CN115721420A - 手术器械的信息处理方法、系统、手术器械及存储介质 - Google Patents

手术器械的信息处理方法、系统、手术器械及存储介质 Download PDF

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CN115721420A CN202110991248.9A CN202110991248A CN115721420A CN 115721420 A CN115721420 A CN 115721420A CN 202110991248 A CN202110991248 A CN 202110991248A CN 115721420 A CN115721420 A CN 115721420A
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surgical
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王家寅
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Abstract

本发明涉及一种手术器械的信息处理方法、系统、手术器械及存储介质。所述方法包括：获取在所述手术机器人使用手术器械的过程中产生的用于表征所述手术器械中的耗材受力情况的耗损数据序列；将所述耗损数据序列转换成所述耗材的寿命消耗信息；利用所述寿命消耗信息更新相应手术器械的寿命信息。上述手术器械的信息处理方法能够对手术器械的使用寿命进行更加精确的管理，提高对耗材的利用率，减少不必要的浪费。

Description

手术器械的信息处理方法、系统、手术器械及存储介质
技术领域
本申请涉及医疗器械技术领域，特别是涉及一种手术器械的信息处理方法、系统、手术器械及存储介质。
背景技术
目前，在传统手术面临种种局限的情况下，发展出了手术机器人来替代传统手术。手术机器人的设计理念是采用微创伤方式，精准地实施复杂的外科手术。手术机器人突破了人眼的局限，采用立体成像技术，将内部器官更加清晰的呈现给操作者。在原来手伸不进的区域，机器手能完成360度转动、挪动、摆动、夹持，并避免抖动。手术机器人的出现符合精准外科的发展趋势。手术机器人成为帮助医生完成手术的有力工具。
手术器械的使用次数是影响器械寿命的因素之一。对手术机器人来说，也是如此。
发明内容
基于此，有必要针对现有技术中使用次数不能精确反映手术器械的使用寿命的问题，提供一种手术器械的信息处理方法、系统、手术器械及存储介质。
根据一些实施例，本申请的第一方面提供一种手术器械的信息处理方法，包括：获取在所述手术机器人使用手术器械的过程中产生的用于表征所述手术器械中的耗材受力情况的耗损数据序列；将所述耗损数据序列转换成所述耗材的寿命消耗信息；利用所述寿命消耗信息更新相应手术器械的寿命信息。
在其中一个实施例中，所述将所述耗损数据序列转换成所述耗材的寿命消耗信息的步骤包括：按照依采样间隔而获得的所述耗损数据序列中各耗损数据，及其对应的第一权重，计算所述手术器械在使用过程中对相应耗材的寿命消耗信息；或者按照所述耗损数据序列中各耗损数据所持续的时长，及其对应的第二权重，计算所述手术器械在使用过程中对相应耗材的寿命消耗信息。
在其中一个实施例中，所述第一权重或所述第二权重是基于以下至少一种权重而得到的：单一耗材的耗损数据所对应的权重；以及根据具有力作用关系的多个耗材的各自耗损数据所对应的各权重。
在其中一个实施例中，所述手术器械的信息处理方法还包括：根据更新后的寿命信息与对应耗材的寿命阈值的比较结果，提示更新相应手术器械。
在其中一个实施例中，当所述比较结果表示相应耗材达到相应的寿命阈值时，在所述手术机器人使用所述手术器械前、使用过程中及尚未使用期间内的至少一种提示时机，提示更新相应的手术器械。
在其中一个实施例中，所述手术器械的信息处理方法还包括：对所述耗材的耗损数据序列进行数据过滤处理，以去除异常数据。
在其中一个实施例中，所述耗损数据来源于以下至少一种：所述耗材的驱动器的力矩数据，所述驱动器的驱动速度和/或角度，所述驱动器的输出功率，基于所述驱动器的驱动指令而确定的相应耗材的受力状态，及感应于所述耗材的力感应数据。
在其中一个实施例中，所述耗材包括：传动丝，或者具有力作用关系的多个传动丝。
在其中一个实施例中，各耗损数据和第一权重的对应关系预先存储、或基于预配置的映射函数而确定；和/或各耗损数据和第二权重的对应关系预先存储、或基于预配置的映射函数而确定。
在其中一个实施例中，所述手术器械的信息处理方法还包括：读取所述手术器械的器械标签，以根据所述器械标签更新相应的寿命信息；或者检测所述手术器械与手术机器人的装配位置信息，以根据所述装配位置信息更新相应的寿命信息。
在其中一个实施例中，所述提示更新相应的手术器械，包括：显示寿命信息，或者禁止使用该手术器械。
本申请的第二方面提供一种手术器械，包括至少一个耗材和存储介质；其中，所述存储介质上存储有器械标签和计算机程序，所述计算机程序被运行时，执行如任一本申请实施例中所述方法的步骤。
本申请的第三方面提供一种手术机器人系统，包括手术器械及手术机器人，手术器械包含至少一个耗材和存储介质，其中，所述存储介质中至少存储有器械标签；手术机器人与所述手术器械连接，用于控制所述手术器械运动，以及执行如任一本申请实施例中所述方法的步骤。
在其中一个实施例中，所述手术机器人包括多个用于挂载所述手术器械的机械臂及控制器，控制器与所挂载的手术器械信号连接；所述控制器用于读取所挂载的手术器械的器械标签及其对应的寿命信息。
在其中一个实施例中，所述手术器械中的耗材包括传动丝、或具有力作用关系的多个传动丝。
在其中一个实施例中，所述耗材上设有第一力传感器，和/或所述手术器械中具有作用力关系的多个耗材之间设置有第二力传感器；其中，所述第一力传感器和/或所述第二力传感器用于向所述手术机器人提供所述耗损数据序列。
本申请的第四方面提供一种存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现任一本申请实施例中所述方法的步骤。
本申请的第五方面提供一种手术器械的信息处理系统，包括存储器和处理器；所述存储器上存储有可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现任一本申请实施例中所述方法的步骤。
上述实施例中手术器械的信息处理方法、系统、手术器械及存储介质，通过获取在所述手术机器人使用手术器械的过程中产生的用于表征所述手术器械中的耗材受力情况的耗损数据序列，该序列中可以有一个数据，也可以包含多个依时间顺序排序的多个数据，即，序列中每一个耗损数据均可对应设置有其产生时间；由于耗损数据时间序列影藏着手术器械的真实寿命信息，根据耗损数据序列生成所述耗材的寿命消耗信息，并利用所述寿命消耗信息更新相应手术器械的寿命信息，能够对手术器械的使用寿命进行更加精确的管理，提高对耗材的利用率，减少不必要的浪费。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为一实施例中提供的手术器械的信息处理方法的流程图；
图2为另一实施例中提供的手术器械的信息处理方法的流程图；
图3为一实施例中提供的手术机器人系统的使用场景示意图；
图4为一实施例中提供的手术机械人、固定式显示装置及手术器械的示意图；
图5为一实施例中提供的显示装置的示意图；
图6为一实施例中提供的手术器械的示意图；
图7为一实施例中提供的机械臂的示意图；
图8为一实施例中提供的第一拉力传感器的示意图；
图9为一实施例中提供的第二拉力传感器的示意图；
图10为一实施例中提供的用户图形界面中提示信息的示意图；
图11为另一实施例中提供的用户图形界面中提示信息的示意图；
图12为另一实施例中提供的手术器械的信息处理方法的流程图；
图13为一实施例中提供的远程数据监控的示意图；
图14为一实施例中提供的步骤S15的具体步骤的流程图；
图15为另一实施例中提供的步骤S15的具体步骤的流程图；
图16为又一实施例中提供的步骤S15的具体步骤的流程图。
附图标记说明：100、控制单元；101、固定式显示装置；102、沉浸式显示装置；200、手术机器人；210、机械臂；220、致动器；221、电机；300、病床；400、手术器械；401、远端部分；402、近端控制部分；403、细长杆；404、传动丝；501、第一拉力传感器；502、第二拉力传感器；600、数据中心。
具体实施方式
为了便于理解本申请，下面将参照相关附图对本申请进行更全面的描述。附图中给出了本申请的首选实施例。但是，本申请可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本申请的公开内容更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
在使用本文中描述的“包括”、“具有”、和“包含”的情况下，除非使用了明确的限定用语，例如“仅”、“由……组成”等，否则还可以添加另一部件。除非相反地提及，否则单数形式的术语可以包括复数形式，并不能理解为其数量为一个。
应当理解，尽管本文可以使用术语“第一”、“第二”等来描述各种元件，但是这些元件不应受这些术语的限制。这些术语仅用于将一个元件和另一个元件区分开。例如，在不脱离本申请的范围的情况下，第一元件可以被称为第二元件，并且类似地，第二元件可以被称为第一元件。
在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”等术语应做广义理解，例如，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
请注意，本申请中涉及的手术机器人包括包含处理器以及由处理器向驱动电机施加控制信息，以对手术器械进行控制操作的终端设备。
利用机器人做外科手术已日益普及，譬如，达芬奇(Da Vinci)手术机器人已经应用在全球各大医院，因其能够使得患者伤害小、出血少、恢复快，大大缩短了患者术后住院时间，并使得术后存活率和康复率也能明显提高，为患者带来福音。因此，手术机器人受到广大消费者的青睐，现在手术机器人作为一种高端医疗器械，已广泛运用于各种临床手术中。
手术机器人是一种具有全自动、半自动或监督模式的手术用电子设备，一般包括控制台和机械臂，控制台可以由计算机系统、手术操作监视器、机器人控制监视器、操作手柄和输入输出设备等组成。例如，手术时外科医生可坐在远离手术台的控制台前，头靠在视野框上，双眼接受来自不同摄像机的完整图像，共同合成术野的三维立体图。医生双手控制操作杆，手部动作传达到机械臂的尖端，完成手术操作，从而增加操作的精确性和平稳性。
传统技术基于手术器械的使用次数来确定器械寿命，然而不同手术器械在不同术式下的实际使用时间差异很大，且手术器械中耗材在不同受力状态下，损耗差异很大。因此，在不同的使用状态下，器械的损耗程度差异很大，器械的使用次数并不能精确的代表耗材的真实使用寿命。本申请的发明人创造性的发现不同手术器械在不同术式下的实际使用时间差异很大，传动丝在不同的受力状态下，损耗差异很大。因此，本申请旨在提出一种手术器械的信息处理方法、系统、手术器械及存储介质，基于手术器械中耗材的受力情况，对手术器械的寿命进行更加精确的管理，以提高对耗材的利用率，减少不必要的浪费。
在一些实施例中，可以设置手术机器人包括医生控制台及手术台车，医生控制台上设有主操作手，手术台车具有若干个机械臂，手术器械和内窥镜可以分别挂载于机械臂上，主操作手与机械臂及手术器械构成主从控制关系。操作者(例如外科医生)通过医生控制台及主操作手远程操作实现对病床上患者进行微创伤手术治疗。机械臂和手术器械在手术过程中根据被操作者操控的主操作手的运动而运动。医生控制台上可以设置有显示装置，该显示装置与手术台车的机械臂挂载的内窥镜通信连接，能够接收和显示内窥镜采集的图像。操作者根据医生控制台上显示装置显示的图像，通过主操作手控制机械臂及手术器械运动，使得内窥镜和手术器械分别通过患者身体上的创口进入病患位置。手术中，手术机器人执行任一本申请实施例中所述的手术器械的信息处理方法，将用于表征手术器械中耗材受力情况的耗损数据序列转换成耗材的寿命消耗信息，利用寿命消耗信息更新相应手术器械的寿命信息，或将寿命消耗信息传输至云端数据中心。
图1为一实施例中的手术器械的信息处理方法的流程图。请参阅图1，手术器械的信息处理方法包括以下步骤：
步骤S10，获取在所述手术机器人使用手术器械的过程中产生的用于表征所述手术器械中的耗材受力情况的耗损数据序列。
步骤S20，将所述耗损数据序列转换成所述耗材的寿命消耗信息。
步骤S30，利用所述寿命消耗信息更新相应手术器械的寿命信息。
具体地，手术机器人使用的手术器械一般包括无源手术器械及有源手术器械，其中，无源手术器械一般包括直角钳、弧剪、直剪、超声刀及大力抓钳等；有源手术器械一般包括单极弧形电凝钳等。所述手术器械还可以包括：包含内窥镜的手术器械。通过获取在手术机器人使用手术器械的过程中产生的用于表征所述手术器械中的耗材受力情况的耗损数据序列，该序列中可以有一个数据，也可以包含多个依时间顺序排序的多个数据，即，序列中每一个耗损数据均可对应设置有其产生时间；由于耗损数据时间序列隐藏着手术器械的真实寿命信息，根据耗损数据序列生成所述耗材的寿命消耗信息，并利用所述寿命消耗信息更新相应手术器械的寿命信息，能够对手术器械的使用寿命进行更加精确的管理，提高对耗材的利用率，减少不必要的浪费。
作为示例，在本申请的一个实施例中，在手术机器人使用手术器械的过程中产生的、用于表征手术器械中耗材受力情况的耗损数据序列，可以包括一个数据或多个数据，来源于以下至少一种：耗材的驱动器的力矩数据，驱动器的驱动速度和/或角度，驱动器的输出功率，基于所述驱动器的驱动指令而确定的相应耗材的受力状态，及感应于耗材的力感应数据。其中，耗材可以包括：传动丝，或者具有力作用关系的多个传动丝。
作为示例，所述步骤S20将所述耗损数据序列转换成所述耗材的寿命消耗信息。其中，所述寿命消耗信息用于表示手术器械中的耗材在所述损耗数据序列所表示的力的作用下，反映该耗材可使用的寿命被消耗的信息；其包括但不限于用时间表示的信息，用材料磨损量表示的信息，或用力表示的信息；或按照预设的评价机制对包含上述至少两类信息进行评价所得到的信息等。
在一些实施例中，步骤S20中包括：按照依采样间隔而获得的所述耗损数据序列中各耗损数据，及其对应的第一权重，计算所述手术器械在使用过程中对相应耗材的寿命消耗信息；或者按照所述耗损数据序列中各耗损数据所持续的时长，及其对应的第二权重，计算所述手术器械在使用过程中对相应耗材的寿命消耗信息。
具体地，手术器械上多个传动丝的收缩程度不同、或者多个传动丝的长短不同，引起传动丝上力分配不同，在不同的力的作用下、或者在受到不同的力的不同时长的作用下，传动丝的寿命长短也不同。由此示例而推广至手术器械中的各种耗材上，所述第一权重或所述第二权重用于表示根据相应耗材在不同受力/受力时长的情况下而改变了耗材的磨损程度；其与耗材自身的材料、多个相互作用的耗材之间的作用力/作用力的时长、和耗材的当前磨损情况中的至少一种相关。所述第一权重或所述第二权重举例为经预先寿命测试而设定的，或者根据预设的寿命模拟测量计算得到的。所述第一权重或第二权重可以是基于以下至少一种权重而得到的：单一耗材的耗损数据所对应的权重；以及根据具有力作用关系的多个耗材的各自耗损数据所对应的各权重。各耗损数据和第一权重的对应关系预先存储例如可以预先存储在数据库中、或基于预配置的映射函数而确定；和/或各耗损数据所持续的时长和第二权重的对应关系预先存储例如可以预先存储在数据库中、或基于预配置的映射函数而确定。其中，所述映射函数举例为基于有限元算法、或者力导向算法等而构建的。
按照所述耗损数据序列中各耗损数据及其对应的第一权重进行加权计算/加权平均计算等数据处理，得到的结果被视为寿命消耗信息。
或者，按照所述耗损数据序列中各耗损数据所持续的时长，及其对应的第二权重进行加权计算/加权平均计算等数据处理，得到的结果被视为寿命消耗信息。
利用上述任一实施例所提供的方式计算出的寿命消耗信息，执行步骤S30，更新相应手术器械的寿命信息，其中，该寿命信息可以是反映手术器械已经耗损掉的寿命的信息，或者反映手术器械尚剩余的寿命的信息。
针对不同的手术器械，其包含的耗材的种类不完全一致。例如，手术器械中包含多种耗材，所更新的所述手术器械的寿命信息对应于各耗材中剩余寿命最短的寿命信息。
另外，在一些示例中，在手术器械的生命周期中，手术机器人可以使用同一手术器械。为此，所述信息处理方法所更新的寿命信息确定对应唯一的手术器械。在另一些示例中，所述手术机器人所使用的手术器械随手术的术式而定。为此，所述信息处理方法还包括关联手术器械的器械标签与相应的寿命信息的步骤。作为示例，在本申请的一个实施例中，在步骤S30之前，且与步骤S10、S20无必然顺序地，所述信息处理方法还包括步骤：读取所述手术器械的器械标签，以根据所述器械标签更新相应的寿命信息；或者检测所述手术器械与手术机器人的装配位置信息，以根据所述装配位置信息更新相应的寿命信息。
在此，所述手术器械中预先存储具有用于辨识其身份信息的器械标签，以使所计算出的寿命消耗信息与器械标签相关联，并在执行步骤S30时，根据器械标签更新相应的寿命信息。
另外，手术器械与手术机器人的装配位置信息一般是独一无二的，也可以根据装配位置信息更新相应的寿命信息。以手术机器人提供四个手术工具臂为例，其中，第一手术工具臂对应装配有包含内窥镜的手术器械，第二手术工具臂和第三手术工具臂对应装配有手术操作用的手术器械(如手术剪等)，第四手术工具臂对应装配有辅助手术操作的手术器械(如牵拉器等)。在手术机器人的各手术工具臂配置有唯一确定的手术器械的情况下，利用各手术工具臂所提供的装配位置信息，如手术工具臂的装置标签、或位置顺序编号等，将所计算出的寿命消耗信息与手术器械进行关联，并在执行步骤S30时，确定更新相应手术器械的寿命信息。
作为示例，在本申请的一个实施例中，与上述各步骤无必然顺序地，例如，在执行步骤S30之后，所述信息处理方法还包括：根据更新后的寿命信息与对应耗材的寿命阈值的比较结果，提示更新相应手术器械。例如，当所述比较结果表示相应耗材达到相应的寿命阈值时，在所述手术机器人使用所述手术器械前、使用过程中及尚未使用期间内的至少一种提示时机，提示更新相应的手术器械。
如下实施例中以传动丝作为耗材、以手术器械的器械识别码作为获取其身份信息的器械标签，示例性说明本申请的实现原理。
请参阅图2，在本申请的一个实施例中，手术机器人所使用的手术器械的信息处理方法包括如下步骤：
步骤S11，获取手术器械的器械识别码、初始寿命值及寿命阈值。
具体的，请参阅图3至图5，手术器械的信息处理方法可以应用于手术机器人系统。手术机器人系统可以包括控制单元100(也称为医生控制台或医生控制端)及手术机器人200(也称为手术台车或患者控制端)。手术机器人200具有若干个机械臂210，机械臂210可以用于挂载如手术刀或内窥镜(例如，腹腔镜)等手术器械400。控制单元100与手术机器人200通信连接。操作者(例如，外科医生)可以通过控制单元100实现对病床300上的患者进行微创伤手术治疗。
其中，控制单元100上可以设有主操作手。主操作手与机械臂210及手术器械400可以构成主从控制关系。操作者通过主操作手控制机械臂210运动，从而控制手术器械400的运动。进一步的，主操作手还可以接受人体组织器官对手术器械400的反作用力信息并反馈至操作者手部，以使操作者能够更加直观的感受手术操作。
控制单元100还可以具有显示装置，该显示装置与手术机器人200的机械臂210挂载的内窥镜通信连接，能够接受和显示内窥镜所采集的图像。操作者根据显示装置所显示的图像，通过主操作手控制机械臂210及手术器械400运动。内窥镜和手术器械400分别通过患者身体上的创口进入病患位置。可选的，显示装置可以包括沉浸式显示装置102和固定式显示装置101。操作者可以通过沉浸式显示装置102或固定式显示装置101的显示屏查看患者体内状况。
手术机器人200的多个机械臂210上可以分别挂载有一个手术器械400。每个手术器械400均具有一个对应的器械识别码。器械识别码表示手术器械400的身份信息，并且通过该器械识别码可以确定挂载该手术器械400的机械臂210。
手术器械400的初始寿命值为本次使用前手术器械400的寿命值。手术器械400的当前寿命值为其使用过程中实时的寿命值。手术器械400的寿命阈值为手术器械400的寿命上限。
在一些示例中，手术器械400使用过程中其寿命值可以是递增的。当手术器械400初次使用时其初始寿命值为零，手术器械400第X次使用时其初始寿命值可以是第(X-1)次使用结束后的寿命值。随着使用时间的增加，手术器械400的当前寿命值逐渐增加，当手术器械400的当前寿命值达到寿命阈值时需要更换。在其他示例中，手术器械400使用过程中其寿命值可以是递减的。当手术器械400初次使用时其初始寿命值可以为满值，手术器械400第X次使用时其初始寿命值可以是第(X-1)次使用结束后的寿命值。随着使用时间的增加，手术器械400的当前寿命值逐渐降低，当手术器械400的当前寿命值达到寿命阈值时需要更换。本申请下列实施例中以手术器械400使用过程中其寿命值递增为例进行说明。
在一些示例中，手术器械400内可以配置有计算机可读存储芯片。计算机可读存储芯片用于存储手术器械400的器械识别码、初始寿命值及寿命阈值等信息。手术器械400可以与手术机器人200通信连接，使得控制单元100可以通过手术机器人200从各手术器械400内的计算机可读存储芯片获取对应的器械识别码、初始寿命值及寿命阈值。当然，控制单元100还可以通过其他方式例如扫码识别的方式，获取手术器械400的器械识别码，以便于后续获取与手术器械400对应的耗损数据序列。
在另一些示例中，可以由操作者通过鼠标、键盘等输入设备将各手术器械400的器械识别码、初始寿命值及寿命阈值输入给控制单元100，寿命阈值与耗材的材料相关，不同材料的耗材对应的寿命阈值可以不同。当然，控制单元100也可以进一步将各手术器械400的器械识别码、初始寿命值及寿命阈值等信息通过手术机器人200传输给对应的手术器械400，使得手术器械400内的计算机可读存储芯片存储这些信息，以便于控制单元100根据手术器械400的器械识别码获取该手术器械400的寿命阈值。
步骤S13，实时获取手术器械使用过程中传动丝的受力值。
在一些示例中，请参阅图6和图7，手术器械400可以包括近端控制部分402、细长杆403及远端部分401。细长杆403的两端分别与近端控制部分402和远端部分401连接。近端控制部分402和远端部分401还通过丝传动结构(图未示出)进行连接，丝传动结构包括若干传动丝404，丝传动结构将近端控制部分402的动力传给远端部分401。细长杆403内部可以开设空腔用于容纳丝传动结构。手术机器人200的机械臂210上可以设置有致动器220。手术器械400的近端控制部分402安装至机械臂210的致动器220中，致动器220用于驱动近端控制部分402运动。致动器220内部可以包括电机221，具体可以由电机221驱动近端控制部分402运动。近端控制部分402内还可以设置有射频识别设备(RFID，Radio FrequencyIdentification)等通信单元，通信单元与手术机器人200通信连接，使得手术机器人200能够获取各手术器械400内的计算机可读存储芯片所存储的器械识别码、初始寿命值及寿命阈值等信息。
具体的，可以设置检测单元检测手术器械400使用过程中手术器械400内部传动丝404的受力值。
在一些示例中，可以实时获取电机221的力矩信息，并基于力矩信息计算各传动丝404的受力值。本实施例中，各传动丝404的受力值包括各单根传动丝404上的受力值。机械臂210内电机221对手术器械400进行驱动时，电机221的力矩会转化为传动丝404上的拉力。因此，可以采用电机221力矩传感器或电流传感器等力矩获取装置采集电机221的力矩信息，并基于采集的电机221的力矩信息及手术器械400的丝传动结构的信息计算对应传动丝404上的受力值。
在另一些示例中，可以实时获取拉力传感器采集的各传动丝404的受力值。本实施例中，各传动丝404的受力值包括各单根传动丝404上的受力值，或者各传动丝404的受力值包括各单根传动丝404上的受力值及各传动丝404之间的受力值。采集各单根传动丝404上的受力值时，请参阅图8，检测单元可以包括若干第一拉力传感器501，第一拉力传感器501的数量与传动丝404的数量相等且一一对应。各第一拉力传感器501分别设置于对应的传动丝404上，并分别用于检测对应的传动丝404上的受力值。采集各传动丝404之间的受力值时，请参阅图9，检测单元可以包括若干第二拉力传感器502，各第二拉力传感器502分别设置于不同的两个传动丝404之间，并分别用于检测对应的两个传动丝404之间的受力值。
需要说明的是，实时获取手术器械400使用过程中传动丝404的受力值可以采用为本领域技术人员所熟知的任意方法而不限于上述实施例中的方式。
步骤S15，基于初始寿命值及传动丝的受力值得到手术器械的当前寿命值。
具体的，基于传动丝404的受力值可以对手术器械400使用过程中的寿命值逐渐累加得到实时的寿命增加值，再计算手术器械400使用过程中实时的寿命累加值和初始寿命值的和可以得到手术器械400的寿命信息，例如当前寿命值。
步骤S17，基于当前寿命值及寿命阈值确定对应于器械识别码的手术器械是否需要更换。
在一些示例中，可以直接将手术器械400的当前寿命值与寿命阈值对比，在当前寿命值达到寿命阈值时判断为对应于该器械识别码的手术器械400需要更换并执行步骤S19；否则，可以继续执行步骤S13直到该手术器械400被拔出。
在另一些示例中，可以根据寿命阈值配置该手术器械400所对应的设定值，在当前寿命值达到设定值时判断为对应于该器械识别码的手术器械400需要更换并执行步骤S19；否则，可以继续执行步骤S13直到该手术器械400被拔出。在使用过程中手术器械400的当前寿命值递增时可以配置设定值低于寿命阈值，在使用过程中手术器械400的当前寿命值递减时可以配置设定值高于寿命阈值。配置设定值可以给手术器械400的使用时间留有一定的裕量，避免手术器械400的当前寿命值达到寿命阈值无法使用而影响手术。譬如，配置设定值为当手术器械400的当前寿命值达到设定值时，该手术器械400的使用寿命预计还剩余30分钟等等。又如，当更新后的寿命信息达到寿命阈值的预设百分比(如95％)时，确定手术器械400的使用寿命预计还剩余M分钟、或者预计无法完成本次手术等。
步骤S19，输出提示信息。
具体的，可以通过文字、图标、声音等方式输出提示信息，提示用户手术器械400的当前寿命值已到或者即将达到上限，无法继续使用，建议更换其他手术器械400。提示信息中还可以包括建议更换的手术器械400所对应的机械臂210信息，从而便于用户知晓需要更换的手术器械400。譬如，手术机器人200包括左机械臂210和右机械臂210，当左机械臂210持有的手术器械400的当前寿命值达到设定值时，请参阅图10，在用户图形界面(譬如固定式显示装置101的显示屏界面)提示左机械臂210的手术器械400预估使用寿命还剩余30分钟，建议更换。譬如，请参阅图11，手术机器人200包括1号臂、2号臂、3号臂及4号臂，当4号臂持有的手术器械400的当前寿命值达到寿命阈值时，在用户图形界面上4号臂所对应位置提示器械寿命已到，请更换器械。
上述手术器械的信息处理方法获取手术器械400的器械识别码、初始寿命值及寿命阈值，实时获取手术器械400使用过程中传动丝404的受力值，基于初始寿命值及传动丝404的受力值得到手术器械400的当前寿命值，并基于当前寿命值及寿命阈值确定对应于器械识别码的手术器械400是否需要更换，若需要更换则输出提示信息，以提示更新相应的手术器械，如显示寿命信息，或者禁止使用该手术器械400等。该手术器械的信息处理方法利用传动丝404的受力值计算手术器械400的当前寿命值，从而判断对应于器械识别码的手术器械400是否需要更换，考虑了传动丝404在使用过程中的磨损，从而能够精确反映手术器械400的使用寿命，对手术器械400的使用寿命进行更加精确的管理。
在一些示例中，请参阅图2和12，步骤S11包括：
步骤S111，获取手术器械的器械识别码及初始寿命值。
具体的，获取手术器械400的器械识别码及初始寿命值的方法可以参阅上述实施例中步骤S11的方法。
步骤S112，基于器械识别码得到传动丝的材质。
步骤S113，基于传动丝的材质得到寿命阈值。
具体的，器械识别码可以关联传动丝404的材质、传动丝404的寿命阈值等。手术器械400的传动丝404可以采用钨丝或不锈钢等材质，不同材质的传动丝404的抗磨损能力不同，故配置的寿命阈值也不同。本实施例中，考虑到手术器械400使用的传动丝404的材质不同，相同的拉力对不同材质的传动丝404产生的磨损不同会导致传动丝404使用过程中寿命阈值不同，使得寿命阈值更准确。
在一些示例中，请参阅图2和图12，步骤S13之前还包括步骤S12，基于初始寿命值及寿命阈值确定对应于器械识别码的手术器械是否需要更换。
具体的，在手术器械400安装到机械臂210上以后，手术机器人200与手术器械400通过射频信号等方式建立通信，使得控制单元100可以读取手术器械400上计算机可读存储介质所存储的器械识别码、初始寿命值及寿命阈值等信息。若手术器械400的初始寿命值已达到寿命阈值或设定值则确定为该手术器械400需要更换，并执行步骤S19。若手术器械400的初始寿命值未达到寿命阈值或设定值则确定为该手术器械400可以继续使用，并执行步骤S13。
在一些示例中，请参阅图2和图12，步骤S15之前还包括步骤S14，对传动丝的受力值进行数据滤波处理。
具体的，当采集的传动丝404的受力值含有噪声信号时，可以对传动丝404的受力值数据进行数据滤波处理，滤除其噪音信号。由于传动丝404的受力值数据一般在一定的数值范围内上下波动，超过该数值范围的受力值数据可能为异常数据，可采用的滤波器包括低通滤波器、卡尔曼滤波器或者其他形式的滤波器，以去除获取的受力值数据中的异常数据。对传动丝404的受力值进行滤波处理有利于得到更加精确的受力值，从而计算得到的当前寿命值也更加精确。
在一些示例中，请参阅图2和图12，步骤S17之前还包括步骤S114，对寿命阈值进行大数据分析得到更精确的寿命阈值。
具体的，请参阅图13，手术机器人系统可以将获取到的手术器械400的寿命阈值通过无线通信网络传输至数据中心600。数据中心600对该手术器械400的寿命阈值进行大数据分析，得出更精确的寿命阈值。进一步的，数据中心600还可以远程对手术器械400的计算机可读写存储芯片中的存储的寿命阈值进行更新。
在一些示例中，请参阅图2和图12，步骤S17之后还包括步骤S18，判断手术器械是否被拔出。
具体的，可以配置到位传感器等检测装置检测手术器械400是否从手术机器人200的机械臂210上拔出。若是，则结束流程，若否，则返回执行步骤S13。
在一些示例中，请参阅图2和图14，步骤S15包括：
步骤S21，实时获取手术器械的运动状态信息。
步骤S22，基于手术器械在各个时间段的运动状态信息确定手术器械在各个时间段的第一权值系数。
步骤S23，基于第一权值系数和传动丝的受力值计算当前寿命值。
本实施例中，各传动丝404的受力值包括各单根传动丝404上的受力值。根据手术器械400的运动状态来确定计算手术器械400的当前寿命时的传动丝404受力的计算权值系数。具体可以实时采集手术器械400的运动状态信息，例如运动状态信息可以包括驱动手术器械400运动的电机221的速度信息、位置信息等信息。然后，基于运动状态信息判断手术器械400在各个时间段的运动状态，根据不同的运动状态，选择不同的第一权值系数作为耗损数据序列中各耗损数据对应的第一权重。譬如，手术器械400的运动状态包括运动状态1至运动状态N，这些运动状态依次对应第一权值系数a1至aN。最后将传动丝404上的受力值进行加权求和，再将加权求和后的结果和初始寿命值相加以得到手术器械400的当前寿命值。当前寿命值Tlife满足：
Figure BDA0003232362010000191
其中，t为时间，now为当前时刻，
Figure BDA0003232362010000192
为手术器械400在第i运动状态下的第一权值系数，
Figure BDA0003232362010000193
为手术器械400在第i运动状态下传动丝404的受力值。
以手术器械400为腹腔镜为例，初始寿命状态下的腹腔镜在从人体外部进入人体内部的过程中，至少经历口腔运动状态、食道运动状态、幽门运动状态及胃腔运动状态，这些运动状态依次对应第一权值系数a1至a4，其中，腹腔镜在口腔运动状态下传动丝404的受力值为
Figure BDA0003232362010000194
腹腔镜在食道运动状态下传动丝404的受力值为
Figure BDA0003232362010000195
腹腔镜在幽门运动状态下传动丝404的受力值为
Figure BDA0003232362010000196
腹腔镜在胃腔运动状态下传动丝404的受力值为
Figure BDA0003232362010000197
t为时间，腹腔镜当前寿命值T0 life满足：
Figure BDA0003232362010000201
本实施例中，手术器械400使用时，其在不同的时间段可以是不同的运动状态，而不同的运动状态下其第一权值系数和受力值都发生变化。因此，考虑手术器械400在不同的受力及不同的运动状态下的受力对传动丝404的损耗不同使得提高计算得到的当前寿命值准确性。
在一些示例中，请参阅图2和图15，步骤S15包括：
步骤S31，获取各单根传动丝上的受力的第二权值系数及各传动丝之间的受力的第三权值系数。
步骤S32，基于第二权值系数、第三权值系数、各单根传动丝上的受力值及各传动丝之间的受力值计算当前寿命值。
本实施例中，当前寿命值Tlife满足：
Figure BDA0003232362010000202
其中，bi为第i根传动丝404的第二权值系数，Ti为第i根传动丝404上的受力值，ci,j为第i根传动丝404和第j根传动丝404的第三权值系数，Ti,j为第i根传动丝404和第j根传动丝404之间的受力值。
本实施例中，各传动丝404的受力值包括各单根传动丝404上的受力值及各传动丝404之间的受力值。由于不同类型的受力(不同传动丝404上的受力、不同传动丝404之间的受力)对器械寿命的影响程度不同，所以对第一权重分别设定不同的权值系数，即第二权值系数和第三权值系数。譬如，手术器械400的传动丝4041至传动丝404n上受力的第二权值系数依次为b1至bN，用第二权值系数表示单一耗材的耗损数据序列中各耗损数据对应的第一权重，传动丝404i与传动丝404j之间受力的第三权值系数为ci,j，用第三权值系数表示具有力作用关系的多个传动丝的各自耗损数据对应的第一权重。利用第二权值系数和第三权值系数分别对各单根传动丝404上的受力值和各传动丝404之间的受力值进行加权计算，得到手术器械400的当前寿命值。
在一些示例中，请参阅图1和图16，步骤S15包括：
步骤S41，基于各个时间段各单根传动丝上的受力值及各传动丝之间的受力值确定手术器械在各个时间段的损耗状态；
步骤S42，获取手术器械在各损耗状态下的损耗权值系数和维持时间；
步骤S43，基于手术器械在各损耗状态下的损耗权值系数和维持时间计算当前寿命值。
本实施例中，当前寿命值Tlife满足：
Figure BDA0003232362010000211
其中，dm为手术器械400在损耗状态m下的损耗权值系数，Δtm为手术器械400在损耗状态m下的维持时间。
本实施例中，各传动丝404的受力值包括各单根传动丝404上的受力值及各传动丝404之间的受力值。根据手术器械400不同传动丝404上的受力、不同传动丝404之间的受力，确定手术器械400不同的损耗状态。再根据不同的损耗状态对器械寿命的影响程度不同，确定不同的损耗权值系数。譬如，手术器械400的损耗状态包括损耗状态1至损耗状态N，这些损耗状态依次对应损耗权值系数d1至dN，用损耗权值系数表示耗损数据序列中各耗损数据所持续的时长对应的第二权重。然后，对不同损耗状态下的使用时间进行加权计算，得到手术器械400的当前寿命值。
需要说明的是，图14-16实施例中的权值系数选择方法可以任意选择与相互组合。
应该理解的是，虽然图1-图2、图12、图14-图16的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，图1-图2、图12、图14-图16中的至少一部分步骤可以包括多个步骤或者多个阶段，这些步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤中的步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
本申请还提供一种手术器械，包括至少一个耗材和存储介质；其中，所述存储介质上存储有器械标签和计算机程序，所述计算机程序被运行时，执行如任一本申请实施例中所述方法的步骤。
本申请还提供一种手术机器人系统。手术机器人系统包括手术器械400及手术机器人200，手术器械400包含至少一个耗材和存储介质，其中，所述存储介质中至少存储有器械标签；手术机器人200与手术器械400连接，用于控制手术器械400运动，以及执行如任一本申请实施例中所述方法的步骤。
具体地，请继续参阅图13，在一些示例中，手术机器人系统还包括检测单元(未图示)及控制单元100。手术器械400内配置的存储介质可以为计算机可读存储芯片，计算机可读存储芯片用于存储手术器械400的器械识别码、初始寿命值及寿命阈值。手术机器人200与手术器械400连接，用于控制手术器械400运动。检测单元用于检测手术器械400使用时传动丝404的受力值。控制单元100与手术机器人200通信连接，控制单元100包括存储器和处理器，存储器上存储有可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时实现如上述任意一个实施例中方法的步骤。
上述手术机器人系统获取手术器械400的器械识别码、初始寿命值及寿命阈值，实时获取手术器械400使用过程中传动丝404的受力值，基于初始寿命值及传动丝404的受力值得到手术器械400的当前寿命值，并基于当前寿命值及寿命阈值确定对应于器械识别码的手术器械400是否需要更换，若需要更换则输出提示信息。该手术机器人系统利用传动丝404的受力值计算手术器械400的当前寿命值，从而判断对应于器械识别码的手术器械400是否需要更换，考虑了传动丝404在使用过程中的磨损，从而能够精确反映手术器械400的使用寿命，对手术器械400的使用寿命进行更加精确的管理。
在一些示例中，手术机器人200包括若干机械臂210。机械臂210用于挂载手术器械400，各机械臂210上挂载的手术器械400分别具有对应的器械识别码。控制单元100还用于基于需要更换的手术器械400的器械识别码得到对应的机械臂210的信息。控制单元100还包括显示装置，显示装置用于输出提示信息，提示信息包含需要更换的手术器械400所对应的机械臂210的信息。
在一些示例中，手术器械400包括丝传动结构、远端部分401、近端控制部分402及通信单元。丝传动结构包括若干传动丝404。近端控制部分402与远端部分401通过丝传动结构连接。手术机器人200上设置有致动器220，致动器220与近端控制部分402连接，致动器220用于驱动近端控制部分402运动。计算机可读存储芯片设置于近端控制部分402上。通信单元设置于近端控制部分402上。手术机器人200与通信单元通信连接，以获取计算机可读存储芯片存储的器械识别码、初始寿命值及寿命阈值，并实时将当前寿命值传输给计算机可读存储芯片。
在一些示例中，各传动丝404的受力值包括各单根传动丝404上的受力值。致动器220包括电机221，电机221与近端控制部分402连接，电机221用于驱动近端控制部分402运动。检测单元包括力矩获取装置。力矩获取装置用于实时采集电机221的力矩信息。力矩信息用于计算各传动丝404的受力值。
在一些示例中，各传动丝404的受力值包括各单根传动丝404上的受力值。
检测单元包括若干第一拉力传感器501，第一拉力传感器501的数量与传动丝404的数量相等且一一对应，各第一拉力传感器501分别设置于对应的传动丝404上，并分别用于检测对应的传动丝404上的受力值。
在一些示例中，各传动丝404的受力值包括各传动丝404之间的受力值。
检测单元包括若干第二拉力传感器502，各第二拉力传感器502分别设置于不同的两个传动丝404之间，并分别用于检测对应的两个传动丝404之间的受力值。
进一步的，手术机器人系统还可以执行上述手术器械的信息处理方法中的任意步骤。关于手术机器人系统的具体限定可以参见上文中对于手术器械的信息处理方法的限定，在此不再赘述。上述手术机器人系统中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。
本申请还提供一种存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上任一实施例所述的方法的步骤。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和易失性存储器中的至少一种。非易失性存储器可包括只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、磁带、软盘、闪存或光存储器等。易失性存储器可包括随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)或外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM可以是多种形式，比如静态随机存取存储器(Static Random Access Memory，SRAM)或动态随机存取存储器(Dynamic Random Access Memory，DRAM)等。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (19)

1.一种手术机器人所使用的手术器械的信息处理方法，其特征在于，包括：
获取在所述手术机器人使用手术器械的过程中产生的用于表征所述手术器械中的耗材受力情况的耗损数据序列；
将所述耗损数据序列转换成所述耗材的寿命消耗信息；
利用所述寿命消耗信息更新相应手术器械的寿命信息。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将所述耗损数据序列转换成所述耗材的寿命消耗信息的步骤包括：
按照依采样间隔而获得的所述耗损数据序列中各耗损数据，及其对应的第一权重，计算所述手术器械在使用过程中对相应耗材的寿命消耗信息；或者
按照所述耗损数据序列中各耗损数据所持续的时长，及其对应的第二权重，计算所述手术器械在使用过程中对相应耗材的寿命消耗信息。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述第一权重或所述第二权重是基于以下至少一种权重而得到的：
单一耗材的耗损数据所对应的权重；以及根据具有力作用关系的多个耗材的各自耗损数据所对应的各权重。
4.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，还包括：根据更新后的寿命信息与对应耗材的寿命阈值的比较结果，提示更新相应手术器械。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，当所述比较结果表示相应耗材达到相应的寿命阈值时，在所述手术机器人使用所述手术器械前、使用过程中及尚未使用期间内的至少一种提示时机，提示更新相应的手术器械。
6.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，还包括：
对所述耗材的耗损数据序列进行数据过滤处理，以去除异常数据。
7.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，所述耗损数据来源于以下至少一种：所述耗材的驱动器的力矩数据，所述驱动器的驱动速度和/或角度，所述驱动器的输出功率，基于所述驱动器的驱动指令而确定的相应耗材的受力状态，及感应于所述耗材的力感应数据。
8.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，所述耗材包括：传动丝，或者具有力作用关系的多个传动丝。
9.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于：
各耗损数据和第一权重的对应关系预先存储、或基于预配置的映射函数而确定；和/或
各耗损数据和第二权重的对应关系预先存储、或基于预配置的映射函数而确定。
10.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，还包括：
读取所述手术器械的器械标签，以根据所述器械标签更新相应的寿命信息；或者
检测所述手术器械与手术机器人的装配位置信息，以根据所述装配位置信息更新相应的寿命信息。
11.根据权利要求4项所述的方法，其特征在于，所述提示更新相应的手术器械，包括：显示寿命信息，或者禁止使用所述手术器械。
12.一种手术器械，其特征在于，包括：至少一个耗材和存储介质；
其中，所述存储介质上存储有器械标签和计算机程序，所述计算机程序被运行时，执行如权利要求1-11任一项方法的步骤。
13.一种手术机器人系统，其特征在于，包括：
手术器械，包含至少一个耗材和存储介质，其中，所述存储介质中至少存储有器械标签；
手术机器人，与所述手术器械连接，用于控制所述手术器械运动，以及执行如权利要求1-11任一项所述的方法。
14.根据权利要求13所述的系统，其特征在于，所述手术机器人包括：
多个用于挂载所述手术器械的机械臂；以及
控制器，与所挂载的手术器械信号连接；所述控制器用于读取所挂载的手术器械的器械标签及其对应的寿命信息。
15.根据权利要求13或14所述的系统，其特征在于，所述手术器械中的耗材包括传动丝、或具有力作用关系的多个传动丝。
16.根据权利要求13或14所述的系统，其特征在于，所述耗材上设有第一力传感器，和/或所述手术器械中具有作用力关系的多个耗材之间设置有第二力传感器；其中，所述第一力传感器和/或所述第二力传感器用于向所述手术机器人提供所述耗损数据序列。
17.根据权利要求13或14所述的系统，其特征在于，所述手术器械中至少一个耗材的驱动器用于提供所述耗损数据序列。
18.一种存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1-11任一项所述方法的步骤。
19.一种手术器械的信息处理系统，包括存储器和处理器；所述存储器上存储有可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1-11任一项所述方法步骤。
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