CN112770690A 用于对接医疗器械的系统和方法 （奥瑞斯健康公司）

PCT/US2019/053639201WO2020/069430EN2020.04.某些方面涉及用于对接医疗器械的系统和转并接合机器人医疗器械上的对应的驱动输入于来自与驱动输出部相关联的扭矩传感器的扭矩信号而启用与驱动输出部相关联的马达以旋2驱动输出部，所述驱动输出部构造成旋转和接扭矩传感器，所述扭矩传感器与所述驱动输出部至少一个计算机可读存储器，所述至少一个计算机可读存储器与至少一个处理器通少一个处理器响应于来自与所述驱动输出部相关联的所述扭矩传感器的扭矩信号来启用2.根据权利要求1所述的系统，其中所述指令致使所述处理器旋转所述驱动输出部以3.根据权利要求1所述的系统，其中所述指令致使所述处理器响应于所述扭矩信号超4.根据权利要求3所述的系统，其中所述指令致使所述处理器响应于所述扭矩信号下5.根据权利要求1所述的系统，其中所述扭矩信号指示施予在所述驱动输出部上的扭6.根据权利要求1所述的系统，其中所述马达的旋转速度与基于所述扭矩信号确定的8.根据权利要求1所述的系统，其中所述驱动输出部是齿轮并且所述驱动输入部是承9.根据权利要求1所述的系统，其中所述驱动输出部是承窝并且所述驱动输入部是齿所述处理器响应于所述扭矩信号来启用与所述驱动输出部相关联的所述马达以旋转所述12.根据权利要求11所述的系统，其中所述应变仪定位在所述器械驱动机构的外壳和响应于来自所述扭矩传感器的所述扭矩信号超过阈值来启用与所述驱动输出部相关3响应于来自所述扭矩传感器的所述扭矩信号下降到低于所述阈值来停用所述马达以15.根据权利要求14所述的计算机可读介质，其中所述指令配置为致使至少一个处理述机器人医疗器械包括与所述驱动输入部相关联的至16.根据权利要求14所述的计算机可读介质，其中所述扭矩信号指示施予在所述驱动17.根据权利要求14所述的计算机可读介质，其中所述指令配置为致使所述马达以与基于所述扭矩信号确定的测量扭矩成比例的旋转速18.根据权利要求14所述的计算机可读介质，其中所述指令配置为致使所述马达以恒述指令致使所述至少一个处理器响应于所述扭矩信号来启用与所述驱动输出部相关联的20.一种用于使器械驱动机构的驱动输出部与机器人医疗器械的驱动输入部对准的方从与所述器械驱动机构的所述驱动输出部相关联响应于所述扭矩信号超过所述阈值来启用所述器械驱动机构的与所述驱动输出部相响应于来自所述扭矩传感器的所述扭矩信号下降到低于所述阈值来停用所述马达以21.根据权利要求20所述的方法，其中旋转所述驱动输出部以使所述驱动输出部与所22.根据权利要求21所述的方法，其中所述机器人医疗器械包括与所述驱动输入部相23.根据权利要求20所述的方法，其中所述扭矩信号指示施予在所述驱动输出部上的24.根据权利要求20所述的方法，其中所述马达的旋转速度与基于所述扭矩信号确定26.根据权利要求20所述的方法，其中所述驱动输出部是齿轮并且所述驱动输入部是27.根据权利要求20所述的方法，其中所述驱动输出部是承窝并且所述驱动输入部是28.根据权利要求20所述的方法，其中启用步骤和停用步骤在处于负载器械状态时发4驱动输出部，所述驱动输出部构造成旋转和接合机扭矩传感器，所述扭矩传感器与所述驱动输出部至少一个计算机可读存储器，所述至少一个计算机可读存储器与至少一个处理器通致使所述马达沿第二方向旋转所述驱动输出部，直到30.根据权利要求29所述的系统，其中所述旋转距离指示所述驱动输出部和所述驱动31.根据权利要求29所述的系统，其中所述扭矩信号超过所述阈值指示所述驱动输出32.根据权利要求29所述的系统，其中所述指令致使所述至少一个处理器旋转所述驱33.根据权利要求29所述的系统，其中所述驱动输出部是齿轮并且所述驱动输入部是34.根据权利要求29所述的系统，其中所述驱动输出部是承窝并且所述驱动输入部是处理器响应于所述扭矩信号来启用与所述驱动输出部相关联的所述马达以旋转所述驱动36.根据权利要求35所述的系统，其中所述系统在所述医疗器械对接到所述器械驱动38.根据权利要求37所述的系统，其中所述应变仪定位在所述器械驱动机构的外壳和5启用与器械驱动机构的驱动输出部相关联的马达以沿第一方向旋转所述驱动输出部，致使所述马达沿第二方向旋转所述驱动输出部，直到41.根据权利要求40所述的计算机可读介质，其中所述旋转距离指示所述驱动输出部42.根据权利要求40所述的计算机可读介质，其中所述扭矩信号超过所述阈值指示所43.根据权利要求40所述的计算机可读介质，其中所述指令致使所述至少一个处理器令致使所述至少一个处理器响应于所述扭矩信号来启用与所述驱动输出部相关联的所述45.根据权利要求44所述的计算机可读介质，其中所述系统在所述医疗器械对接到所启用与器械驱动机构的驱动输出部相关联的马达以沿第一方向旋转所述驱动输出部，致使所述马达沿第二方向旋转所述驱动输出部，直到47.根据权利要求46所述的方法，其中所述旋转距离指示所述驱动输出部和对接到所48.根据权利要求47所述的方法，其中所述扭矩信号超过所述阈值指示所述驱动输出49.根据权利要求48所述的方法，还包括旋转所述驱动输出部以使所述医疗器械的细驱动输出部，所述驱动输出部构造成旋转和接传感器，所述传感器配置为检测所述机器人医疗器至少一个计算机可读存储器，所述至少一个计算机可读存储器与至少一个处理器通6基于所述传感器的输出确定所述机器人医疗器械在所述器械驱动机构的所述阈值负启用与所述驱动输出部相关联的所述马达以致使所述驱动输出部摆动以便于所述驱51.根据权利要求50所述的系统，其中所述指令将所述处理器进一步配置为将所述马55.根据权利要求50所述的系统，其中所述驱动输出部的摆动包括所述驱动输出部沿56.根据权利要求50所述的系统，其中所述驱动输出部的摆动包括所述驱动输出部沿基于器械驱动机构上的传感器的输出确定机器人医疗器械在所述器械驱动机构的阈65.根据权利要求60所述的方法，其中所述驱动输出部的摆动包括所述驱动输出部沿66.根据权利要求60所述的方法，其中所述驱动输出部的摆动包括所述驱动输出部沿78预张紧牵拉线的机器人医疗器械对接到对应理器响应于来自与所述驱动输出部相关联的所述扭矩传感器的扭矩信号而启用与所述驱多者：(a)其中所述指令致使所述处理器旋转所述驱动输出部以使所述驱动输出部与对应的驱动输出部对准；(b)其中所述指令致使所述处理器响应于所述扭矩信号超过阈值而启用所述马达；(c)其中所述指令致使所述处理器响应于所述扭矩信号下降到低于所述阈值其中所述指令致使所述处理器启用所述马达以致使所述马达沿与所施予的扭矩的所述方向相同的方向旋转；(e)其中所述马达的旋转速度与基于所述扭矩信号确定的测量扭矩成9(k)其中所述应变仪定位在所述器械驱动机构的外壳和所述马达之间；所述扭矩传感器的所述扭矩信号超过阈值而启用与所述驱动输出部相关联的马达以旋转或多者：(a)其中所述指令被配置为致使至少一个处理器旋转所述驱动输出部以使所述驱动输入部相关联的至少一根预张紧牵拉线；(b)其中所述扭矩信号指示施予在所述驱动输述马达沿与所施予的扭矩的所述方向相同的方向旋转；(c)其中所述指令被配置为致使所述马达以与基于所述扭矩信号确定的测量扭矩成比例的旋转速度旋转所述驱动输出部；者(e)其中当所述系统处于负载器械状态时，所述指令致使所述至少一个处理器响应于所述扭矩信号而启用与所述驱动输出部相关联的所述马达号下降到低于所述阈值而停用所述马达以致使所述马达停止中旋转所述驱动输出部以使所述驱动输出部与所述机器人医疗器械的所述驱动输入部对(c)其中所述扭矩信号指示施予在所述驱动输出部上的扭矩的方向，并且其中所述方法包括启用所述马达以致使所述马达沿与所施予的扭矩的所述方向相同的方向旋转；(d)其中所述马达的旋转速度与基于所述扭矩信号确定的测量扭矩成比例；(e)其中所述马达的旋中所述旋转距离指示所述驱动输出部和所述驱动输入部之间的间隙；(b)其中所述扭矩信号超过所述阈值指示所述驱动输出部接触所述驱动输入部；(c)其中所述指令致使所述至述旋转至少部分地基于所确定的旋转距离；(d)其中所述驱动输出部是齿轮并且所述驱动部对准；(g)其中所述系统在所述医疗器械对接到所述器械驱动机构之后进入所述复位状理器：启用与器械驱动机构的驱动输出部相关联的马达以沿第一方向旋转所述驱动输出或多者：(a)其中所述旋转距离指示所述驱动输出部和对接到所述器械驱动机构的机器人医疗器械的驱动输入部之间的间隙；(b)其中所述扭矩信号超过所述阈值指示所述驱动输出部接触所述驱动输入部；(c)其中所述指令致使所述至少一个处理器旋转所述驱动输出扭矩信号超过阈值时的第一旋转位置为止；致使所述马达沿第二方向旋转所述驱动输出[0017]所述方法可以任何组合包括以下特征中的一者或多者：(a)其中所述旋转距离指示所述驱动输出部和对接到所述器械驱动机构的机器人医疗器械的驱动输入部之间的间或者(c)旋转所述驱动输出部以使所述医疗器械的细长轴进行关节运动，并且其中所述旋配置为检测所述机器人医疗器械的所述柄部在距所述器械驱动机构的阈值负载距离内的[0019]所述系统可以任何组合包括以下特征中的一者或多者：(a)其中所述指令将所述[0021]所述方法可以任何组合包括以下特征中的一者或多者：(a)将所述马达置于导纳器是接近传感器；(c)其中所述传感器是磁性传感器；(d)其中所述传感器是RFID读取器；(e)其中所述驱动输出部的摆动包括所述驱动输出部沿顺时针方向和逆时针方向来回旋转中所述驱动输出部的摆动包括所述驱动输出部沿顺时针方向和逆时针方向来回旋转不超[0022]下文将结合附图描述所公开的方面，该附图被提供以说明而非限制所公开的方[0023]图1示出了被布置用于诊断性和/或治疗性支气管镜检查的基于推车的机器人系[0033]图11提供了图5至图10的基于台的机器人系统的台和立柱之间的接口的详细图[0042]图20描绘了根据示例性实施方案的示出定位系统的框图，该定位系统估计图1至驱动机构包括被构造成接合医疗器械的对应的多个驱动[0044]图22A和图22B分别示出了医疗器械的器械柄部的实施方案的该医疗器械包括被构造成接合器械驱动机构的对应的多个[0047]图25A至图25D示出了驱动输出部与驱动输入部的对准。图25A示出了处于第一不对准位置的驱动输出部和驱动输入部。图25B示出了处于第二不对准位置的驱动输出部和图25C所示的对准过程期间与驱动输出部相关联[0049]图27为示出用于使器械驱动机构的驱动输出部与医疗器械的驱动输入部对准的[0050]图28A至图28D示出了使用驱动输出部和驱动输入部进行的示例性复位过程。图置用于诊断性和/或治疗性支气管镜检查的基于推车的机器人使能的系统10的实施方案。器械诸如可操纵内窥镜13(其可以是用于支气管镜检查的规程特定的支气管镜)递送至自通过将一个或多个机器人臂12操纵到不同角度和/或方位而在空间中被重新定位。本文所镜13的通路同时使由内窥镜13弯曲到患者的口中引起可以由操作医师和他/她的工作人员更容易地调整和/或重新定位的更小形状因子的推车算机的控制系统将计算机程序指令存储在例如非暂态计算机可读存储介质诸如永磁存储摸屏。系统10中的控制台通常设计成提供机器人控制以及规程的术前信息和实时信息两[0070]图2提供了来自图1所示的基于推车的机器人使能的系统的推车11的实施方案的[0074]机器人臂12通常可包括由一系列连杆23分开的机器人臂基部21和的期望点定位和导向医疗器械，同时允许医师将臂关节移动到远离患者如，推车基部15包括允许推车11在规程之前容易地围绕房间移动的可滚动的轮形脚轮25。[0076]定位在柱14的竖直端部处的控制台16允许用于接收用户输入的用户界面和显示[0077]图3示出了被布置用于输尿管镜检查的机器人使能的系统10的实施方案。在输尿管镜规程中，推车11可被定位成将输尿管镜32(被设计成横穿患者的尿道和输尿管的规程输尿管和肾中以使用沿输尿管镜32的工作通道向下部署的激光或超声碎石装置来打碎积[0079]图4示出了类似地布置用于血管规程的机器人使能的系统10的实施方案。在血管者的腿和下腹部，以允许机器人臂12提供直接线性进入患者的大腿/髋部区域中的股动脉规程的这样的机器人使能的系统的实施方案。系统36包括用于将平台38(示出为“台”或的端部执行器包括器械驱动器42，其被设计成通过或沿着由器械驱动器42的线性对准形成成像的C形臂可以通过将发射器和检测器放置在台38周围而定位在患者的上腹部区域上43不需要环绕柱37或甚至是圆形的，但如图所示的环形形状有利于托架43围绕柱37旋转，[0085]台基部46具有与图2所示的推车11中的推车基部15类似的功能，容纳较重的部件括主控制器或控制台，其提供用于用户输入的用户界面(诸如键盘和/或挂件)以及用于术[0088]图8示出了被构造用于输尿管镜检查规程的机器人使能的基于台的系统的实施方出)，机器人臂39可以沿着虚拟轨道57将输尿管镜56直接插入患者的腹股沟区域中以到达将器械59定位成穿过患者两侧上的最小切口以[0090]为了适应腹腔镜检查规程，机器人使能的台系统还可将平台倾斜到期望的角钉5的旋转将使得能够在一条轴线1中进行倾斜调整，而沿着另一个螺钉6的旋转将使得能器官通过重力滑向他/她的上腹部，从而清理出腹腔以使微创工具进入并且执行下腹部外[0093]图12和图13示出了基于台的外科机器人系统100的另选实施方案的等轴视图和端视图。外科机器人系统100包括可被构造成相对于台101支撑一个或多个机器人臂(参见例件105可包括托架109，该托架被构造成沿着或相对于支撑台101的柱102向上或向下运动。旋转接头可允许可调式臂支撑件105在特伦德伦伯格卧位与床对准。第三自由度可允许可[0095]图12和图13中的外科机器人系统100可包括由安装到基部103的柱102支撑的台。[0097]托架109可通过第一接头113附接到柱102，该第一接头允许托架109相对于柱102[0098]图14示出了根据一个实施方案的具有安装在台101的相对侧上的两个可调式臂支器人臂142A的远侧端部包括可附接到一个或多个机器人医疗器械或工具的器械驱动机构部(包括肘部俯仰的1个自由度)、肩部(包括肩部俯仰和偏航的2个自由度)以及基部144A、执行器从由具有至少一个自由度的连接叉形成的关节腕和外科工具或医疗器械(例如，抓握器或剪刀)延伸，当驱动输入部响应于从器械驱动器75的驱动输出部74接收到的扭矩而拉线中的张力引起的径向力。为了特定目的，可以改变或设计螺旋的角度和/或其间的间远侧端部处包括用于部署外科工具(或医疗器械)、对手术区域进行冲洗和/或抽吸的工作[0110]在器械70的远侧端部处，远侧末端还可以包括用于递送用于诊断和/或治疗的工[0111]在图16的示例中，驱动轴轴线以及因此驱动输入部轴线与细长轴71的轴线使细长轴71滚动会引起当腱从驱动输入部73延伸出去并且进入到细长轴71内的牵拉腔时，一个驱动单元驱动的器械驱动器80的旋转组件83中。响应于由旋转驱动单元提供的扭矩，[0113]与先前所公开的实施方案类似，器械86可以包括细长轴部分88和器械基部87(出部89和器械轴88的轴线的平行允许轴在不会使任何控制[0115]图18示出了根据一些实施方案的具有基于器械的插入架构的器械。器械150可联[0118]本文所述的机器人系统中的任一个机器人系统可包括用于操纵附接到机器人臂柄部184。柄部184中的每个柄部连接到万向支架186。每个万向支架186连接到定位平台[0121]如图19所示，每个定位平台188包括通过棱柱接头196联接到柱194的SCARA臂(选[0124]传统的内窥镜检查可以涉及使用荧光透视(例如，如可以通过C形臂递送的)和其[0125]图20是示出根据示例实施方案的估计机器人系统的一个或多个元件的位置(诸如器械的位置)的定位系统90的框图。定位系统90可以是被配置成执行一个或多个指令的一组一个或多个计算机装置。计算机装置可以由上文讨论的一个或多个部件中的处理器(或于参考系的位置和/或取向的数据或逻辑。参考系可以是相对于患者解剖结构或已知对象[0127]现在更详细地描述各种输入数据91_94。术前标测可以通过使用低剂量CT扫描的模块95可处理视觉数据92以实现一个或多个基于视觉的(或基于图像的)位置跟踪模块或(例如，在内窥镜的远侧端部处的相机)处捕获的实时图像与图像库中的那些图像进行比[0130]光流(另一种基于计算机视觉的技术)可以分析视觉数据92中的视频序列中的图器(或跟踪器)测量由定位在已知位置处的一个或多个静态EM场发生器产生的EM场的变化。由EM传感器检测的位置信息被存储为EM数据93。EM场发生器(或发射器)可以靠近患者放坐标系中的单个位置与患者的解剖结构的术前模型中的方位对准的几何变换。一旦配准，[0132]机器人命令和运动学数据94也可以由定位模块95使用以提供用于机器人系统的概率方法，其中定位模块95向根据输入数据91_94中的每个输入数据确定的位置分配置信的位置的置信度可能降低，并且定位模块95可能更重地依赖于视觉数据92和/或机器人命机程序指令存储在例如非暂态计算机可读存储介质(诸如永久性磁存储驱动器、固态驱动窥镜可包括被构造成与机器人臂上的器械驱动机构(IDM)对接的基部或柄部。器械驱动机疗系统诸如上文参考图1至图20所讨论的那些以及下文所讨论的那些和其他机器人系统一起使用。示例性医疗器械和器械驱动机构在上文例如参考图15至图18以及在下文进行描程期间使用。[0142]医疗器械70的其他实施方案可包括预张紧牵拉线。对于这些器械(其包括预张紧牵拉线)的一些实施方案，驱动输入部73的任何旋转均可致使牵拉线进行对应的致动。例出部74上的所测量的扭矩减小或下降到零时，系统确定驱动输出部74与驱动输入部73对的自动对准系统可有利地与包括预张紧牵拉线的医疗器械一起使[0145]所公开的系统和方法的这些和其他特征以及优点将在下文参考图21A至图29所示[0146]图21A和图21B分别示出了器械驱动机构200的实施方案的等轴视图和端视图，该器械驱动机构包括被构造成接合医疗器械的对应的多个驱动输入部的多个驱动输出部208将旋转运动(或取决于实施方案的其他运动)从器械驱动机构208中的马达传递到医疗[0149]图22A和图22B分别示出了医疗器械的器械柄部220的实施方案的等轴视图和端视被构造成由器械驱动机构200的驱动输出部208驱动的可旋转元件。在例示的实施方案中，驱动输入部228被构造为凹入到附接面224中的插座或承窝，但驱动输入部228的其他构型成确定医疗器械在正在对接到或已经对接到器械驱动机构200的过程中的时间。接近传感[0152]图23示出了器械驱动输出部208的实施方案的透视图，该器械驱动输出部在器械因为齿209在沟槽229内对准，所以驱动输入部228在驱动输出部208上不施予任何扭矩或[0155]图25A至图25D示出了可用于在将医疗器械对接到器械驱动机构期间使驱动输出部208与驱动输入部228对准的示例性对准过程。图25A至图25C示出了驱动输出部208和驱的一个或多个驱动输出部208和医疗器械的一个或多个驱动输入部228将不会正确地对准。[0160]图25D示出了在图25A至图25C所示的对接和对准过程期间与驱动输出部208相关[0165]图26为示出医疗系统300的实施方案的框图，该医疗系统被构造成使器械驱动机考图25A至图25D所描述的以及将在下文参[0166]如图26所示，系统300可包括一个或多个处理器302以及与处理器302通信的一个或多个计算机可读介质或存储器304。存储器304可配置有将处理器302配置为执行各种特医疗器械314的驱动输入部318。因此，驱动输出部312可包括适于传递旋转运动的任何结[0169]如图26所示，器械驱动机构306还可包括传感器308，诸如所例示的扭矩传感器[0172]器械柄部316可包括驱动输入部318，该驱动输入部被构造成与器械驱动机构306细长轴320进行关节运动或操作定位在细长轴320的远侧端部处的工具。在一些实施方案[0175]图27为示出使器械驱动机构的驱动输出部与医疗器械的驱动输入部对准的示例定系统是否处于器械负载状态可以是自动的(例如基于器械驱动机构和医疗器械中的接近[0183]图28A至图28D示出了使用上述驱动输出部208和驱动输入部228的示例性复位过可用于估计或确定驱动输出部208的齿209和驱动输入部228的沟槽229之间的间隙g的大隙g可存在于第二侧上，或者间隙g的一部分可存在于第一侧上并且间隙g的另一部分可存[0185]图28B示出了作为确定间隙g的大小的复位过程的一部分，驱动输出部208可沿第[0187]然后第一旋转位置(图28B所示)和第二旋转位置(图28C所示)之间的旋转距离可[0188]图28D示出了在图28A至图28C所示的复位过程期间与驱动输出部相关联的扭矩传驱动输入部228对准。在时间tb(其表示图28B的状态)处，扭矩τ已增加到高于扭矩阈值+[0189]图29是示出用于医疗系统的示例性复位方法500的流程图。医疗系统可以是例如输出部必须在其沿相反方向接触驱动输入部之[0194]图30示出了在将医疗器械对接到器械驱动机构期间机器人医疗系统600的示例。[0195]机器人医疗器械610可被构造成对接到器械驱动机构602，使得器械驱动机构602动输出部604可被构造成与机器人医疗器械610的基部或柄部612上的对应的器械驱动输入确定机器人医疗器械610在器械驱动机构602的阈值负载距离D内的时间。在一些实施方案[0198]在一些实施方案中，当器械驱动机构602在机器人医疗器械的阈值对接距离D内[0205]引用本文所述的特定计算机实施的过程/功能的短语可作为一个或多个指令存储储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、快闪存储器、致密盘只读存储器(CD_据结构的形式的期望的程序代码并且可以由计算机访问的任何其他介质。应当指出的是，特定步骤和/或动作的顺序和/或使用。[0209]提供对所公开的具体实施的前述具体实施方式以使得本领域的任何技术人员能