逆运动学模型计算所述多根缆线中的至少一根缆线的所述张力。10.根据权利要求9所述的装置，其中所...

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