CN113974524A - 内窥镜 - Google Patents

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CN113974524A CN202111268768.3A CN202111268768A CN113974524A CN 113974524 A CN113974524 A CN 113974524A CN 202111268768 A CN202111268768 A CN 202111268768A CN 113974524 A CN113974524 A CN 113974524A
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平山哲
内藤直幸
小林贵裕
山本智徳
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Hoya Corp
Endomaster Pte Ltd
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Abstract

本申请提供了一种内窥镜。本发明的实施例是一种内窥镜系统，其具有新设计的对接块、制动控制、丝张力调节、弯曲角度传感器、存储器芯片数据存储、阀控制、成像透镜清洁、优化的管腔布置和远侧位置传感器。对接块可以具有一次接触保持机构。内窥镜医师可以在手柄或旋钮处进行制动控制。响应于外科医生或内窥镜医师的控制，可以松弛或上紧丝张力。弯曲角度传感器可以保护外科器械。存储器芯片可以存储内窥镜的使用数据。多个阀可以具有优先级控制。按一下按钮可以清洁透镜。管腔可以布置成最大化成像和照明角度。伴有传感器的位置标记可以将内窥镜的远端自动定位在最佳位置。

Description

内窥镜
本申请是申请号为201680067177.0、申请日为2016年9月16日、发明名称为“改进的挠性机器人内窥镜系统”的发明专利申请的分案申请。
技术领域
本公开涉及一种挠性机器人内窥镜系统，其包括内窥镜主体和从其延伸的挠性细长轴，至少一个腱驱动机器人内窥镜器械可插入所述挠性细长轴中；对接站或内窥镜对接系统，所述内窥镜主体与所述对接站或内窥镜对接系统可释放地可对接；以及平移机构，所述平移机构可操作以在所述内窥镜主体被对接时在所述挠性细长轴内选择性地纵向地移位所述内窥镜器械(一个或多个)。本公开还涉及挠性机器人内窥镜系统的各种改进，特别是包括对接块；对接站制动的控制；丝张力的调节和/或松弛；通过弯曲角度感测进行外科器械损坏保护；在内窥镜中包括存储器芯片；包含阀控制器盒；成像相关透镜的(例如，成像内窥镜的)清洁机构；特定管腔的布置；以及内窥镜系统的外科器械远侧位置传感器(一个或多个)。
附图说明
图1A-1D是根据本公开的实施例的涉及内窥镜系统的对接块的图示；
图2A-2C是根据本公开的实施例的涉及内窥镜系统的对接站制动控制的图示；
图3A-3E是根据本公开的实施例的涉及内窥镜系统的丝张力调节和/或松弛的图示；
图4A-4B是根据本公开的实施例的涉及内窥镜系统的存储器芯片的图示；
图5A-5B是根据本公开的实施例的涉及内窥镜系统的阀控制器盒的图示；
图6A-6F是根据本公开的实施例的涉及成像相关透镜的清洁机构的图示；
图7A-7C是根据本公开的实施例的涉及内窥镜系统的特定管腔的布置的图示；
图8是根据本公开的实施例的涉及内窥镜系统的外科器械远侧位置传感器(一个或多个)的图示。
具体实施方式
在本公开中，给定元件的描述或特定图中的特定元件编号的考虑或使用或对应描述性材料中对其的引用可以涵盖在另一图或与其关联的描述性材料中标识的相同、等同或类似的元件或元件编号。在图或关联文本中的“/”的使用被理解为表示“和/或”，除非另有说明。本文中对特定数值或数值范围的叙述应当被理解为包括或叙述近似数值或数值范围，例如，在+/-20％，+/-15％，+/-10％，或+/-5％内。
如本文所使用的，根据已知的数学定义(例如，以对应于以下描述的方式：AnIntroduction to Mathematical Reasoning:Numbers,Sets,and Functions,“Chapter11:Properties of Finite Sets”(例如，如第140页所述)，Peter J.Eccles，CambridgeUniversity Press(1998))，术语“组”对应于或定义为数学上表现出至少1的基数的元素的非空有限组织(即，如本文所定义的组可以对应于单元，单数，单元素组，或多元素组)。通常，取决于所考虑的组的类型，组中的元素可以包括或者是系统，装置，设备，结构，对象，过程，物理参数或值。
内窥镜系统的代表性实施例
根据本公开的实施例涉及主-从挠性机器人内窥镜系统，其包括主侧系统和由主侧系统可控制或控制的从侧系统。取决于实施例细节，根据本公开的主-从挠性机器人内窥镜系统的一个或多个部分可以对应于或类似于或包括在(a)国际专利申请第PCT/SG2013/000408号；和/或(b)国际专利公报第WO 2010/138083号中描述的一种或多种类型的元件，结构和/或装置。
根据本公开的实施例的主-从挠性机器人内窥镜系统包括具有与其关联的主侧元件的主/主系统/主侧系统(例如，外科医生控制台单元)，以及具有与其关联的从侧元件的从/从系统/从侧系统(例如，患者侧推车系统)。
有布置在从系统或从侧系统处的内窥镜装置的远端，在各种实施例中，主系统和从系统配置用于彼此进行信号通信，使得主系统可以向从系统发出命令并且从系统可以响应于主系统输入精确地控制，操控，操纵，定位和/或操作(a)由从系统的内窥镜(在本文中也称为输送内窥镜)承载或支撑的一组机器人臂和对应末端执行器，以及可能(b)由输送内窥镜承载或支撑的成像内窥镜或成像探针构件。在一些实施例中，输送内窥镜不包括成像内窥镜以便减小输送内窥镜的外径。这将有用于保持输送内窥镜更小以便插入体内，并且使输送内窥镜更挠性以用于可操控性。代替成像内窥镜，输送内窥镜可以具有布置在输送内窥镜的远端处的相机透镜或小成像装置。
在各种实施例中，成像内窥镜或成像探针构件典型地配置用于响应于从主系统和/或由输送内窥镜承载的一组控制部件接收的控制信号至少进行纵荡位移以及可能的横滚运动(例如，围绕成像内窥镜或成像探针构件的中心或纵向轴线)。在一些实施例中，成像内窥镜/成像探针构件配置成用于例如通过内部承载的腱进行升降，摇摆和/或俯仰运动，在该情况下成像内窥镜/成像探针构件可以被称为机器人控制成像内窥镜/成像探针构件。用于在空间上操纵机器人控制成像内窥镜/成像探针构件的控制信号可以由主系统和/或由输送内窥镜承载的一组从系统控制(如控制按钮，开关，操纵杆等)生成。
主和从系统还可以配置成使得当定位、操纵或操作机器人臂和/或与其关联的末端执行器时，从系统可以将触感/触觉反馈信号(例如，力反馈信号)动态地提供给主系统。这样的触感/触觉反馈信号与在机器人臂和末端执行器所处的环境内施加到机器人臂和/或末端执行器上的力相关或对应。
根据本公开的各种实施例涉及外科手术情况或环境，例如在将患者或受试者布置在手术台或平台上时对患者或受试者执行的经自然腔道内窥镜手术(NOTES)程序。在这样的实施例中，从系统的至少部分配置成位于内窥镜室、手术房(OT)或手术室(OR)内。取决于实施例细节，主系统可以位于内窥镜室、OT或OR内或外部(例如，靠近或远离)。根据实施例的细节，主系统和从系统之间的通信可以直接发生(例如，通过一种本地通信线路，和/或本地无线通信)，或者通过一个或多个网络(例如，局域网(LAN)，广域网(WAN)，和/或因特网)间接发生。
在实施例中，主系统包括框架或控制台结构，其承载左侧和右侧外科医生控制台操纵器或触觉输入设备，一组附加/辅助手动输入设备/按钮；一组脚踏控制或踏板；显示装置；和处理模块。框架/控制台结构可以包括一组轮子，使得主系统在预期的使用环境(例如，OT/OR，或在其外部或远处的房间)内易于便携/可定位；以及一组臂支撑件。在代表性的内窥镜检查程序期间，外科医生相对于主系统定位自己或相对于主系统定位就座，使得他们的左手和右手可以握持左侧和右侧触觉输入设备或与其交互，并且他们的脚可以与踏板交互。处理模块处理从触觉输入设备、附加/辅助手动输入设备和踏板接收的信号，并且向从系统发出对应的命令以用于操纵/定位/控制与其对应的机器人臂和末端执行器，并且还可能用于操纵/定位/控制成像内窥镜。处理模块可以附加地接收来自从系统的触感/触觉反馈信号，并且将这样的触感/触觉反馈信号传送到外科医生控制台操纵器/触觉输入设备。在国际专利申请第WO 2010/138083号中详细描述了生成触感/触觉反馈信号的代表性方式。处理模块以相关领域的普通技术人员容易理解的方式包括计算/处理和通信资源(例如，一个或多个处理单元，存储器/数据存储资源，包括随机存取存储器(RAM)，只读存储器(ROM)，以及可能的一种或多种类型的磁盘驱动器，以及串行通信单元和/或网络通信单元)。
在实施例中，从系统包括具有挠性细长轴的内窥镜或输送内窥镜；输送内窥镜可以选择性地/可选择地联接(例如，安装/对接和拆卸/脱离)的内窥镜对接系统/对接站；成像子系统；内窥镜支持功能子系统和关联的阀控制单元或阀控制器盒(VCB)；致动单元或电机箱；以及主控制单元。在若干实施例中，从系统附加地包括配置为用于承载至少一些从系统元件的患者侧推车、支架或机架。患者侧推车典型地包括轮子以便于从系统的便携性和定位(例如，在OT/OR内的期望位置)。
简言之，成像子系统便于向成像内窥镜提供或递送照明，以及处理和呈现由成像内窥镜捕获的光学信号。成像子系统以相关领域的普通技术人员容易理解的方式包括配置为用于呈现(例如，以实时为基础)通过成像内窥镜捕获的图像的可调节显示装置。也如相关领域的普通技术人员容易理解的，与阀控制器盒关联的内窥镜支持功能子系统便于向输送内窥镜选择性地受控地提供吹入或正压力、抽吸或负/真空压力和灌注。致动单元/电机箱提供多个致动器或电机，该多个致动器或电机配置为在包括一组电机控制器的主控制单元的控制下驱动机器人臂和末端执行器。
主控制单元附加地管理主系统和从系统之间的通信，并且处理自主系统接收的输入信号，以便以直接且精确地对应于主系统的触觉输入设备的外科医生操纵的方式操作机器人臂和末端执行器。在多个实施例中，主控制单元附加地生成前述的触感/触觉反馈信号，并且将这样的触感/触觉反馈信号实时地传送到主系统。在国际专利申请第WO 2010/138083号中详细描述了生成触感/触觉反馈信号的代表性方式。主控制单元以相关领域的普通技术人员容易理解的方式包括信号/数据处理、存储器/数据存储、和信号通信资源(例如，一个或多个微处理器、RAM、ROM、可能是固态或其他类型的磁盘驱动器，以及串行通信单元和/或网络接口单元)。
根据本公开的实施例，挠性细长组件可以插入到输送内窥镜或从输送内窥镜取出。挠性细长组件可以包括致动组件和挠性成像内窥镜组件。
致动组件可以是、可以包括或可以附接机器人臂/外科器械/机器人外科器械。根据本公开的实施例，一些示例包括抓紧器和烧灼刮刀。而且，根据本公开的实施例，挠性成像内窥镜组件可以是成像内窥镜探针。
输送内窥镜包括在近端处的主体和朝着远端延伸的挠性细长轴。输送内窥镜以相关领域的普通技术人员容易理解的方式附加地包括内窥镜支持功能连接器组件，输送内窥镜的主体可以通过所述内窥镜支持功能连接器组件联接到阀控制器盒。主体可以由诸如硬质塑料或金属的刚性材料(一种或多种)制成，并且挠性细长轴由诸如橡胶，类橡胶和/或软塑料材料的挠性材料制成。
主体包括或限定输送内窥镜的近侧部分、边界、表面或端部，并且提供多个插入入口，在输送内窥镜内并沿着输送内窥镜的挠性细长轴延伸的通路或通道能够插入所述多个插入入口。主体包括近端部分或近端和远端部分或远端，以及在近端或远端之间延伸或从近端延伸到远端的壳体。壳体包括多个表面和多个插入入口。例如，多个插入入口由主体的近端承载，使得多个插入入口位于主体的近端处的壳体的至少一个表面(例如，主体的近端处的壳体的顶表面或一组顶表面)上。
在若干实施例中，主体附加地提供用于输送内窥镜的控制接口，内窥镜医师可以通过所述控制接口对输送内窥镜的挠性细长轴施加导航控制。例如，主体可以以相关领域的普通技术人员容易理解的方式包括多个控制元件，如一个或多个按钮、旋钮、开关、杆、操纵杆、和/或其他控制元件，以便于内窥镜医师控制输送内窥镜操作。
挠性细长轴配置成远离主体的远端延伸并且终止于输送内窥镜的远端。挠性细长轴包括近端、远端、中心轴线(未示出)和在其内用于承载挠性细长组件的某部分的多个通道，以及对于多个通道的每一个布置在挠性细长轴的远端处或附近的开口。
所述多个通道可以包括承载致动组件的一组器械通道。在各种实施例中，通道也可以包括用于能够向挠性细长轴的远端所处的环境递送吹入或正压力、抽吸或真空压力和灌注的通道。
每个致动组件典型地对应于给定类型的内窥镜工具。例如，在代表性实现方式中，第一致动组件可以承载具有抓紧器或类似类型的末端执行器的第一机器人臂；并且第二致动组件可以承载具有烧灼刮刀或类似类型的烧灼末端执行器的第二机器人臂。一组器械通道包括至少一个通道，该至少一个通道配置为用于承载可以插入输送内窥镜中和从输送内窥镜取出的挠性致动组件的某部分。每个致动组件包括机器人臂和与其对应的末端执行器；根据预定数量的DOF定位或操纵机器人臂和末端执行器所借助的挠性控制元件、腱元件或腱；以及接口或适配器，致动组件的挠性腱可以通过所述接口或适配器机械地联接和脱离电机箱内的特定致动器。在各种实施例中，每个腱位于在对应的挠性鞘(例如，螺旋线圈)内。在一些实施例中，致动组件可以是一次性的。
在实施例中，给定的致动组件包括机器人臂和其对应的末端执行器、挠性细长外套筒和/或线圈，其在内部承载多个腱/鞘元件，使得张力或机械力可以选择性地施加到特定的腱元件以便精确操纵和控制机器人臂和/或末端执行器的操作；以及器械输入适配器，外套筒内的腱可以通过所述器械输入适配器机械地联接到电机箱内的对应致动器，如下面进一步详细所述。在(a)国际专利申请第PCT/SG2013/000408号；和/或(b)国际专利公报第WO 2010/138083号中详细描述了代表性的腱/鞘元件，机器人臂和末端执行器的类型以及腱元件可以联接并控制机器人臂的部分(例如，关节/关节基元)和/或对应的末端执行器以提供相对于可用DOF的可操控性/可操作性的代表性方式。给定的腱及其对应的鞘可以被定义为腱/鞘元件。
机器人臂，末端执行器和外套筒/线圈的某部分可以插入输送内窥镜的挠性细长轴的器械通道中，使得机器人臂和末端执行器到达或大致到达挠性细长轴的远端，并且可以延伸超出挠性细长轴的远端预定距离。如下面详细所述，致动组件的外套筒/线圈以及因此机器人臂和末端执行器可以通过平移模块、单元、台架或机构来选择性地纵向平移或纵荡(即，相对于挠性细长轴的远端朝远侧或朝近侧移位)，使得相对于挠性细长轴的远端的机器人臂和末端执行器近侧-远侧位置可以在超出挠性细长轴的远端的环境内调节，以便执行内窥镜检查程序，调节的距离最远直到远离挠性细长轴的远端的预定最大距离。
在特定实施例中，致动组件包括套环元件、夹头或带，其在远离末端执行器的远侧尖端的预定距离处围绕外套筒/线圈的至少一部分。如下面详述，套环元件设计成与平移机构的接收器相互配合地接合，使得套环元件相对于挠性细长轴的远端在给定距离上的纵向/纵荡平移导致机器人臂和末端执行器的对应纵向/纵荡平移。
在若干实施例中，设在输送内窥镜的挠性细长轴内的多个通道附加地包括成像内窥镜通道，所述成像内窥镜通道配置为用于承载可以插入输送内窥镜中和/或从输送内窥镜取出的挠性成像内窥镜组件的某些部分。以类似于或大体类似于上面针对致动组件所述的方式，在实施例中，成像内窥镜组件包括围绕或形成挠性成像内窥镜的外表面的挠性外套筒、线圈或轴；成像输入适配器，与成像内窥镜对应或在成像内窥镜内的一组腱可以通过所述成像输入适配器机械地联接到电机箱内的对应致动器，使得可以根据挠性细长轴的远端处、附近或之外的环境内的一个或多个DOF(例如，升降和/或摇摆运动)选择性地操控或定位成像内窥镜的远侧部分；以及成像连接器组件，成像内窥镜的电子和/或光学元件(例如，光纤)可以通过所述成像连接器组件电子地和/或光学地联接到成像子系统的图像处理单元。例如，在一些实施例中，成像内窥镜可以包括或联接到腱，使得成像内窥镜的远端或远端的面可以在内窥镜检查程序期间选择性地/可选择地捕获机器人臂和末端执行器的顺向和逆向图像。在附此的国际专利申请第PCT/SG2013/000408号中描述了可以包含到根据本公开的实施例的成像内窥镜组件中的成像内窥镜和与其关联的控制元件(如腱)的代表性实施例。在一些实施例中，成像内窥镜组件可以是一次性的。
以与致动组件相同、基本相同或相似的方式，成像内窥镜组件的外套筒以及因此成像内窥镜的远端可以通过平移机构相对于挠性细长轴的远端选择性地纵向平移/纵荡，使得成像内窥镜的纵向或近侧-远侧位置可以在挠性细长轴的远端处、附近和/或之外在与内窥镜检查程序关联的预定近侧-远侧距离范围上进行调节。
在许多实施例中，成像内窥镜组件包括套环元件，所述套环元件在远离成像内窥镜的远端预定距离处围绕成像内窥镜组件的外套筒的至少部分。套环元件配置为用于与平移机构的接收器或接收结构相互配合地接合，使得套环元件相对于挠性细长轴的远端在给定距离上的纵向/纵荡位移导致成像内窥镜的远端的对应纵向/纵荡位移。
结果，在若干实施例中，输送内窥镜可以具有两个机器人臂和由此承载的对应的末端执行器，以及挠性成像内窥镜，根据本公开的实施例，所述挠性成像内窥镜位于输送内窥镜的远端之外的环境中。
在实施例中，包括致动组件和挠性成像内窥镜组件的挠性细长组件可以通过插入入口可插入挠性细长轴内的多个通道，挠性细长组件的轴线平行于挠性细长轴的中心轴线。对应地或等同地，每个插入入口可以具有与其对应的插入轴线，致动组件或挠性成像内窥镜组件沿着所述插入轴线可插入，使得插入入口的插入轴线平行于在挠性细长轴的近侧区域或端部处的挠性细长轴的中心轴线。对于给定的插入入口，致动组件或挠性成像内窥镜组件可插入/插入的插入入口的孔口或开口的平面横向于或垂直于其插入轴线。
当在内窥镜检查程序期间致动组件和挠性成像内窥镜组件在其在挠性细长轴的远端外部的环境中操纵之前已完全插入输送内窥镜中时，每个套环元件保持在挠性细长轴的外部并至少稍微远离挠性细长轴，并且在各种实施例中保持在输送内窥镜的主体的外部并至少稍微远离输送内窥镜的主体，使得给定套环元件在预定近侧-远侧距离范围上的纵向平移或纵荡运动可以通过平移单元自由地发生而不受挠性细长轴和/或主体的干扰。
因此，每个致动组件的外套筒/线圈必须远离其套环元件的远侧边界朝远侧延伸足够的长度，使得当套环元件相对于平移单元位于最近侧位置时，末端执行器到达或大致到达挠性细长轴的远端。类似地，成像内窥镜组件的外套筒必须远离其套环元件朝远侧延伸足够的长度，使得当套环元件相对于平移单元处于最近侧位置时，成像内窥镜的远端位于在挠性细长轴的远端处、邻近、或附近的预期位置处。
所述主体可以包括延伸到近端的壳体，和朝着远端的手柄。而且，主体还可以包括连接主体和挠性细长轴的应变消除靴。在更进一步改进的实施例中，壳体可以包括或者是立方体或大致立方体结构(例如，长方体或大致长方体管)，并且多个插入入口可以在其上表面和/或顶表面上朝着壳体的近端形成。而且，接头构件将输送内窥镜与从系统的其他元件接合，例如，内窥镜对接系统或对接站，可以设在壳体的侧表面上。手柄提供临床医生(例如，内窥镜医师或外科医生)可以保持的区域、部分或结构以将输送内窥镜与从系统的其他元件联接或接合，并且相对于从系统的其他元件和/或受试者或患者在空间上调节、定位或移动输送内窥镜的某些部分。
以下描述对上述挠性机器人内窥镜系统的改进的各种代表性实施例和实施例。
对接块的代表性实施例
图1A-1D示出了本发明的实施例中的对接块4的各种视图。对接块4包括纵向轴线12和锁定销凹部14。对接块4在形状上为矩形并且设计成是内窥镜和挠性机器人内窥镜系统之间的接口，并且永久地附接到内窥镜的控制主体3的近端。对接块4包括两个或更多个器械通道连接器/鲁尔接口，偏心对准位置特征，和锁定销凹部14。偏心对准位置特征远离对接块4的几何中心或形心或对称轴线布置。锁定销凹部14提供用于接收锁定销或锁定装置以固定对接块4的区域或接收部。对接块4用于帮助或辅助内窥镜与对接机构对准和连接。
关于对接块4在内窥镜的控制主体3上的位置，有必要考虑程序(例如将内窥镜插入人体内)期间的内窥镜的可操作性和外科器械在内窥镜的每个管腔中的可插入性。考虑到内窥镜的可操作性，期望将对接块4布置或定位在内窥镜控制主体3上，使得它不干扰临床医生的操作。考虑到外科器械在内窥镜管腔中的可插入性，期望使器械路径尽可能直，而不在器械入口5处引入诸如Y形弯曲或S形弯曲的弯曲，原因是这会损坏管腔内部的外科器械。为了满足以上要求，1)对接块4布置或定位在内窥镜的控制主体3的近端处；2)外科器械管腔的入口布置或定位在对接块4的近端处；并且3)对接块4中的器械管腔路径是直的。
对接块4设计成允许内窥镜对接到对接站或内窥镜对接系统。对接块4包封外科器械入口5并且允许它们通过通道连接器/鲁尔接口从对接块4的顶面离开。对接块4附接到内窥镜控制主体3的近端。所述附接可以通过临时手段，永久手段或半永久手段来实现。该配置允许将内窥镜对接到对接站的对接机构，同时其将外科器械入口5对准到相应的外科器械电机箱，并且对接块4机械耐久地和水密地附接到内窥镜主体。
对接块4设计成使得它仅能够以两个可能的取向(一个正确和另一个错误)插入对接站或内窥镜对接系统中。例如，对接块4可以具有矩形、大体矩形、梯形或大体梯形的轮廓。利用对接块4的后侧上的偏心对准位置特征，内窥镜可以仅以一个取向插入对接站中。如果用户或内窥镜医师试图以另一取向插入内窥镜，则在将内窥镜插入对接站15至20mm左右之后，用户或内窥镜医师将经历阻碍(由于对接机构上的配合偏心特征阻止内窥镜进一步插入)，并且不能进一步插入内窥镜。这将提醒或警告用户切换到另一取向进行内窥镜对接。特别地，用户或内窥镜医师将需要使内窥镜的取向切换180度并且再次插入内窥镜。
图1C示出了偏心对准位置特征和对接块4上的锁定销凹部14。偏心对准位置特征仅允许对接连接器以预定的单个取向插入。锁定销凹部14是一种特征，其中当销和该凹部轴向对准时，与凹部相同直径的弹簧加载销自动插入。偏心对准位置和锁定销凹部14的所述特征被设计成具有大圆角，从而允许在内窥镜检查程序之后使用手指和化学擦拭装置/布来辅助内窥镜清洁过程。因此，对接块4易于清洁，原因是在对接块4的外表面上不存在深的或凹入的特征。图1D示出了对接块4的剖视图。
对接站制动控制的代表性实施例
各种现有技术参考文献公开了在内窥镜或内窥镜装置中的制动的使用和制动的控制。US 4,854,301(带开关的具有椅子的内窥镜装置)公开了通过将内窥镜附接到具有内窥镜保持器的臂来操作内窥镜。在臂上实现电磁制动，并且通过使用在内窥镜保持器上实现的按钮来控制电磁制动的开启/关闭。US 6,569,084(内窥镜保持器和内窥镜装置)公开了通过将内窥镜附接到具有内窥镜保持器的臂来操作内窥镜。可以通过使用在臂上实现的控制器来操作内窥镜。在臂上实现电磁制动，并且通过使用在内窥镜保持器上实现的按钮来控制电磁制动的开启/关闭。JP 4402444(内窥镜保持器和内窥镜装置)公开了通过将内窥镜控制主体3附接到具有内窥镜保持器的臂并且通过在另一臂上实现的保持器保持内窥镜插入部分来操作内窥镜。在臂上实现电磁制动，并且通过使用在内窥镜保持器上实现的按钮来控制电磁制动的开启/关闭。
与上述现有技术参考文献关联的技术问题在于，在操作附接到内窥镜保持器的内窥镜时，内窥镜医师不能够通过使用他的左手操作在臂或内窥镜保持器上实现的制动控制按钮/开关。当内窥镜医师操作附接到内窥镜保持器的内窥镜时，内窥镜医师必须从内窥镜控制主体3释放正在保持内窥镜控制主体3的他的左手。替代地，内窥镜医师必须通过使用正在保持内窥镜插入部分的他的右手操作制动控制。
因此目的是改善制动控制器的可操作性以改善内窥镜治疗的效率。内窥镜医师将能够操作制动控制，同时用他的左手保持内窥镜控制主体3。在控制制动时，内窥镜医师也能够用他的手保持内窥镜控制主体3和插入部分。
一种可能的解决方案是在内窥镜控制主体3上实现制动控制按钮或开关或传感器。制动控制按钮/开关/传感器的实现有各种条件。制动控制按钮/开关/传感器的位置是内窥镜医师可以通过使用他的左手来控制的位置，或者是当内窥镜医师用他的左手抓住内窥镜控制主体3时可以控制按钮/开关/传感器的位置。制动的工作条件如下：
(a)当内窥镜医师的左手手指正在按压按钮或者传感器检测到内窥镜医师正在用他的左手抓住控制主体3时，制动关闭。因此，内窥镜医师可以继续按下按钮或操作传感器。
(b)一旦按压按钮或打开开关，可以改变制动控制，ON<->OFF。内窥镜医师可以容易地按下按钮/开关或操作传感器。
当内窥镜医师不打算操作按钮/开关/传感器时，按钮/开关/传感器不起作用。内窥镜电连接到控制制动控制的系统(PSC主处理器/SCU主处理器)。
除了上面的工作条件(a)之外，按钮/开关/传感器在其被按压并且制动关闭时存在各种实施例，如下文中所述。
图2A-2C示出了使用位于内窥镜控制主体3上的制动控制功能件1，气体和水供给和抽吸按钮2，对接块4和器械入口5的实施例。这些实施例的补充或部件包括：与商业内窥镜一样的远程控制按钮；以及在控制主体3上的按钮的实现，内窥镜医师的手指可以触及该按钮。图2C示出了在对接站上就位2C-100的制动控制功能件1。
实施例可以使用杠杆式开关，例如，杠杆按钮或推杆。这些实施例的补充或部件包括在控制主体3的台阶处实现并且像枪扳机一样使用的杠杆式开关。当杠杆开关打开时，内窥镜医师的中指用于推动开关。开关可能包括用于制动关闭的回弹特征，内窥镜医师继续推动杠杆；并且为了制动开启，内窥镜医师释放杠杆。
实施例可以包括旋钮式开关，例如，可旋转的杠杆按钮。这些实施例的补充或部件包括附加的旋钮，如旋转杆，其采用角度控制旋钮6来实现。附加旋钮通过使用内窥镜医师的左手拇指来操作。开关可以包括用于制动关闭的回弹特征，内窥镜医师将旋钮从初始位置旋转到指定的角度位置，并且在该位置停止旋钮；并且为了制动开启，内窥镜医师释放旋钮。或者，开关不包括用于制动关闭的回弹特征，内窥镜医师将旋钮从初始位置旋转到指定的角度位置(内窥镜医师可以将其拇指从旋钮释放)。并且为了制动开启，内窥镜医师将旋钮旋转回到初始位置。实现这样的开关/传感器的示例包括使用在控制主体3的内部实现并且通过旋转旋钮进行操作的机械按钮开关。另一示例是使用角度传感器。
图2B示出了使用位于控制主体3手柄的左侧或右侧的制动控制功能件1(其可以是按钮或传感器)的实施例。传感器感测内窥镜医师是否正在握持控制主体3手柄。传感器/按钮在控制主体3手柄的右侧或左侧实现。对于右侧，内窥镜医师使用他的手指来操作传感器或按下按钮。对于左侧，内窥镜医师使用他的手掌来操作传感器或按下按钮。这样的按钮/开关/传感器的示例包括机械按钮、光传感器、接触传感器、温度传感器、和压力传感器。
在上面的工作条件(b)基础上，按钮/开关/传感器存在各种实施例，一旦其被按压或打开，使得制动可以在开启和关闭之间改变，如下文中所述。
在使用如图2A所示的按钮的实施例中，该按钮是与商业内窥镜的情况中一样的远程控制按钮，并且该按钮在控制主体3上实现，内窥镜医师的手指可以接触该按钮。在其他实施例中，按钮是与商业内窥镜的情况中一样的远程控制按钮。
在使用杠杆式开关的实施例中，杠杆式开关在控制主体3的台阶处实现并且像枪扳机一样使用。当杠杆开关打开时，内窥镜医师的中指用于推动开关。开关可以包括回弹特征。为了关闭制动，内窥镜医师推动杠杆(他可以从杠杆释放手指)。为了开启制动，内窥镜医师再次推动杠杆(他可以从杠杆释放手指)。
在使用旋钮式开关的实施例中，附加的旋钮(例如，旋转杆)用图2B中的角度控制旋钮6来实现。附加的旋钮通过使用内窥镜医师的左手拇指来操作。开关可以包括回弹特征。为了关闭制动，内窥镜医师将旋钮从初始位置旋转到指定的角度位置(他可以将他的手指从旋钮释放)。为了开启制动，内窥镜医师再次将旋钮从初始位置旋转到指定的角度位置(他可以将他的手指从旋钮释放)。这样的制动控制功能件1的示例包括在控制主体3的内部实现并且通过旋转旋钮进行操作的开关，以及角度传感器。
在其他实施例中，传感器可以用于直接检测来自内窥镜医师的信号，由此在系统中实现这样的传感器。内窥镜医师不必使用双手和所有手指。这样的制动控制功能件1的示例是语音传感器。
图4A示出了实现对接站制动控制的系统的框图。对接站或内窥镜对接系统的制动控制提供了额外的安全功能，特别是防止制动开启/关闭的意外操作。安全按钮/开关/传感器可以实现；并且每个功能的按钮/开关/传感器可以被组合用于安全功能。期望内窥镜医师可以在内窥镜检查程序期间视觉地确认制动开启/关闭。例如，可以在主监视器，副监视器和/或专用指示设备上指示制动状态开启/关闭。对接站制动控制的另一安全功能是防止程序期间外科医生和内窥镜医师之间的操作混淆。具体地，当外科医生正在控制台或外科医生控制台单元(SCU)处操作机器人器械时，它不允许内窥镜医师关闭制动。
作为可操作性改善的结果，对接站制动控制的有利效果是改善了内窥镜治疗的效率。内窥镜医师可以容易地操作制动控制，用他的左手保持内窥镜控制主体。当内窥镜医师也在控制制动时，他可以用他的手保持内窥镜控制主体和插入部分。
丝张力调节和/或松弛的代表性实施例
在内窥镜粘膜下剥离(ESD)程序规程中，首先将内窥镜插入患者的胃肠道(GI)以到达目标部位。接着将外科器械插入内窥镜管腔中。这些步骤与常规的ESD程序类似。临床医生或内窥镜医师更容易单独插入内窥镜，原因是一旦外科器械插入内窥镜中，内窥镜就变得更硬并且用户需要更大的扭矩来旋转内窥镜的控制旋钮。当适当的张力施加到外科器械的腱时，内窥镜进一步变硬。如果需要更大的扭矩来控制旋钮，内窥镜控制丝可能会由于受到更高张力而损坏并更快磨损。
利用目前的外科器械设计，其中未在外科器械适配器中预设腱张力，可以使用电机箱中的致动器来施加和松弛张力。自动预张紧算法利用该设计来根据外科器械的曲折度施加最佳张力。在调节内窥镜的控制旋钮之前，可以使用类似的技术来改变腱张力。这可以潜在地减少对内窥镜的控制丝的损害，并且使用户更容易改变内窥镜远端的弯曲角度。
为了完全或部分地松弛外科器械的腱张力，在内窥镜或内窥镜对接的内窥镜对接系统/对接站上可以有按钮。在调节内窥镜弯曲角度之后，可以再次使用该按钮来保持外科器械。取决于角度的变化，可以施加相同的张力。或者，可以使用自动预张紧算法对新路径施加新的最佳张力。可以完成该序列而不需要将外科器械适配器从电机箱拆卸。
如果有用于内窥镜的角度控制旋钮6的传感器，如编码器，则张力释放可以自动完成。只要用户或内窥镜医师旋转控制旋钮，来自传感器的信号就会由PSC主处理器传输和处理，并且其检测内窥镜弯曲部段的运动。外科器械的张力随后完全或部分被释放。如果内窥镜的任何信息(如内窥镜的弯曲角度，路径中的内窥镜的总曲折度等)是可用的并且可以从内窥镜传送到所述系统，则可以使用该知识来部分地调节腱而不是完全松弛张力。
各种现有技术参考文献公开了丝或丝张力的放松或松弛。WO 2014/123019 A1公开了弯曲装置。日本未审查专利申请公报第2013-172905号公开了在运动部件上的光学旋转编码器或线性编码器。US 7,828,725 B2公开了内窥镜的弯曲状态保持机构，以及常规内窥镜的角度锁定机构。WO 2013/136583 A1公开了用于插入装置的操作控制装置，其中在内窥镜通道中的接头的移动受到限制。
与上述现有技术参考文献关联的技术问题在于，如果在机器人器械丝张紧的同时操作内窥镜，则内窥镜管腔和/或机器人器械可能被损坏。如果在器械丝张紧时操作内窥镜，则机器人器械可能会损伤患者的体腔。尽管现有技术WO 2013/136583 A1公开了防止内窥镜和器械被损坏，但是其不考虑在手术期间操作内窥镜。
因此，目的是在内窥镜医师正在操作内窥镜时松弛机器人器械丝。
一种解决方案A是允许内窥镜医师和/或外科医生接通或切断器械丝张力。张力控制功能16可以在内窥镜的控制主体3上或在外科医生控制台单元处的控制器上实现或使用。图3A示出了解决方案A 3A-100的实现方式的实施例。张力控制功能16布置成切换内窥镜控制主体3或外科医生控制台单元处的控制器上的丝张力。张力控制功能16的位置可以类似于常规内窥镜的远程控制按钮。在该配置中，用户或内窥镜医师可以通过按压按钮有意识地改变器械丝的状态(松弛或拉紧)。图3B示出了丝配置3B-100，并且图3C示出了张力控制的流程图3C-100。图3D示出了内窥镜系统中的丝配置3D-100。图3E示出了外科医生控制台单元3E-100处的替代位置处的张力控制功能16。
一种解决方案B是通过检测角度操作而自动松弛机器人臂的丝张力。可以使用旋转编码器来感测控制主体3中的滑轮的旋转运动。替代地或附加地，可以使用线性编码器来感测控制主体3中的角度丝的移动。具有线性编码器的解决方案B的实现方式的实施例在控制主体3中具有接头，所述接头连接每个弯曲方向的角度丝和滑轮丝。丝和编码器可以用于上和下角度。将由传感器检测的图案定位在接头的侧面。使用放置在接头的侧上的传感器读取或感测图案。需要至少一个线性编码器来检测上和下内窥镜弯曲的移动，并且使用两个编码器减小间隙的影响。
图3B示出了具有旋转编码器的解决方案B 3B-100的实现方式的实施例。读取或感测滑轮的表面或侧壁上的图案。如果需要位置信息，则在操作内窥镜之前执行在弯曲部段变直时的参考位置的初始化。另外，参考位置传感器分开放置。可以使用光学或磁性编码器。也可以使用绝对型编码器。
一种解决方案C将是使用形状或运动检测方法来检测内窥镜弯曲部段的移动。可以使用在操作期间显示内窥镜插入部分的形状的测磁传感器，如结肠导航系统中的测磁传感器；可以使用光纤来感测弯曲部段的形状；和/或可以在内窥镜的远端中使用加速度计。通过使用测磁传感器来检测弯曲移动有两种方式。其中的一种方式是将至少两个天线放置为穿过弯曲部段的远端到弯曲部段的近端，并且优选地一个天线放置在弯曲部段的远端处并且另一个放置在近端处。天线捕捉位于患者侧的磁场发生器的磁场强度。其后，可以从两个天线的相对位置检测弯曲运动。如果内窥镜在弯曲部段中具有更多的天线，则可以估计弯曲角度。用测磁法进行检测的另一种方式是将至少两个线圈放置在弯曲部段中，并且来自线圈的磁场强度由在患者侧的接收器检测。在弯曲部段中使用至少一个光纤传感器；并且在远端处或弯曲部段中使用至少一个加速度计来检测远端运动。
图3C示出了流程图3C-100，其详述了在松弛和拉紧之间改变丝状态的步骤(对于解决方案B和C)。
一种解决方案D是使用对接站制动控制开关作为器械丝张力开关。当对接站上的内窥镜保持器的制动变为关闭以操作内窥镜时，臂变得松弛并被拉回到通道中。对接站具有按钮以解锁内窥镜保持器的制动，如图2C中所示。解锁按钮也可以在内窥镜的控制主体3或脚踏板上。当制动解锁时，器械丝张力自动松弛，并且它被拉回内窥镜通道中。制动解锁时使用机器人臂对患者是危险的。在诸如出血和穿孔的紧急情况下，需要立即操作内窥镜。所以，这样的自动过程为用户/内窥镜医师节省了复杂的步骤。
一种解决方案E将使用内窥镜的角度锁作为器械丝张力开关。当上/下或右/左角度解锁时，臂变得松弛并被拉回通道中。图3D示出了解决方案E的实施方式的实施例。开关被添加到上/下角度锁定杆和右/左角度锁定旋钮。所述两个开关串联连接。当上/下或右/左角度解锁时，器械丝张力自动松弛，并且它被拉回内窥镜通道中。为了使用机器人器械，为了安全起见内窥镜角度需要锁定(参见下表)。类似于解决方案D，这减少了在紧急情况下需要完成的步骤。
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表1：器械丝张力和角度锁定
对于解决方案A至E的每一个，在主屏幕，子屏幕和/或专用指示设备上指示器械丝状态(即，机器人器械是否准备好使用)。在丝松弛时，用户不能将高频电力施加到机器人烧灼装置。解决方案A至E可以以任何组合一起使用。例如，使用角度检测(解决方案B)可以与用户开关(解决方案A)组合使用以改善安全性以防误用。
实现上述解决方案有若干有利的效果，列举如下：
·防止内窥镜损坏。
·防止器械损坏。
·减小内窥镜操作期间由突起的器械损伤患者身体的风险。
·减少操作时间，原因是在手术期间不需要将器械从内窥镜手动取出以便操作内窥镜。
·由于器械的丝张力在屏幕上被指示，因此内窥镜医师和外科医生可以容易理解彼此的操作。
·其更安全，原因是当内窥镜医师正在操作内窥镜时，高频电流不会无意地通过烧灼装置流动到患者的身体。
通过弯曲角度感测进行外科器械损伤保护的代表性实施例
内窥镜的弯曲角度的感测可以用于保护外科器械在内窥镜内部免受损坏。内窥镜弯曲部段的弯曲半径与内窥镜插入的可用性高度相关。一般而言，弯曲半径越小，临床医生越容易将内窥镜插入患者体内。该设计参数受到其他设计因素限制，如内窥镜外径，内窥镜内部的管腔的数量等。外科器械理想地设计成穿过内窥镜管腔内的任何曲折路径。然而，为了最小化内窥镜外径，需要保持管腔较小。这使得外科器械穿过内窥镜的远端上具有小弯曲半径的较大弯曲角度具有挑战性。如果外科器械在不损坏自身或内窥镜的情况下不能插入，则应当向用户或机构显示警告标志以避免强行插入，并且阻止用户将外科器械进一步插入内窥镜管腔中。
内窥镜可以具有内部的感测机构或传感器以测量内窥镜尖端或远端的弯曲角度。替代地，本领域技术人员容易理解，传感器可以放置在内窥镜的其他位置处(例如，在近端处)以获得估计测量。传感器包括但不限于电磁传感器、光纤、X射线和超声。另一种方法由施加到控制丝的张力、在内窥镜的控制旋钮处感测的位置等来估计弯曲角度。
当弯曲部段的弯曲角度超过外科器械可以插入的最大弯曲角度时，可以在系统上显示警告标志以促使用户不要继续沿着弯曲部段推动外科器械，或松弛弯曲角度以进一步推动外科器械而不损坏内窥镜和/或其本身。如果弯曲角度太大，则可以使用致动机构来阻止外科器械被推动到内窥镜中。该机构可以在内窥镜的内部被设计。
内窥镜中的存储器芯片的代表性实施例
关于GI内窥镜，根据GI道(上GI或下GI)存在一些预设的，预定的或已知类型的插入部分长度。为了集中于相同类型的插入部分长度的GI内窥镜，由于在内窥镜中组装的零件公差和制造公差，所以关于每个部分存在一些公差。
当通过使用手动ESD装置执行ESD时，临床医生针对每个内窥镜插入部分长度使用不同长度的装置，或者使用专用工具向前或向后调节装置位置以使ESD程序更高效(如WO2013/065509中所公开的)。当通过使用由控制器控制的机器人ESD装置执行ESD程序时，临床医生也需要向前或向后调节装置位置(如WO 2015/012163中所公开的)。对于两种技术，通常使用临床医生或助手的手来调节内窥镜管腔中的装置位置。
考虑到通过插入内窥镜中并且远程控制(例如，主和从系统)的机器人器械执行ESD时，当机器人器械的长度不适合内窥镜管腔长度时，机器人器械的性能将不足以执行ESD程序。考虑到使用主和从动控制来远程操作机器人器械，需要通过电机在平移台上向前或向后平移器械来调节内窥镜管腔中的器械位置以实现高效的ESD程序。当器械长度比内窥镜管腔短时，器械的末端执行器不能接近体内的ESD目标。当器械长度比内窥镜管腔长时，器械的末端执行器不能定位在内窥镜管腔中的初始位置以实现高效的ESD。操作者难以通过在内窥镜的远端处实现的成像传感器来观察ESD程序，原因是从远端到ESD目标病变的距离太远而不能执行ESD。
当器械轴的长度比内窥镜管腔的长度长得多并且将器械平移到最佳位置的空间足够长(例如，在平移台上的电机的冲程)时，系统的尺寸增大，尤其是平移台：有必要使平移台上的空间足以将每个器械平移到最佳位置。此外，整个系统具有增加的复杂性。有必要在内窥镜和/或器械的任一/两个远端中实现位置传感器以通过使用远程控制器来调节器械的位置。
考虑到上述情况，当通过主和从系统经由内窥镜管腔操作机器人器械时，内窥镜管腔中的器械的位置是重要的，以使得ESD程序高效。
关于由主和从系统控制的机器人器械，插入内窥镜管腔中的机器人器械可以向前和向后平移，原因是器械已附接在对接站上实现的电机。技术问题之一在于，考虑到内窥镜管腔的长度的公差，不能将正在插入内窥镜管腔中的机器人器械平移到使用机器人器械进行ESD程序的最佳位置。首先关注的是平移台的增加尺寸，原因是有必要使平移台上的空间足以将每个器械平移到最佳位置。其次关注的是系统配置的复杂性，原因是有必要在内窥镜和/或器械的任一/两个远端中实现位置传感器以将每个器械平移到最佳位置。另一技术问题是不能防止对于不同GI道(上GI或下GI)其插入轴长度不同的器械的误用(存在对于不同的GI道其插入轴部分不同的一些类型的器械)。
因此，目的是对于具有不同管腔长度的每个内窥镜使机器人器械能够平移到内窥镜管腔中的最佳位置(初始位置)。
一种可能的解决方案是在内窥镜中实现存储器芯片。更特别地，电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)可以在内窥镜内部的可用空间中实现。写入EEPROM中的数据可以由系统(PSC主处理器和/或SCU主处理器)读取。在制造过程中测量的内窥镜管腔长度的数据写入内窥镜的EEPROM中。系统(PSC主处理器和/或SCU主处理器)读取数据以识别先前在ESD程序中使用的器械长度。根据内窥镜管腔长度和器械长度将平移台上的机器人器械自动平移到用于ESD程序的最佳位置。内窥镜电连接到控制器械位置的系统。
具体设计的内窥镜是系统的一部分。在主处理器(一个或多个)和内窥镜之间交换和共享信息会是有用的。数据可以在内窥镜和PSC主处理器或另一装置之间发送以读取和/或写入内窥镜中的芯片上的数据。它们可以通过数据电缆或无线地传输。在图4A中，内窥镜电气地和间接地(经由其他系统；例如，如稍后描述的阀控制器盒)连接4A-100到PSC主处理器。图4B示出了具有EEPROM和没有EEPROM的内窥镜系统之间的比较4B-100以示出外科器械初始化期间的位置误差的实例。
在实现中，远程控制器械的系统(PSC主处理器和/或SCU主处理器)从内窥镜中的EEPROM读取内窥镜管腔长度的数据。存储在芯片上的数据可以用于检查安装的内窥镜和外科器械的组合是否正确。取决于程序的类型，插入内窥镜的位置和/或临床医生的偏好，内窥镜的工作长度可以变化。例如，上GI内窥镜典型地比下GI内窥镜短。即使对于下GI，也有几种工作长度的内窥镜可用。如果外科器械设计成取决于内窥镜的总长度，则系统需要告诉用户安装到系统的外科器械是否正确。如果外科器械较短，其尖端可能不会从内窥镜远端出来。
ESD程序的器械初始位置的调节按照EEPROM中写入的内窥镜管腔长度的数据执行。可以适应影响外科器械初始化的内窥镜的总长度的公差。目前，由于在内窥镜中组装的零件公差和制造公差，每个部分都有一些公差。内窥镜的总长度的叠加公差可能影响外科器械的直观远程操作控制，原因是它们的末端执行器的位置通过诸如电机编码器的传感器从外科器械的近端很好地估计。所以，知道内窥镜的总长度可以缓解该问题。
连接到内窥镜的系统(PSC主处理器和/或SCU主处理器)可以识别内窥镜的序列号和型号名称。远程控制器械的系统(PSC主处理器和/或SCU主处理器)将关于临床历史的附加数据从其系统写入内窥镜中的EEPROM。临床历史包括插入内窥镜中的器械的历史(基于序列号/制造编号)；插入内窥镜中的器械的使用次数的历史；连接到对接站的内窥镜的使用次数的历史；以及系统在其中使用的设施的信息(例如，设施名称，清洁机器(清洗消毒器，自动内窥镜洗消机，清洁剂，消毒剂，和/或灭菌剂)。
如果可以增强外科器械的性能的内窥镜的任何校准数据可用，则数据也可以存储在内窥镜的芯片上并且传送到PSC主处理器以调节外科器械的控制参数。例如，如果事先测量内窥镜管腔的摩擦并将其存储在芯片上，则可以将数据传送到系统以调节外科器械的平移力以适应摩擦。
在EEPROM当前位于的内窥镜损坏的情况下，存储在存储器芯片或EEPROM中的数据和参数可以移植或迁移到另一内窥镜。也可以执行数据分析，包括错误的日志，修理的数据记录，清洁工作，器械的类型，器械的可用性(例如，关于尺寸)，校准数据，以及影响用于使器械移动的电机输出的器械上的摩擦力的适应。
当内窥镜的EEPROM数据未被系统读取时，可能限制外科医生控制台单元处的器械的操作。当内窥镜未连接到PSC主处理器或阀控制器盒时，器械不能在外科医生控制台单元处被操作。
在母子内窥镜中，可以在其中实现EEPROM以用于将子内窥镜平移到最佳位置。EEPROM在母和子内窥镜中实现。所述系统(PSC主处理器和/或SCU主处理器)从两个EEPROM读取母内窥镜管腔长度和子内窥镜插入管长度的数据，并且可以在ESD程序开始时将子内窥镜平移到母内窥镜的最佳位置(初始位置)。
在内窥镜中实现存储器芯片或EEPROM有若干有利的效果，列举如下：
·对于具有不同管腔长度的每个内窥镜使机器人器械能够在内窥镜管腔中容易地平移到最佳位置(初始位置)。
·防止对于不同胃肠道(上GI或下GI)其插入轴长度不同的器械的误用。
·由于能够记录关于系统的使用历史，对于定期维护和分析系统故障是有用的。
·由于能够记录关于每个设施的信息，对于定期维护和分析系统故障是有用的。
阀控制器盒的代表性实施例
各种现有技术参考文献公开了在内窥镜系统或内窥镜中实现阀控制器盒或阀控制单元。日本未审查专利申请公报第2013-90721号(用于空气和水供给的设备)公开了控制空气和水的流动路径和流率的简单设备。内窥镜的控制主体3上的按钮控制用于空气、水和水射流的阀。水管线和水射流管线可以可互换。日本未审查专利申请公报第Hei 7-53148号公开了用人体外部的设备执行喷射(水和空气)的内窥镜系统。US 8,388,522公开了内窥镜系统、程序和内窥镜系统控制方法。
与上述现有技术参考文献关联的技术问题在于，由于常规的内窥镜使用在其控制主体3上的机械阀来控制空气、水和抽吸功能，因此内窥镜医师只能在他们抓住控制主体3时控制这些功能。换句话说，使用外科医生控制台单元的外科医生不能使用空气、水和抽吸功能。而且，没有考虑多个医生联合使用一个内窥镜系统。
一种可能的解决方案是使距离内窥镜更远的外科医生能够操作控制台以控制打开和关闭空气管线、水管线和抽吸管线的阀，并且将使内窥镜医师和外科医生能够高效地使用远程控制阀，例如使得系统在内窥镜医师和外科医生之间减少冲突。内窥镜的管线中的机械阀被去除，并且具有用于空气和水管线的电动阀和用于抽吸的夹管阀的阀控制器盒(VCB)被添加到内窥镜系统代替该机械阀。控制主体3上的按钮和外科医生控制台单元的控制器电连接到VCB，使得这些阀可以被电控制。而且，可以有指示器和/或显示器来显示每个阀的状态，由此减轻用户混淆的风险。也可以设定优先级以在控制主体3和外科医生控制台单元上的开关之间操作VCB。图5A示出了该解决方案的实施例的连接图，并且图5B示出了VCB的示例。
以下描述VCB的特征。
a)输入压力在一个管线上，并且空气泵或二氧化碳(CO2)吹入器可与其连接。
b)输入管线分为空气管线和水管线，每个管线中有电动阀。
c)由于压力释放阀与水管线连接，因此在水功能关闭后压力会很快消失。所以，不必要的水不会从喷嘴出去，并且它不会妨碍可视化。
d)VCB的空气和水管线经由可以被再处理的适配器连接到内窥镜。
e)由于在相关现有技术的日本未审专利申请公报第2013-90721号和日本未审查专利申请公报第Hei 7-53148号中液体穿过阀，因此该管线需要被再处理或可更换。在相关现有技术的日本未审查专利申请公报第2013-90721号，日本未审查专利申请公报第Hei 7-53148号和US 8,388,522中未提及除了内窥镜之外的控制。
f)抽吸功能用位于底盘外部的夹管阀进行控制。一般地，内窥镜和抽吸瓶之间的管是一次性的，原因是污物穿过该管。
g)电动阀、压力释放阀和夹管阀连接到控制电路。这些阀用控制主体3和外科医生控制台单元上的开关进行控制。
h)控制主体3上的开关直接连接到VCB中的控制电路。来自外科医生控制台单元的信号经由主系统(PSC主处理器/SCU主处理器)传输到VCB中的控制电路。
i)在与空气和水按钮和阀相关的时间图下。空气功能可以在水按钮关闭后的一段时间期间开启。
j)在来自内窥镜和来自外科医生控制台单元侧的用以驱动VCB中的阀的输入之间设定优先级。
在优先级特征的第一示例中，只要在任一侧启动按钮，对应的阀就工作。例如，如果在外科医生控制台单元(SCU)上但不在内窥镜上按压水供给按钮，则将供给水。当与这相反，即在内窥镜上但不在外科医生控制台单元上按压水供给按钮时，也将供给水。此外，当对外科医生控制台单元和内窥镜上的按钮都按压时，也将供给水。抽吸具有高于吹入的优先级。这意味着当在一侧上按压吹入按钮，并且在相同侧或另一侧上按压抽吸按钮时，抽吸命令抑制吹入命令。除了同时启动抽吸和吹入(并且抽吸优先于吹入)的以上情况之外，可以同时启动多个按钮(和因此阀控制)。下表示出了该第一示例的优先级特征或优先级图表的概要。
Figure BDA0003327912030000251
表2：优先级特征示例1
在优先级特征的第二示例中，当内窥镜未对接到对接站时，只能从内窥镜控制抽吸、吹入和透镜清洁(水供给)。一旦内窥镜被对接，只能从外科医生控制台单元控制抽吸和透镜清洁。可以从任一侧(内窥镜或外科医生控制台单元)控制吹入。允许启动多个按钮(和因此启动多个阀)。
下表示出了第二示例的优先级特征或优先级图表的概要。
Figure BDA0003327912030000261
表3：优先级特征示例2
在优先级特征的第三示例中，当内窥镜未对接到对接站时，只能从内窥镜控制抽吸、吹入和透镜清洁(水供给)。一旦内窥镜被对接，只能从外科医生控制台单元控制所有功能，即抽吸、吹入和透镜清洁。没有来自内窥镜的控制。允许启动多个按钮(并因此启动多个阀)。下表示出了此第三示例的优先级特征或优先级图表的概要。
Figure BDA0003327912030000262
表4：优先级特征示例3
在该解决方案的替代实施例中，内窥镜连接器部分被分成视频处理器连接器部分和VCB连接器部分。视频处理器连接器包括用于成像的电连接器和用于照明的光纤插头。VCB连接器直接连接到控制电路和空气管线，并且经由水瓶连接到水管线。视频处理器连接器可以在连接部中可分离。
实现该解决方案有若干有利的效果，列举如下：
·当按下空气和水按钮时喷水会出来，与只用水相比清洁能力得到提高。
·如果改变分配，只有在按下水按钮时喷水才会出来。
·内窥镜医师和外科医生都可以使用空气供给、水供给和抽吸的功能。
·当内窥镜医师和外科医生之一正在使用它们时，另一位可以认识到该情况，原因是它在屏幕上被指示。
·用户将不会感到困惑，原因是VCB操作在内窥镜医师和外科医生之间被确定优先级，如同优先级特征，并且阀的工作状态显示在屏幕上。
·控制序列可以去除喷嘴内部的剩余水，由此改善可视化的清晰度。
用于成像相关透镜的清洁机构的代表性实施例
图6A和6C-6F示出了内窥镜的远侧部分。图6A是端面6A-100的视图，图6B是内窥镜系统6B-100的视图，图6C是在工作原始位置延伸6C-100的成像器械的视图，图6D是在休止原始位置突出6D-100的成像器械的视图，图6E是示出成像器械处于休止原始位置时的传感器位置6E-100的横截面图，图6F是示出用于工作原始位置6F-100的传感器位置的横截面图。
对于母子内窥镜系统，如果成像内窥镜具有用于透镜清洁的管线，则外径变大，并且导致输送内窥镜的外径变大。而且，如果成像内窥镜具有用于透镜清洁的管线，则成像内窥镜的控制主体3也变大，原因是控制主体3需要诸如阀的控制系统。这方面的一些相关的现有技术包括日本未审查专利申请公报第2014-18563号(用于内窥镜的导管)和日本未审查专利申请公报第2014-203064号(内窥镜设备、外套管和光学适配器)。与这些类似，外套管具有清洁成像内窥镜的透镜的功能，但是这些不关心成像内窥镜从输送内窥镜突出的情况。
在被称为工作原始位置的突出位置，外科医生可以获得手术的良好视图，但是外科医生不能清洁透镜，因此外科医生常常必须拉动成像内窥镜以清洁其透镜，原因是在烧灼装置的使用期间脂肪和/或其他污垢飞溅到成像内窥镜的透镜。而且，清洁程序是：(i)释放弯曲角度；(ii)拉动成像内窥镜并且适应于输送内窥镜的面；(iii)用供给水冲洗；(iv)用空气供给吹风；以及(v)返回工作原始位置。因此，它有很多步骤。
一种可能的解决方案是容易地和高效地清洁母子内窥镜系统中的不具有空气和水管线的成像内窥镜的透镜，使得成像内窥镜仅具有电荷耦合器件(CCD)、透镜、和照明器件。输送内窥镜具有用于透镜清洁的空气和水管线以及管线控制器，由此可以进行透镜清洁。
在具有成像内窥镜和输送内窥镜的医疗设备上，在输送内窥镜的远端上有用于透镜清洁的空气和水管线。6B示出了输送内窥镜的整体视图，并且图6A示出了输送内窥镜的远端。参考图6A和6B，输送内窥镜包括用于成像内窥镜的管腔，用于机器人臂的管腔，辅助(AUX)管腔，以及空气和水管线。另外，输送内窥镜也可以具有水射流。
输送内窥镜包括弯曲部段、挠性管、控制主体3和阀控制器盒。弯曲部段可以用控制主体3上的旋钮机械地控制。阀控制器盒用空气管线、水管线、抽吸管线和用于控制阀控制器盒的电线连接到输送内窥镜。此外，在管线的每一个中，都有一些阀，可以通过使用外科医生控制台单元的控制器和输送内窥镜的控制主体3上的按钮控制所述阀。图5A示出了示例性连接图。如果使用气腹注气器，则可以增加用于气腹管线的管线和阀，并且将该管线联结到抽吸管线(AUX管腔)。
成像内窥镜包括具有诸如CCD或互补金属氧化物半导体(CMOS)的成像传感器以及透镜的照明和可视化系统。成像内窥镜包括弯曲部段、挠性管部分、控制主体3、电机箱连接器、以及视频处理器连接器。电机安装在电机箱中，并且平移台驱动弯曲移动和平移。
在将成像内窥镜固定在输送内窥镜内部的休止原始位置时，将输送内窥镜插入患者体内并到达目标位置附近。然后，命令成像内窥镜移动到工作原始位置并且外科医生进行治疗。
利用外科医生控制台单元中的用于位置变化的选择开关，可以将成像内窥镜位置从休止原始位置切换到工作原始位置。诸如霍尔效应传感器或光学传感器的一些传感器可以用于成像内窥镜和输送内窥镜之间的对准。
根据外科医生的需要，成像内窥镜的远端可以由外科医生控制台单元从工作原始位置上下、左右移动。在成像内窥镜处于工作原始位置的情况下当成像内窥镜的透镜被脂肪或其他污垢弄脏时，成像内窥镜需要返回休止原始位置以清洁透镜。
当成像内窥镜处于休止原始位置时，内窥镜医师可以通过推动控制主体3上的开关来执行空气和水功能。当成像内窥镜处于工作原始位置时，外科医生可以使用外科医生控制台单元的控制器清洁成像内窥镜上的透镜。控制器包括用于位置变化的选择开关、空气按钮和水按钮。当成像内窥镜处于工作原始位置时，在推动选择开关之后，成像内窥镜从工作原始位置移动到休止原始位置。外科医生可以用空气按钮和水按钮清洁透镜。在清洁相机视图之后，使用选择开关将成像内窥镜返回到工作原始位置，并且然后外科医生可以继续治疗。
该系统可以包括自动透镜清洁模式。控制器包括用于位置变化的选择开关、自动清洁按钮、空气按钮和水按钮。如果外科医生在成像内窥镜处于工作原始位置时按下自动清洁按钮，则成像内窥镜移动到休止原始位置，并且用空气和水清洁透镜。此时，如有必要，外科医生可以用自动清洁按钮、空气按钮或水按钮清洁透镜。之后，成像内窥镜利用位置变化开关返回到工作原始位置。在一种自动透镜清洁模式下，处于休止原始位置的成像内窥镜可以随着清洁空气和/或水前后移动数次。
在输送内窥镜的远端的配置中，可以看出喷嘴开口可以面向透镜的中心。空气和水流可以与成像内窥镜的物镜表面平行，或者可以相对于顶点表面成角度。空气或水管线的横截面，空气和水管线可以具有侧分支。此外，水管线和空气管线可以联结它们相应的喷嘴。在该情况下，输送内窥镜上可能有一个或多个喷嘴。空气和水管线的横截面可以联结成一个管线。在自动清洁模式期间，透镜是用水还是喷雾(水和空气)进行清洁是可改变的，如下表中概述。
Figure BDA0003327912030000301
表5：按钮分配
实现该解决方案有若干有利的效果，列举如下：
·用于透镜清洁的喷雾(水和空气)比单独使用空气和水更好。
·在将内窥镜插入目标部位附近时，将成像内窥镜置于休止原始位置。所以，内窥镜医师可以通过与现有内窥镜类似的操作来清洁透镜。
·在内窥镜靠近目标部位之后，成像内窥镜切换到工作原始位置，并且外科医生可以通过三角测量保持用于治疗或手术的合适视图。
·如果透镜由于脂肪和/或粘液而变脏，则需要进行一系列透镜清洁步骤，即矫直成像内窥镜，将成像内窥镜拉回到休止原始位置，清洁透镜，以及将成像内窥镜返回到工作原始位置。这一系列透镜清洁步骤非常耗时。所以，自动清洁模式降低了操作的复杂化和复杂性。
·在自动清洁模式期间，透镜上的污垢更容易去除，原因是处于休止原始位置的成像内窥镜随着清洁空气和/或水前后移动数次。
·在自动清洁模式期间，透镜上的污垢更容易去除，原因是当成像内窥镜随着清洁空气和/或水前后移动数次时空气和水管线具有侧分支。
·在自动清洁模式下，利用喷雾(水和空气)进行清洁可以更容易地去除污垢。
特定管腔的布置的代表性实施例
各种现有技术的参考文献公开了具有用于器械和装置(例如，相机和透镜)的通道或管腔的内窥镜。US 6,352,503(对应于日本未审查专利申请公报第2000-037348号)公开了具有用于手动治疗装置的三个通道的内窥镜。US 7,537,561(对应于日本未审查专利申请公报第2004-194827号)公开了位于物镜的右侧的抓紧器通道和位于物镜的底侧的烧灼装置通道。两个照明透镜中的一个位于物镜的近侧，并且另一个位于抓紧器通道的下侧。日本未审查专利申请公报第2013-202197号公开了可以从其抽吸流体的烧灼装置通道位于远端的下侧。水射流通道位于烧灼装置通道和抓紧器通道的下方。
上述现有技术存在一些技术问题。例如，US 6,352,503，US 7,537,561和日本未审专利申请公报第2013-202197号的每一个需要对用户进行大量培训，原因是在这些系统中，用户需要在诸如内窥镜粘膜下剥离术(ESD)的内窥镜检查程序期间通过内窥镜角度精确地控制手动治疗装置。US 7,537,561的水射流通道远离抓紧器通道定位。结果，为了找到出血点，必须从抓紧器释放粘膜。日本未审查专利申请公报第2013-202197号的水射流通道位于两个装置通道的底侧。在该配置中，当远端的底侧与内壁接触时，向前的水流可能被结肠壁(胃壁)阻挡。
在一些实施例中，输送内窥镜不包括成像内窥镜，由此保持输送内窥镜的外径更小。然而，在一些其他实施例中，如图6A中所示，成像内窥镜从输送内窥镜远端的上侧出来，并且两个器械通道对称地位于下侧。内窥镜的外径可以大，原因是它具有用于器械和手动装置的三个通道。通过对称地定位两个器械通道并将成像通道定位在上中心处，可以直观地控制内窥镜。然而，它会影响用于内窥镜弯曲的丝的位置。换句话说，向上弯曲的丝必须放置在成像通道的侧部，但是这导致内窥镜操作变得不直观。另外，抓紧器装置从远端的底侧出来，并且外科医生将粘膜提升到上侧。结果，抓紧器装置覆盖图像区域的几乎一半。
可能的解决方案是将内窥镜的远端分成四个区域(第一至第四象限)，如图7A中所示。抓紧器器械通道的中心放置在第一象限中；相机放置在第二象限中；烧灼器械通道放置在第三象限中；并且辅助通道放置在第四象限中。在该解决方案中，相机与常规内窥镜中一样固定到内窥镜以便最小化外径。水射流通道的中心位于7B所示的由相机和各个通道的四个中心形成的区域内。照明透镜位于该区域之外，优选位于第二象限和第四象限中，以便减弱/减小/减少由抓紧器和烧灼装置产生的阴影。这些元件(如相机和通道)也可以相对于上下轴线相反地定位。对于相反位置，抓紧器器械通道放置在第二象限中；相机放置在第一象限中；烧灼器械通道放置在第四象限中；并且辅助通道放置在第三象限内。图7B示出了远端面7B-100。图7C示出了从远端面突出并且在中心7C-100处具有水射流的外科器械的侧视图。
参考图7B，用于内窥镜弯曲角度的丝和鞘以大约90度的间隔在上/下/右/左方向上定位。这是可能的，原因是相机和三个通道不位于上/下/右/左轴线上。远端不一定是平坦的。例如，物镜可以突出以便能够更接近地观察目标点。取决于器械尺寸，机器人器械的两个通道可以具有不同的内径。两个器械通道的形状不一定为圆形。例如，可以使用键槽或卵形/椭圆形形状来设定器械的旋转位置。而且，可以有两个以上的照明透镜。
实现该解决方案有若干有利的效果，列举如下：
·最小化内窥镜的外径。
·最大化视野，原因是抓紧器臂不覆盖图像的宽广区域。
·相对更容易找到出血点以治疗该出血，原因是水射流通道靠近相机、器械通道和辅助通道。在许多情况下，出血发生在烧灼装置尖端周围，并且止血钳和/或夹子穿过辅助通道。
·结肠(胃)壁不阻挡水射流，如图7C中所示。如果例如在日本未审查专利申请公报第2013-202197号中水射流通道位于远端的角部附近，则水流会被阻挡。
·目标部位(病变)很少被抓紧器和烧灼器的阴影覆盖，原因是照明位于远端的相对角部中。
·相对更容易使用抽吸和手动装置，如注入针头，止血钳和夹子，原因是辅助通道位置与常规内窥镜几乎相同。
外科器械远侧位置传感器(一个或多个)的代表性实施例
从系统的角度来看，理想的是PSC主处理器知道外科器械末端执行器相对于内窥镜远侧尖端的精确位置。许多因素使得难以精确控制该位置，这些因素包括但不限于：
a)在外科器械轴的长度上的压缩和拉伸。
b)内窥镜管腔长度的拉伸和压缩。该压缩或拉伸可能是由于各种因素，包括但不限于内窥镜在患者体内的移动以及内窥镜的曲折度的变化。
c)内窥镜管腔的长度的制造公差。
尽管可以减少这些因素的影响，但是在内窥镜的远侧尖端处的外科器械的预测位置和实际位置之间始终存在一些误差。该误差有很多影响，包括但不限于：
a)外科器械的不平滑运动，混淆使用的容易性和用户的灵活性。
b)在允许外科医生用机器人控制外科器械之前难以确保外科器械完全从内窥镜的远侧尖端显现。该错误会导致外科器械和内窥镜管腔的壁之间的碰撞，导致外科器械的减小运动范围，这可能使用户受挫。
c)如果臂朝远侧充分平移以确保从内窥镜管腔完全显现，在可能的最差位置误差情况下，可以阻止外科医生将外科器械充分靠近内窥镜相机以用于充分可视化抓紧的组织。
至少一个传感器或一组传感器在内窥镜内定位和使用，其检测位于至少一个外科器械上的至少一个目标。所述至少一个传感器或一组传感器充分靠近内窥镜的远端定位以在至少一个维度上准确地测量至少一个外科器械的远侧尖端的真实位置。该传感器测量可以用于各种目的，包括但不限于补偿外科器械的预测位置和真实位置之间的误差以进行更精确的控制。
一个或多个传感器可以在一个以上的维度上检测外科器械的位置。例如，一个或多个传感器可以检测外科器械的平移位置或外科器械的横滚取向，或任何数量的维度方向上的任何数量的其他位置测量。这些传感器包括但不限于霍尔效应传感器和光学传感器。
图8示出了至少一个传感器和对应的至少一个目标8-100的实施例的图示。传感器和目标的其他位置和配置是可能的。
本公开的特定实施例的代表性实施例解决了与现有的机器人内窥镜系统和装置关联的至少一个方面，问题，限制和/或缺点。尽管在本公开中已描述了与某些实施例关联的特征，方面和/或优点，但是其他实施例也可以具有这样的特征，方面和/或优点，并且并非所有实施例都必须具有这样的特征，方面和/或优点以落入本公开的范围内。本领域的普通技术人员将领会，上述公开的系统，部件，过程或其替代方案中的若干可以期望地组合到其他不同的系统，部件，过程和/或应用中。另外，在本公开的范围内可以由本领域普通技术人员对公开的各种实施例进行各种修改，替换和/或改进。

Claims (7)

1.一种内窥镜，其包括：
(a)插入部分，所述插入部分具有挠性插入管和具有远端面的远端，其中所述插入部分具有第一外科器械通道和第二外科器械通道；
(b)布置在所述远端面上的第一象限，第二象限，第三象限和第四象限；
(i)其中所述第一象限和所述第三象限在所述远端面的中心的相对侧；
(ii)其中所述第二象限和所述第四象限在所述远端面的中心的相对侧；
(iii)其中各个所述象限以象限序列布置；
(c)位于所述第一象限中的相机物镜；
(d)位于所述第二象限中的第一外科器械通道出口；
(e)位于所述第三象限中的辅助通道出口；以及
(f)位于所述第四象限中的第二外科器械通道出口。
2.根据权利要求1所述的内窥镜，其中所述象限序列选自以下组成的组：
(a)顺时针看所述远端面并且从所述相机物镜开始所述象限序列；以及
(b)逆时针看所述远端面并且从所述相机物镜开始所述象限序列。
3.根据权利要求1所述的内窥镜，其还包括在所述四个象限的中心区域处的前向水供给通道出口，其中所述中心区域在由以下的中心限定的四边形内部：
(a)相机物镜的中心；
(b)第一外科器械通道出口的中心；
(c)辅助通道出口的中心；以及
(d)第二外科器械通道出口的中心。
4.根据权利要求1所述的内窥镜，其还包括在所述四个象限的外径区域上的至少一个光源，其中所述外径区域在由以下的中心限定的四边形外部：
(a)相机物镜的中心；
(b)第一外科器械通道出口的中心；
(c)辅助通道出口的中心；以及
(d)第二外科器械通道出口的中心。
5.根据权利要求4所述的内窥镜，其还包括至少一对光源，所述一对光源布置在所述远端面的相对侧。
6.一种内窥镜系统，其具有根据权利要求1-5中的一项所述的内窥镜以及一个或多个外科器械。
7.根据权利要求6所述的系统，其中：
(a)将抓紧器器械插入所述第一外科器械通道中直到所述第一外科器械通道出口；以及
(b)将烧灼器械插入所述第二外科器械通道中直到所述第二外科器械通道的出口。
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