CN110719760A - 用于成像装置的控制器 - Google Patents

Abstract

控制器包括附接构件和界面。附接构件被配置为将控制器固定到临床医生的手上。界面包括被配置为操作手术系统的成像装置的第一控制器。控制器可以固定在临床医生的手指上，并且可以被临床医生的同一只手的拇指接合。可替代地，控制器可以被设置在临床医生的手掌中并且被所述手的手指接合。

Description

用于成像装置的控制器

背景技术

机器人手术系统例如远程手术系统用于执行微创手术过程，其与传统的开放式手术技术相比，提供了许多益处，包括减轻疼痛、缩短住院时间、更快地恢复正常活动、最小化疤痕、减少恢复时间以及减少对组织的伤害。

机器人手术系统可以具有多个机器人臂，其响应于查看图像的外科医生移动输入装置而移动附接的器械或工具，例如图像捕获装置、缝合器、电手术器械等，所述图像由手术部位的图像捕获装置捕获。在机器人手术过程中，每个工具通过自然或切口的开口被插入患者内，并定位成在手术部位处操纵组织。开口围绕患者的身体放置，使得手术器械可以用于协作地执行机器人手术程序，并且图像捕获装置(例如，内窥镜)可以观察手术部位。

机器人手术系统通常可以包括显示器，该显示器显示手术部位的图像、图形表示或其组合，使得操作机器人手术系统的外科医生可以利用用户界面准确地操纵手术部位内的工具。在外科手术过程中，外科医生可能需要改变手术部位的视点，从而需要操纵或调整图像捕获装置。通常，图像捕获装置的操纵或调整需要外科医生从工具的控件中移开其手以调整图像捕获装置或请求助手操纵或调整图像捕获装置。这两种选择都导致机器人手术过程中的不连续和/或延迟。

因此，需要用于在机器人手术过程中以更有效的方式重定向图像捕获装置的视点的方法和/或装置。

发明内容

本公开一般地涉及基于手的控制器，其允许临床医生在机器人手术过程期间重定向图像捕获装置的视点，而不需要临床医生从手术工具的控件中移开他们的手。

在本公开的一方面，控制器包括附接构件和界面。附接构件被配置为将控制器固定到临床医生的手上。界面包括被配置为操作手术系统的成像装置的第一控制器。

在各方面中，附接构件具有环形形状，并且被配置成将控制器固定到临床医生的指头。附接构件可以是可调节的。第一控制器可以是操纵杆。

在一些方面，界面包括具有第一位置和第二位置的第二控制器。当第二控制器处于第一位置时，第一控制器可以具有第一模式，并且当第二控制器处于第二位置时，第一控制器可以具有第二模式。第一控制器可以被配置为在第一模式下操作成像装置的摇摄功能，并且可以被配置为在第二模式下操作成像装置的旋转和变焦功能。第二控制器可以是按钮或开关。替代地，第二控制器可以是可由临床医生的手的指头接合的触敏表面。

在某些方面，第一控制器是可由临床医生的手的指头接合的触敏表面。界面可以设置在临床医生的手的手掌中。附加地或可替代地，界面可以设置在戴在临床医生的手上的手套上。

在本公开的另一方面，机器人手术系统包括处理单元、手术机器人和用户界面。手术机器人被配置成从处理单元接收命令，并且包括第一工具和成像装置。第一工具由第一连杆支撑，并且成像装置由成像连杆支撑。用户界面与处理单元通信并且被配置为操作手术机器人。用户界面包括显示器、第一控制臂和图像控制器。第一控制臂被配置为操作第一工具。图像控制器包括附接构件和界面。附接构件配置成将图像控制器固定到与第一控制臂接合的临床医生的手柄。界面包括第一控制器，该第一控制器被配置为操作成像装置以操纵显示器上的图形表示。

在各方面中，图像控制器可以与处理单元无线通信。手术工具可以包括由第二连杆支撑的第二工具，并且用户界面可以包括被配置为操作第二工具的第二控制臂。同时并且彼此独立地，第一控制臂可以操作第一工具，第二控制臂可以操作第二工具，并且图像控制器可以操作成像装置。

在本公开的另一方面，操作机器人手术系统的成像装置的方法包括：使用户界面的控制臂与手接合以操作手术机器人的第一工具，并使图像控制器与和控制臂接合的手柄的指头接合以操作手术机器人的成像装置。图像控制器附接在临床医生的手上。

在各方面中，使图像控制器与和控制臂接合的手的指头接合包括将图像控制器与和控制臂接合的手的指头接合。使图像控制器与和控制臂接合的手的指头接合可以包括使图像控制器与和控制臂接合的手的拇指接合。图像控制器可以支撑在手的另一只指头上。

进一步地，在一致性程度上，本文描述的任何方面都可以与本文描述的任何或所有其它方面结合使用。

附图说明

下文参照并入本说明书中并构成本说明书的一部分的附图描述了本公开的各个方面，在附图中：

图1是根据本公开的用户界面和机器人系统的示意性图示；

图2是根据本公开的图1的用户界面的示例性成像控制器的侧视图；

图3是根据本公开的与图1的用户界面一起使用的另一成像控制器的侧视图；和

图4是根据本公开的与图1的用户界面一起使用的另一成像控制器的侧视图。

具体实施方式

现在参照附图对本公开的实施例进行详细的说明，在附图中，相似的附图标记指代若干视图中的每个视图中的完全相同或对应的元件。如本文中所使用，术语“临床医生”是指医生、护士或任何其它医护人员，且可包含辅助人员。在整个说明书中，术语“近侧”是指最靠近临床医生或手术机器人臂的装置或装置组件的部分，且术语“远侧”是指离临床医生或手术机器人臂最远的装置或装置组件的部分。在整个说明书中，术语“手指(finger)”是指除拇指以外的临床医生的手的指头，并且术语“指头(digit)”是指临床医生的手指或拇指。

本公开一般地涉及成像控制器，其允许临床医生在机器人手术过程期间重定向图像捕获装置的视点，而不需要临床医生从手术工具的控件中移开他们的手。通过不需要临床医生将其注意力从手术工具上转移，可以提高机器人手术程序的效率，从而降低成本并改善手术效果。

在实施例中，成像控制器是设置在临床医生的手指周围的环状结构，其可由临床医生的拇指接合。成像控制器可以包括操纵杆和/或一个或多个按钮，以允许临床医生重定向图像捕获装置的视点。在一些实施例中，成像控制器包括设置在临床医生的手掌上的控制器，该控制器可由临床医生的指头接合。成像控制器可以包括具有附接到柔性结构上的分立的电子组件的柔性电子花纹(tattoo)。控制器可以设置在临床医生戴的手套上或手套内。

参考图1，根据本公开的机器人手术系统1一般地示为机器人系统10、处理单元30和用户界面40。机器人系统10一般地包含连杆或臂12和机器人底座18。臂12可移动地支撑具有端部执行器22的工具20，该端部执行器22被配置为作用在组织上。臂12每一个具有支撑工具20的端部14。另外，臂12的端部14可包含用于使手术部位“S”成像的成像装置16。用户界面40通过处理单元30与机器人底座18通信。

用户界面40包含被配置成显示三维图像的显示装置44。显示装置44显示手术部位“S”的三维图像，所述三维图像可包含通过位于臂12的端部14上的成像装置16捕捉的数据，和/或包含通过位于手术现场周围的成像装置(例如，位于手术部位“S”内的成像装置、位于患者附近的成像装置、位于成像连杆或臂52的远端处的成像装置56)捕捉的数据。成像装置(例如，成像装置16、56)可以捕获视觉图像、红外图像、超声图像、X射线图像、热图像和/或手术部位“S”的任何其它已知的图像。成像装置56可以是附接到成像连杆52上的内窥镜，其可由临床医生控制，如下所述。成像装置将捕获的成像数据传输到处理单元30，所述处理单元根据成像数据实时地创建手术部位“S”的三维图像并且将三维图像传输到显示装置44以供显示。

用户界面40还包含支撑在控制臂42上的输入手柄43，所述输入手柄允许临床医生操控机器人系统10(例如，移动臂12、臂12的端部14和/或工具20)。输入手柄43中的每一个与处理单元30通信以将控制信号传送到所述处理单元并且从所述处理单元接收反馈信号。另外或替代地，输入手柄43中的每一个可包含输入装置60，所述输入装置允许外科医生操控(例如，夹持、抓取、启动、打开、闭合、旋转、推进、切开等)支撑在臂12的端部14处的工具20的端部执行器22。

输入手柄43中的每一个可移动穿过预先限定的工作空间以在手术部位“S”内移动臂12的端部14。显示装置44上的三维图像定向成使得输入手柄43的移动使臂12的端部14如在显示装置44上所见进行移动。将了解的是，显示装置上的三维图像的定向可以相对于来自患者上方的视图被镜像或旋转。此外，将了解的是，显示装置44上的三维图像的大小可以被缩放成比手术部位“S”的实际结构更大或更小以允许临床医生更好地观察手术部位“S”内的结构。如以下详细描述的，当输入手柄43移动时，工具20并因此端部执行器22在手术部位“S”内移动。如本文详细叙述的，工具20的移动还可包含支撑工具20的臂12的端部14的移动。

对于机器人手术系统1的构造和操作的详细论述，可以参考第8,828,023号美国专利，所述美国专利的全部内容以引用的方式并入本文中。

另外参考图2，用户界面40包括根据本公开提供的图像控制器100。图像控制器100与处理单元30通信以操作成像装置56和/或成像连杆56，使得显示器44上的手术部位的表示或图像由图像控制器100操纵。图像控制器100可以与处理单元30有线或无线通信。当图像控制器100与处理单元30有线通信时，图像控制器100可以包括插入控制臂42或输入手柄43中的电线(未示出)。

图像控制器100包括附接构件110和界面120。附接构件110被配置为将图像控制器100固定到临床医生的手指上。如所示，附接构件为可调节的环的形式，其装配在临床医生的食指上。可以预见的是，附接构件110可以固定到一根以上的手指或食指以外的指头上。

界面120包括第一控制器122和第二控制器124。尽管示出并描述了两个控制器，但是可以考虑，根据本公开，可以提供任何数量的控制器。界面120被固定到附接构件110，使得第一和第二控制器122、124可被临床医生与固定附接构件110的食指相同的手的拇指接近。第一控制器122为从界面120的表面向外延伸的操纵杆的形式。第二控制器124是具有第一和第二位置的按钮或开关的形式。当第二控制器124是按钮时，其在第一位置未被按下而在第二位置被按下。

第一控制器122具有第一和第二模式。当第二控制器124处于第一位置时，第一控制器处于第一模式，在该第一模式下，第一控制器122的接合操作成像装置52，使得如显示器44上所示的手术部位的图形表示在第一控制器122移动的方向上平移(pan)。例如，当在第一模式下将第一控制器122向上推时，成像装置52移动使得显示器44上的手术部位的图形表示平移向上。当第二控制器124处于第二位置时，第一控制器处于第二模式，其中第一控制器122的接合使成像装置56旋转并变焦，使得手术部位的图形表示旋转或缩放。例如，当在第二模式下将第一控制器122向上推时，成像装置56朝着手术部位移动或朝着手术部位变焦，使得在显示器44上的手术部位的图形表示放大。可以预见的是，成像装置56可响应于第一控制器122的接合而物理地移动和/或成像装置56的内部组件可移动以修改手术部位的图形表示，如上详述。

现在参考图3，根据本公开提供了另一图像控制器200。图像控制器200类似于以上详述的图像控制器100，因此，出于简洁的原因，在此仅详细描述不同之处。图像控制器200包括分别类似于图像控制器100的附接构件110和界面120的附接构件210和界面220。

界面220包括第一和第二触敏控制器222、224。第一和第二控制器222、224中的每一个接收来自临床医生的输入划动(swipe)。可以预见，在第一模式下，第一控制器222以与第一控制器122相似的方式起作用，以及在第二模式下，第二控制器224以与第一控制器相似的方式起作用。例如，当向上滑动第一控制器222时，成像装置56移动使得显示器44上的图形表示向上平移，并且当第二控制器224向上滑动时，成像装置56移动使得在显示器44上的图形表示放大。

现在参考图4，根据本公开提供了另一图像控制器300。图像控制器300为设置在临床医生的手掌上的柔性电子花纹(tattoo)的形式。图像控制器300可以直接附接到临床医生的手上，可以附接到临床医生戴的手套302上，或者集成到临床医生戴的手套302的手掌中。当图像控制器300直接附接到临床医生的手上或手套302上时，图像控制器300可包括呈粘合层形式的附接构件310，并且当图像控制器300被集成到手套302手套的手掌中时，手套302可以是所述附接构件。图像控制器300包括支持第一控制器322和第二控制器324的界面320，第一控制器322和第二控制器324可由设置有图像控制器300的临床医生的手的一个或多个手指接合。

第一控制器322和第二控制器324可具有各种配置以操作成像装置56的功能。例如，第一控制器322和第二控制器324可具有与第一控制器122和第二控制器124相似的配置，其中第一控制器322是触敏区域，其接收来自临床医生的手指的划动而第二控制器324具有第一位置和第二位置。第二控制器324可以是触敏的，使得在第一方向上的划动将第二控制器324设置在第一位置，而在与第一方向相反的第二方向的划动将第二控制器324设置在第二位置。第二控制器324可以具有第一指示器325a和第二指示器325b，它们提供关于第二控制器324的位置的标记。例如，当第二控制器324处于第一位置时，第一指示器325a被点亮，并且当第二控制器324处于第二位置时，第二指示器325b被点亮。可选地，第一控制器322和第二控制器324可具有与第一控制器222和第二控制器224类似的配置，其中第一控制器322接收划动以操作成像装置56的摇摄功能，第二控制器324接收划动以操作成像装置56的旋转和变焦功能。

以上详述的图像控制器100、200、300可以单次使用或可重复使用。另外，以上详述的图像控制器100、200、300可以是无菌的或非无菌的。此外，尽管上面详细描述了在机器人手术过程中使用，但是可以预想到，本文详述的图像控制器100、200、300可以用于多种应用，包括但不限于腹腔镜外科手术、内窥镜外科手术。可以想到的是，图像控制器100、200、300可以用于外科手术之外的区域，在该区域中，用一只手来控制装置，并且调整照相机或照相机提供的视图将是有益的。例如，图像控制器100、200、300可用于控制附接到无人机的照相机。

虽然已经在附图中示出了本公开的若干实施例，但是并不意图将本公开限制于此，因为本公开旨在与本领域允许的范围一样广泛并且如此理解说明书。以上实施例的任何组合还被设想并且处于所附权利要求的范围内。因此，以上描述不应被解释为限制性的，而仅作为特定实施例的例证。所属领域的技术人员将能设想在所附权利要求书的范围内的其它修改。

Claims (19)

1.一种控制器，其包括：

附接构件，其被配置为将所述控制器固定到临床医生的手上；和

包括第一控制器的界面，所述第一控制器被配置为操作手术系统的成像装置。

2.根据权利要求1所述的控制器，其中所述附接构件具有环形形状，并且被配置成将所述控制器固定到临床医生的指头。

3.根据权利要求2所述的控制器，其中所述附接构件是可调节的。

4.根据权利要求1所述的控制器，其中所述第一控制器是操纵杆。

5.根据权利要求1所述的控制器，其中所述界面包括具有第一位置和第二位置的第二控制器。

6.根据权利要求5所述的控制器，其中当第二控制器处于第一位置时，第一控制器具有第一模式，并且其中当第二控制器处于第二位置时，第一控制器具有第二模式。

7.根据权利要求6所述的控制器，其中第一控制器被配置为在第一模式下操作所述成像装置的摇摄功能，并且被配置为在第二模式下操作所述成像装置的旋转和变焦功能。

8.根据权利要求5所述的控制器，其中所述第二控制器是按钮或开关。

9.根据权利要求5所述的控制器，其中第二控制器是可由临床医生的手的指头接合的触敏表面。

10.根据权利要求1所述的控制器，其中第一控制器是可由临床医生的手的指头接合的触敏表面。

11.根据权利要求1所述的控制器，其中所述界面设置在临床医生的手掌中。

12.根据权利要求1所述的控制器，其中所述界面设置在戴在临床医生的手上的手套上。

13.一种机器人手术系统，其包括：

处理单元；

被配置为从所述处理单元接收命令的手术机器人，所述手术机器人包括：

由第一连杆支撑的第一工具；和

由成像连杆支撑的成像装置；和

与所述处理单元通信并被配置为操作所述手术机器人的用户界面，所述用户界面包括：

显示器；

第一控制臂，其被配置为操作第一工具；和

图像控制器，其包括附接构件和界面，所述附接构件被配置为将所述图像控制器固定到与第一控制臂接合的临床医生的手上，所述界面包括被配置为操作所述成像装置以操纵在所述显示器上的图形表示的第一控制器。

14.根据权利要求13所述的机器人手术系统，其中所述图像控制器与所述处理单元无线通信。

15.根据权利要求13所述的机器人手术系统，其中所述手术机器人包括由第二连杆支撑的第二工具并且所述用户界面包括被配置为操作所述第二工具的第二控制臂。

16.根据权利要求15所述的机器人手术系统，其中同时并且彼此独立地，第一控制臂操作第一工具，第二控制臂操作第二工具，以及所述图像控制器操作所述成像装置。

17.一种操作机器人手术系统的成像装置的方法，所述方法包括：

使用户界面的控制臂与手接合以操作手术机器人的第一工具；和

使图像控制器与和所述控制臂接合的手的指头接合以操作所述手术机器人的成像装置，所述图像控制器附接到临床医生的手。

18.根据权利要求17所述的方法，其中使图像控制器与和控制臂接合的手的指头接合包括将所述图像控制器与和所述控制臂接合的手的指头接合。

19.根据权利要求17所述的方法，其中使图像控制器与和控制臂接合的手的指头接合包括将所述图像控制器与和所述控制臂接合的手的拇指接合，所述图像控制器支撑在所述手的另一个上。

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