[发明专利]机器人手术系统的输入装置的重定位方法

说明书

相关专利的交叉引用

本申请案主张2015年2月19日提交的第62/118,123号美国临时专利申请案的权益和优先权，所述美国临时专利申请案的内容以全文引用的方式并入本文中。

背景技术

微创医疗操作中已经使用机器人手术系统。在医疗操作期间，通过外科医生与用户接口配合来控制机器人手术系统。所述用户接口允许外科医生操控作用于患者的末端执行器。用户接口包含输入控制器或可通过外科医生移动来控制机器人手术系统的手柄。

机器人手术系统通常使用比例因子来按比例缩小外科医生手部的动作以确定末端执行器在患者体内的期望位置，因此外科医生可以在患者内部更精确地移动末端执行器。然而，比例因子越大，外科医生就不得不越远地移动输入装置手柄从而以相同距离移动末端执行器。由于输入装置手柄具有固定运动范围，因此这意味着对于更大比例因子外科医生可能已经更频繁地到达输入手柄的运动范围尽头。接着，外科医生不得不“离合”手柄将输入手柄的运动从末端执行器分离，使得外科医生可以将手柄移动到用户接口的工作空间内当仪器保持稳定时远离运动范围尽头的新位置。一旦将输入手柄充分远离运动范围尽头移动，外科医生“重新离合”输入手柄与末端执行器，将输入手柄的运动重新联接到末端执行器的运动，从而完成末端执行器的期望移动。此离合过程耗时且会分散外科医生注意力。

需要机器人手术系统，其能够按比例缩小外科医生的输入手柄移动，同时还减少或消除对外科医生在机器人外科手术期间远离其运动范围尽头离合或移动输入手柄的需要。

发明内容

在本公开的一个方面中，一种机器人手术系统包含连杆机构、输入手柄和处理单元。连杆机构相对于底座可移动地支撑手术器械。输入手柄可在多个方向上移动。处理单元与输入手柄连通，并且与连杆机构以操作方式相关联，从而基于输入手柄的按比例缩放的移动而移动手术器械。缩放比例取决于输入手柄朝向工作空间的中心还是远离工作空间的中心移动而改变。工作空间表示输入手柄的移动范围。

在各方面中，处理单元经配置以将输入手柄朝向工作空间的中心的第一移动按比例缩放第一比例因子，并且将输入手柄远离工作空间的中心的第二移动按比例缩放不同于第一比例因子的第二比例因子。

在一些方面中，处理单元经配置以通过将第一移动的距离除以第一比例因子以及将第二移动的距离除以第二比例因子来按比例缩放输入距离。第一比例因子和第二比例因子可以在约1.0到约10.0的范围内，且第二比例因子可以大于第一比例因子。第一比例因子可以是第二比例因子的0.70倍与1.40倍之间。

在某些方面中，处理单元经配置以基于输入手柄距工作空间的中心的距离而改变缩放比例。处理单元可经配置以基于输入手柄距工作空间的中心和输入手柄移动界限中的至少一项的距离而线性地或以指数方式按比例缩放输入距离。处理单元可经配置以随着输入手柄的位置更远离工作空间的中心而增大手术器械的移动。处理单元可经配置以在输入手柄的位置更远离工作空间的中心时减小手术器械的移动。

在特定方面中，工作空间包含位于距工作空间的中心预定距离的第一部分。当输入手柄处于第一部分中时第一比例因子和第二比例因子可以是恒定的，而当输入手柄在第一部分外侧时第一比例因子或第二比例因子中的至少一个改变。

在本公开的另一方面中，一种机器人手术系统包含连杆机构、输入手柄和处理单元。连杆机构相对于底座可移动地支撑手术器械。输入手柄可在第一输入方向上移动第一输入距离且在与第一输入方向相反的第二输入方向上移动第二输入距离。第二输入距离不同于第一输入距离。处理单元与输入手柄连通并与连杆机构以操作方式相关联从而移动手术器械。处理单元经配置以响应于第一输入距离而使手术器械在第一输出方向上移动一输出距离，并且响应于第二输入距离而使手术器械在与第一输入方向相反的第二向外方向上移动相同的输出距离。

在本公开的另一方面中，一种操作手术机器人的方法包含：检测可在多个方向上移动的输入手柄的多个移动；将输入手柄朝向工作空间的中心的所检测移动按比例缩放第一比例因子；将输入手柄远离工作空间的中心的所检测移动按比例缩放不同于第一比例因子的第二比例因子；以及基于按比例缩放的所检测移动而致动连杆机构来移动由连杆机构可移动地支撑的手术器械。

在各方面中，所述方法包含：将输入手柄朝向工作空间的中心的所检测移动的距离除以第一比例因子，以及将输入手柄远离工作空间的中心的所检测移动的距离除以第二比例因子。