[发明专利]用于内窥镜辅助机器人的人-机器人共享控制

说明书

技术领域

本发明大体涉及机器人手术系统的领域，并且更具体地涉及用于控制机器人手术系统，特别是内窥镜机器人系统的机器人控制器和过程。

本申请要求2009年11月16日提交的序号No 61/261,390的美国临时申请的优先权，通过引用的方式将该临时申请并入本文。

背景技术

内窥镜是用于对体腔或器官的内部进行可视化的照明光学仪器。典型地，内窥镜是在前端上具有小的摄像机的长管子，并且拖尾的数据电缆形成后端。该电缆附着到监视器，该监视器示出手术部位的放大内部视图。仪器可用于改变长度、直径和柔性（flexibility）。光纤内窥镜具有极大的柔性，这允许它到达以前达不到的区域。

可以经由身体中的天然开口引入内窥镜，或可以经由切口插入内窥镜。用于观察身体的特定区域的仪器包括支气管镜、膀胱镜、胃镜、腹腔镜、耳镜和阴道镜。所有这些镜和类似的镜在本文都称为内窥镜。

内窥镜检查是在手术期间内窥镜的使用。内窥镜检查的目的是提供微创手术。在传统手术中，身体被打开，主要是使得外科医生能够看到他正在操作的部位。在微创手术中，不是将患者切割开，而是内窥镜检查通过允许外科医生使用内窥镜看到操作部位来允许外科医生经由小切口进行操作。这些较小的侵入性过程导致对患者的较小的外伤和疼痛。经由较小切口的手术通常导致较小的结疤和较快的恢复。

机器人辅助的手术是在内窥镜检查中的最新发展。机器人臂连接到内窥镜以将内窥镜保持在适当的位置。机器人包括用于移动机器人臂以在手术期间移动内窥镜的电机。机器人还包括用于接收来自外科医生的移动内窥镜的命令的用户输入系统。该输入系统可以包括与图形用户界面一起使用的键盘或操纵杆或鼠标或语音识别和话筒。机器人还包括用于执行预编程任务的控制器，以响应于外科医生所提供的命令来移动内窥镜。

Prisco等人的美国公开文本2007/0142823公开了具有机器人控制系统的机器人手术系统，该机器人控制系统具有正常操作模式和离合操作模式。使用按钮来在正常模式和离合模式之间切换。在正常模式中，机器人臂使用诸如操纵杆之类的输入设备在主/从模式下操作，以引导机器人臂移动。在离合模式下，可以直接由外科医生通过抓握机器人臂并且移动它们来操纵机器人臂。在离合模式下，控制系统操作机器人臂的电机来补偿内部产生的摩擦和惯性阻力以提供对机器人臂的位置的容易操纵。

EndoAssist（Prosurgics Ltd，UK）是在Sashi S.Kommu等人的“Initial Experience With The Endoassist Camera-Holding Robot In Laparoscopic Urological Surgery”（J Robotic Surg(2007)1:133-137）中描述的具有主/从架构的内窥镜助理的示例。外科医生通过安装在头部的红外传感器所测量的头部运动来控制机器人。为了激活机器人控制，外科医生需要释放脚踏板。

如在A.Arezzo等人的“Experimental Assessment Of A New Mechanical Endoscopic Solosurgery System”（Surg Endosc(2005)19:581-588）中描述的一种非机器人被动系统Endofreeze（Aesculap，Germany）使用柔性的被动手臂来支承内窥镜，而不具有主动部件。

Kwon等人的“Intelligent Laparoscopic Assistant Robot Through Surgery Task Model:How to Give Intelligence To Medical Robots ISBN978-3-902613-18-9”第15章描述了一种共享控制系统，其中机器人能够跟随工具并且执行类似的自动任务，但外科医生可以使用语音控制和激活按钮/踏板来接管控制。

发明内容

在本申请的发明的一个方面中，一种手术系统包括具有主动操作模式和非主动操作模式两种操作模式的机器人。在主动模式中，机器人在手术过程期间控制诸如内窥镜之类的手术工具的重定位。在非主动操作模式中，机器人实质上是不活动的和刚性（rigid）的。机器人具有预编程有在手术过程期间执行的预定任务的控制器。该手术系统包括与控制器通信的用户输入，用于使用户启动以主动模式执行预编程任务；