在联动式控制模式中，外科医生用输入设备直接控制关联从操纵器的移动，同时响应该直接控制的从操纵器的指令运动而间接控制一个或多个非关联从操纵器的移动，以实现次级目标。通过经由联动式控制模式自动进行次级任务，由于减少了外科医生转换到另一个直接模式以手动实现期望的次级目标的需要，提高了系统的可用性。因此，联动式控制模式允许外科医生更好地集中于进行医疗程序并且更少地关注于操控系统。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术一般涉及医疗机器人系统，并且特别地，涉及提供联动式控制模式的医疗机器人系统。
技术介绍
微创手术是已知的，具有不同的名称(例如，内窥镜检查、腹腔镜检查、关节镜检查、血管内的、钥匙孔等)，通常特定于工作进行的解剖区。这种手术包括使用手执的并且遥控操作/遥控操纵/遥控呈现(机器人辅助/遥控机器人技术)的设备，诸如由加利福尼亚州Sunnyvale的Intuitive Surgical, Inc.制造的da Vincif!)':手术系统。进行诊断(例 如，活组织检查)和治疗程序(“医疗程序”)两者。器械可经手术切口或经自然孔经皮地插入患者。新型实验性微创手术变型是自然孔经腔道内窥镜手术(NOTES)，其中器械经自然孔(例如，嘴、鼻孔、耳道、肛门、阴道、尿道)进入并在体内由经腔切口(例如，在胃或结肠壁中)继续至手术部位。尽管利用da 贫手术系统的遥控操作手术提供了超过例如很多手执程序的很多益处，但对于一些患者和一些解剖区，da Vinci 手术系统可能不能有效地进入手术部位。另外，进一步减少切口的尺寸和数量通常有助于患者恢复并帮助减少患者损伤和不适。在这种医疗机器人系统中提供多个从操纵器(仆操纵器，slavemanipulator)，以实施有用的功能，诸如操纵器械对患者实施医疗程序，定位和定向成像系统诸如内窥镜成像设备以捕捉器械工作端的图像，和传递器械的工作端和成像系统的图像捕捉端至患者体内的工作位置。器械和成像系统(“医疗设备”)的工作端和图像捕捉端的传递利用一个或多个导向管和握住和操纵导向管(一个或多个)的结构。另外，主操纵器被用作输入设备以跟踪它们操作员的手的运动并向操作员提供指示它们关联从操纵器状态的适当触觉反馈。取决于它们的各自的功能，从操纵器和主操纵器(“机器人操纵器”)可以设计有不同的工作区和灵敏度。通常，由从操纵器操纵的医疗设备的可达工作区为它的远末端(例如，工作端或图像捕捉端)可达到的空间中的一组点和朝向。在另一方面，医疗设备的远末端的灵敏工作区通常识别可通过主要改变它的朝向(例如，改变朝向远末端的腕关节的位置)到达的空间中的一组点。作为解释，灵敏度是机器人操纵器控制它的关联医疗设备的工作端的位置(以有限的方式)和朝向的能力的量度。进一步地，其涉及接头自由度(即机器人操纵器/医疗设备的运动链中独立启动的接头的数量)和笛卡儿(Cartesian)/输出自由度，后者描述远末端的独立刚性主体位置和朝向。尽管输出(从操纵器)自由度(DOF)的数量通常为至多6个，但输入(主操纵器)接头DOF的数量在很大程度上根据主操纵器设计而变化。如可容易理解的，灵敏工作区通常为可达工作区的子集。为了使外科医生能够实现精细地控制器械的工作端，通常设计器械从操纵器以优化它们的灵敏度，甚至以牺牲它们总的可达工作区为代价。为了补偿这种限制，具有大的可达工作区的底座操纵器(basemanipulator)(诸如患者侧推车)可用于传递器械和成像系统从操纵器接近患者体内的进入孔(例如，微创切口或自然孔)。进一步地，当器械和成像系统被放在共同导向管内时，导向管用作次级底座，因为在该情况下导向管的移动有效地移动其中放置的所有器械和成像系统。随后，器械和成像系统从操纵器可最终传递它们各自医疗设备的工作端和图像捕捉端至患者体内的工作位置(例如，目标解剖结构)。医疗机器人系统的总体能力通过构成其的所有机器人操纵器的工作区和灵敏度之间的平衡实现。然而，每个操纵器的单独能力的不同必须清楚并很好地被用户了解，以便有效地利用该系统。对于用户而言，通常难于选择哪个操纵器由控制台控制和怎样移动它以实现患者体内它们各自医疗设备的期望“工作配置”，器械的工作端具有可能的最好灵敏度和伸展，同时以提供在工作位置上进行的医疗程序的良好可视化方式放置成像系统的捕捉端，而不干扰器械的移动。因此，期望提供这样的系统，该系统能够例如针对照相机操纵器和底座操纵器(导向管操纵器和/或用于移动装配臂的操纵器和/或对患者侧支持系统的支撑物)进行次级的或联动的控制移动，以便不分散用户在使用手术器械时进行医疗程序的注意力。自由度(DOF)的数量为独特地识别系统的姿势/配置的独立变量的数量。因为机器人操纵器是将(输入)接头空间绘制入(输出)笛卡儿空间的运动链，DOF的概念可在 这两个空间中的任一中进行表达。特别地，接头DOF组为针对所有独立控制接头的接头变量组。通常地，接头为提供单一平移(棱柱接头)或旋转(回旋接头)DOF的机构。根据运动学模拟透视图，任何提供多于一种的DOF运动的机构被考虑为两个或多个单独接头。笛卡儿DOF组通常由描述端受动器(或末端)标架相对于给定的笛卡儿参考标架的位置和朝向的三个平移(位置)变量(例如，前后(surge)、上下(heave)、左右(sway))和三个旋转(朝向)变量(例如欧拉角(Euler angle)或滚转/俯仰/偏离角度)代表。例如，具有安装在两个独立和垂直轨道上的端受动器的平面机构具有能够控制在两个轨道跨越的区域内的x/y位置(棱柱D0F)。如果端受动器可绕垂直于轨道平面的轴旋转，则存在对应于三个输出DOF (端受动器的x/y位置和朝向角度)的三个输入DOF (两个轨道位置和偏离角度)。尽管笛卡儿DOF的数量为至多六个一所有平移变量和朝向变量都独立控制的情形，但接头DOF的数量通常是涉及考虑机构复杂性和任务详情的设计选择的结果。因此，接头DOF的数量可多于、等于或少于六。对于非冗余运动链(kinematic chain),独立控制的接头的数量等于端受动器标架的移动性程度。对于一些棱柱和回旋的接头D0F，端受动器标架具有对应于平移(x/y/z位置)和旋转(滚转/俯仰/偏离朝向角度)运动组合的笛卡儿空间中相等数量的D0F(当处于单数配置时除外)。输入和输出DOF之间的差异在冗余或“有缺陷的”运动链(例如，机械操纵器)的情况下极其重要。特别地，“有缺陷的”操纵器具有少于六个的独立控制的接头并因此不能完全控制端受动器位置和朝向。相反，有缺陷的操纵器限于仅控制位置和朝向变量的子集。在另一方面，冗余的操纵器具有多于六个的接头D0F。因此，冗余的操纵器可使用多于一个的接头配置，以建立期望的6-D0F端受动器姿势。换言之，额外的自由度可用于不仅控制端受动器位置和朝向，而且控制操纵器本身的“形状”。除了运动学自由度，机构可具有其他D0F，诸如夹爪或剪刀刀片的枢轴转动杠杆运动。对规定DOF的空间考虑参考标架同样重要。例如，接头空间(例如，在两个连杆之间的接头旋转)的单一 DOF变化可导致结合附接至连杆之一的远末端的标架的笛卡儿平移变量和朝向变量变化的运动(远末端上的标架旋转和平移通过空间)。运动学描述了从一个测量空间到另一个的转换过程。例如，在运动链末端上使用接头空间测量以确定参考标架的笛卡儿空间位置和朝向是“正向”运动学。在运动链末端上使用参考标架的笛卡儿空间位置和朝向以确定要求的接头位置为“反向”运动学。如果存在任何回转接头，则运动学涉及非线性函数(三角函数)。
技术实现思路
本专利技术的方面的一个目的是提供联动式控制模式，其中一个或多个设备可被直接控制以实现初级目标，并且一个或多个其他设备可被间接控制以实现次级目标。这些和其他目的通过本专利技术本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：N·迪奥拉伊蒂，D·Q·拉金，C·J·莫尔，
申请(专利权)人：直观外科手术操作公司，
类型：
国别省市：
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