CN116869664A - 远程手术系统的增加的可用器械寿命 - Google Patents

Abstract

本申请题为“远程手术系统的增加的可用器械寿命”。一种远程手术系统在第一操作模式和第二操作模式下操作。在第一操作模式下，在操作参数的第一范围内驱动可动部件。在第二操作模式下，以操作参数的小于第一范围的第二范围来驱动可动部件。由于在第二范围内操作，通过减少可动部件的机械性能退化，从而延长了器械的可用寿命。外科医生可以选择任何一种操作模式。

Description

远程手术系统的增加的可用器械寿命

本申请是2018年7月27日提交的题为“远程手术系统的增加的可用器械寿命”的中国专利申请2018800601601的分案申请。

相关申请的交叉引用

本申请为2017年8月10日提交的美国临时专利申请号62/543,726的非临时申请并要求其优先权，其全部内容通过引用并入本文。

技术领域

各发明方面与远程操作的手术系统和器械的操作模式相关。

背景技术

微创手术技术可以减少诊断或手术过程中对组织的损害量，从而缩短患者的恢复时间、减少不适和不健康的副作用。微创手术的常见形式是内窥镜检查，并且内窥镜检查的常见形式是腹腔镜检查，腹腔镜检查是腹腔内的微创检查和手术。在标准的腹腔镜手术中，患者的腹部充满气体，并且套管穿过小切口(约二分之一英寸或更小)，以提供手术器械的入口。其他形式的微创手术包括胸腔镜检查、接头镜检查和用于在腹部、胸部、喉咙、直肠、接头等处进行手术的类似的“锁眼”手术。

使用计算机辅助的远程操作的手术系统是已知的。这些手术系统既可用于微创手术，也可用于“开放式”手术，在“开放式”手术中，切口要足够大，以允许外科医生通达手术部位。微创和开放式手术的示例包括以上列出的手术，以及使用刚性和柔性轴的远程操作的手术器械的手术，诸如神经外科手术、接头置换手术、血管手术等。远程操作的手术系统的一个示例为da Vinci系统(IS4000型)，该系统由加利福尼亚州桑尼维尔的Intuitive Surgical公司商业出售。其他示例包括由Hansen Medical(Auris SurgicalRobotics公司)商业化的/>和Magellan^TM Systems、由Mako Surgical(Stryker公司)商业化的RIO^TMSystem和由Medrobotics公司商业化的/>System。

远程操作的手术系统可以使用由机器人操纵器技术驱动的可互换手术器械。这些器械中的某些器械仅用于单次使用，或仅在单个手术过程中使用。这些器械被视为一次性用品，因为它们不再被使用。这些一次性器械中的一些是昂贵的，并且因此手术过程的成本增加。另一些器械类型被设计成用于多次使用，并且通常在手术过程之间对这些多次使用的器械进行清洁和消毒。多次使用器械的优点在于降低了每次手术过程中的器械成本。但是，诸如线缆磨损的机械限制因素限制了这些多次使用器械的使用次数。因此，增加多次使用器械可以被使用的次数将进一步降低每次手术过程的器械成本。

发明内容

在一个方面，手术系统包括远程操作的操纵器和控制系统。器械联接至操纵器，并且该器械包括可动机械部件。控制系统在第一操作模式下操作手术系统，在第一操作模式下，控制系统在操作参数的第一范围内，诸如在机械部件的整个运动范围内，驱动可动机械部件。并且，控制系统还在第二操作模式下操作手术系统，在第二操作模式下，控制系统以操作参数的比第一范围更受限的、诸如小于机械部件的整个运动范围的第二范围驱动可动机械部件。其他操作参数包括速度、加速度和机械负荷。并且可以可选地使用附加的操作模式和参数范围。

外科医生可以根据临床需要选择一种或多种操作模式。

基于在第一操作模式和第二操作模式下的操作程度，器械的可用寿命会缩短。可替代地，基于在第一操作参数范围和第二操作参数范围内的操作程度，器械的可用寿命会缩短。在第二更受限的参数范围内操作致使部件上相对较少的机械磨损。器械剩余的可用寿命的量减少对应于在第一操作模式下或在第一参数范围内操作的一个量，并且器械剩余的可用寿命的量减少对应于在第一操作模式下或在第一参数范围内操作的一个第二量。结果，增加了器械的可用寿命，并且降低了每个手术过程的总成本。

提出了限制机械部件操作以产生可用器械寿命的相应增加的其他方面。

附图说明

图1为远程手术系统的示意图。

图2为远程手术系统的器械和示例操作参数范围的示意图。

图3A-3C为器械部件和示例相关联的操作参数范围的示意图。

具体实施方式

说明各发明方面、实施例、实施方式或应用的该描述和附图不应被视为定义了受保护的本发明的权利要求的限制。在不脱离本说明书和权利要求的精神和范围的情况下，可以进行各种机械、组成、结构、电气和操作上的改变。在某些情况下，未详细示出或描述公知的电路、结构或技术，以免模糊本发明。在两个或更多个图中的相同标号表示相同或相似的元件。

此外，选择用来描述一个或多个实施例以及可选元件或特征的特定词语并不旨在限制本发明。除非上下文另外清楚地指出，否则单数形式“一”、“一个”和“该”旨在也包括复数形式。并且，术语“包含”、“包括”、“具有”等规定了所述特征、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或多个其他相同、相似或不同的特征、步骤、操作、元件、部件和/或组的存在或增加。

应当理解，尽管该描述足够清楚、简洁和准确，但是严格和详尽的语言精确度并非总是可能或期望的。例如，考虑视频信号时，熟练的读者将理解，描述为显示信号的示波器本身不显示信号，而是信号的表示，描述为显示信号的视频监视器本身不显示信号，而是信号承载的视频信息。

只要可行，在没有具体示出或描述元件的其他实施例、实施方式或应用中，可以任选地包括参考一个实施例、实施方式或应用详细描述的元件。例如，如果参考一个实施例详细描述了一个元件，而未参考第二实施例对它进行描述，则该元件仍可以被要求包括在第二实施例中。因此，为了避免在以下描述中不必要的重复，除非另外具体说明，否则与一个实施例、实施方式或应用相关联示出和描述的一个或多个元件可以被结合到其他实施例、实施方式或方面中，除非一个或多个元件将使实施例或实施方式不起作用，或者除非两个或更多个元件提供冲突的功能。

被描述为联接的元件可以为电或机械直接联接的，或者它们可以经由一个或多个中间部件间接联接。

本发明的各方面主要根据使用da手术系统的实施方式来描述，该手术系统由加利福尼亚州桑尼维尔的Intuitive Surgical公司出售。此类手术系统的示例为daVinci/>手术系统(型号IS4000)和da Vinci/>手术系统(型号IS3000)。然而，有知识的人将理解，可以以各种方式来实施和实现本文公开的各发明方面，包括手动和计算机辅助的实施例和实施方式的计算机辅助和混合组合。da/>手术系统上的实施方式(例如，型号IS4200、型号IS4000、型号IS3000、型号IS2000、型号IS1200)仅为示例性的，不应视为对本文公开的各发明方面的限制。如适用的，各发明方面可以在相对较小的、手持的、手动操作的装置以及具有附加机械支撑的相对较大的系统中实施和实现。

至少部分在计算机协助下运行的远程操作的手术系统(“远程手术系统”)包括机械接地装置和手持装置。这种远程手术系统通常包括用于治疗、诊断或成像用途的一种或多种手术器械。在诸如手术缝合器和骨工具的手持式远程手术系统中，器械和手持部分通常被组合。在机械接地的系统中，通常会参考机械地面对器械进行机械支撑。

尽管各方面在适当时适用于手持式远程手术系统，但是本说明书集中于机械接地的远程手术系统。机械接地的远程手术系统的一个示例为da手术系统。本领域技术人员将熟悉各种远程手术系统架构，诸如在美国专利号6,246,200B1(在1999年8月3日提交)、6,331,181B1(在1999年10月15日提交)和6,788,018B1(在2001年12月20日提交)。

图1为远程手术系统100和与远程手术系统相关联的手术器械102的示意图。系统100和器械102说明了各种远程手术系统构造。如图所示，远程手术系统的主要部件包括远程操作的操纵器104、基座单元106和计算机控制系统108。这些主要部件及其相关功能可以配置为单个单元，或者它们也可以分布在两个、三个或更多个独立的互连单元中。例如，da手术系统包括位于患者旁边的远程操作的操纵器系统(“患者侧单元”)、远离患者侧单元定位的外科医生控制单元以及辅助设备单元。

操纵器104包括通过接头互连的一系列联杆，并且从基座单元106延伸至远侧器械驱动接口110，器械102安装在远侧器械驱动接口110上。如图所示，操纵器104说明了各种远程操作的操纵器构造，其使器械102整体移动，使器械102的一个或多个单独部件移动同时使器械102的主要部分保持静止，或两者。操纵器104在外科医生的控制下操作，外科医生将运动控制和器械功能操作命令输入到控制系统108，控制系统108继而命令操纵器104执行相应的移动或功能。然而，在可选方面，控制系统108可以自主地命令某些与执行医疗程序相关的操纵器104的移动或器械102的功能。

如图所示，基座单元106机械地接地，尽管例如在手持式实施例中它可以可选地不接地。基座单元106说明了一个或多个患者侧单元(例如，具有两个或更多个操纵器的单个单元，两个或更多个均具有单个操纵器的单元等)、外科医生控制单元和一个或多个辅助设备单元的各种单独或组合的构造。

计算机控制系统108可以集中或分布在远程手术系统内。并且如下所述，计算机控制系统108和与计算机控制系统108相关联的器械数据的各方面可以远离远程手术系统，例如在远程手术系统所联接的网络中的某一位置处。计算机控制系统是已知的，并且它们通常包括逻辑单元和存储器系统，该存储器系统存储要由逻辑单元执行的指令和由逻辑单元作用的数据。美国专利号US 6,424,885 B1(在1999年8月13日提交)为用于远程手术系统的计算机控制系统的一个示例，该专利通过引用并入本文。

计算机控制系统108经由主输入112接收用户的手术器械移动命令，并且相应地控制操纵器104，使得器械102的运动从动于主输入112的运动。主输入112可以可选地具有一个或多个附加控制输入，其经由控制系统108来控制器械102起作用，诸如电手术能量施加、手术缝合钉施加等。如图所示，计算机控制单元108还经由操作模式输入114接收用户的器械操作模式命令。将详细讨论这些操作模式的各个方面。操作模式输入114可以与主输入112组合，或者其可以分开定位。例如，操作模式输入114可以为在主输入上或在外科医生控制单元触摸板或类似输入装置上的开关。

参考图2，器械102的主要部件包括近端机构116、在一端联接至近端机构116的中空器械轴118、与器械轴118的远端联接的可动手术末端执行器120以及可选的连接在轴118的远端和末端执行器120之间的可动腕机构122。为了清楚起见，在图中指示了近侧(远离患者定位)和远侧(朝向患者定位)方向。器械轴118可以为直的或弯曲的或接合的，并且轴可以为刚性的或柔性的。末端执行器120执行治疗、诊断或成像手术功能，或这些功能的任意组合。各种器械腕机构构造是已知的，例如参见美国专利号US 6,394,998 B1(在1999年9月17日提交)、US 6,817,974 B2(在2002年6月28日提交)、US 9,060,678B2(在2007年6月13日提交)以及US 9,259,275B2(在2010年11月12日提交)，其公开内容通过引用并入本文。

如图所示，近端机构116包括由壳体126包围的两个示例性旋转线缆驱动绞盘124a、124b。将第一对线缆128a、128b缠绕在绞盘124a上，使得当绞盘124a旋转时，一根线缆放出而另一根线缆收进去，并且反之亦然。类似地，第二对线缆130a、130b缠绕在绞盘124b上，使得当绞盘124b旋转时，一根线缆放出而另一根线缆收进去，并且反之亦然。如前所述，绞盘124a、124b在控制系统108的控制下从器械驱动接口110接收驱动输入。

线缆128a、128b延伸穿过器械轴118，并且联接至可动末端执行器部件132，诸如可动钳口、剪刀刀片、电灼钩或刀片等。因此，末端执行器部件132与绞盘124a的旋转相对应地移动。同样地，线缆130a、130b延伸穿过器械轴118并联接至腕部122，使得腕部132与绞盘124b的旋转相对应地运动。腕部122说明了各种接头机械腕部构造，诸如由IntuitiveSurgical商业化的手术器械的嵌套式U型且串行联杆(“蛇形”)构造。

绞盘124a、124b及其相关的驱动输入、线缆布线导向器或滑轮、轴承等说明了各种机构(“传动机构”)，这些机构接收力或扭矩驱动输入并将接收到的驱动输入发送到用于控制远侧器械部件(诸如腕部122或末端执行器部件132)的相应运动。这样的传动机构包括旋转盘和各种其他轴向旋转的输入；旋转、齿条或蜗轮输入；杠杆或万向接头输入；滑动片和其他横向平移输入；销和其他轴向平移输入；流体压力输入；等等。此外，绞盘124a、124b说明了一种器械构造，其中一个或多个马达安装在壳体126内或联接至壳体126，并通过壳体126从控制系统108接收马达控制输入。一个或多个马达驱动相应的传动机构。因此，器械部件可以通过在器械外部或内部的马达(例如，在器械被安装到的操纵器中或安装在器械上)移动。

线缆对128a、128b和130a、130b说明了可选地用于将力或扭矩从传动机构传递到器械的远端部件的各种部件(“致动部件”)。这样的致动部件包括张力部件(例如，线缆、线缆-海波管组合、拉杆等)、压缩部件(例如，推杆、Bowdin线缆等)、旋转部件(例如，轴、齿轮系等)以及结合了这些特征的部件(例如推/拉杆、旋转和平移的花键轴等)。

附加的传动机构和致动部件包括旋转轴、齿轮、铰链、枢轴点、滚动表面、旋转或滑动零件、凸轮表面和凸轮销、导螺杆、万向或等速接头、承重轴承、表面或点等等。

操作模式

在一个发明方面，将影响器械寿命的参数分为两个或更多个范围，一个范围对器械寿命的影响相对较小，而另一个范围对器械寿命的影响相对较大。通过在对器械寿命影响相对较小的参数范围内操作器械来延长器械寿命，不过如果需要，也可以使用对器械寿命影响相对较大的参数范围。一个示例参数为机械部件的运动范围(“ROM”)。通常通过具有两个可用于用户选择的ROM的远程手术系统部件来说明各发明方面，并且应当理解，这些方面包括具有可用于用户选择的三个或更多ROM的系统。另外，本发明的各方面由机械ROM示出，但是本领域技术人员将理解，如下文所述，可以定义和选择其他器械或远程手术系统参数范围。因此，可以选择两个、三个或更多个参数范围。

图2示出了器械102的可动远端部件均具有ROM。并且，根据发明方面，可以选择性地改变一个或多个远端部件ROM。部件最大ROM内的任何一个或多个受限ROM都可以定义为通过以相应的操作模式进行操作来选择。如图所示，例如，末端执行器部件132在第一所选ROM 134a(例如，±30°)内或在大于第一所选ROM的第二所选ROM 134b(例如，±60°)内绕轴线134旋转。类似地，腕部122在第一所选ROM(例如，±30°)内或在大于第一所选ROM 136a的第二所选ROM 136b(例如±60°)内绕轴线136旋转。各种所选ROM可选地为对称的或不对称的(例如，±30°，+0°至-45°，+45°至-15°，+30°至+60°等)。并且，第一和第二ROM可以完全重叠(例如，从参考角度起±60°的第一ROM和±30°的第二ROM)或部分重叠(例如，从参考角度起+15°至-45°的第一ROM和0至-60°的第二ROM)。所选ROM将对应于接头的类型(例如，旋转接头具有所选ROM，棱柱形接头具有所选平移ROM等)。

所示的腕部122和末端执行器部件132被示出为具有单个机械自由度(“DOF”)。但是，如果单个接头或接头组件能够具有两个或更多个DOF(每个自由度都具有关联的ROM)，则可以以各种方式有选择性地限制DOF和与DOF关联的ROM。例如，用于这种接头或接头组件的一个所选ROM可以限制第一DOF ROM，而不限制第二DOF ROM，并且用于这种接头或接头组件的第二所选ROM可以限制第一DOF ROM和第二DOF ROM两者。作为另一个示例，器械腕机构可包括两个或更多个单DOF机械接头，但被控制为具有多个DOF的单个接头，因此可能有许多可选的腕机构ROM(例如，俯仰±45°和偏转±45°；俯仰±60°和偏转±60°；俯仰+15°至-45°和偏转±45°等)。在某些方面，所选ROM对应于用于单个机械接头的完整机械ROM(即，机械止动，(mechanical stop-to-stop))。

此外，在具有不止一个器械的远程手术系统中，所选ROM可应用于单个器械或两个或更多个器械构成的组。例如，在第一远程手术系统操作模式下，第一所选ROM对应于在其完整机械ROM下操作的两个或更多个器械，并且第二所选ROM对应于在受限的ROM内操作的两个或更多个器械。可替代地，可选的ROM可独立地用于两个或更多个单独的器械。

在另一方面，可用于选择的两个或更多个ROM取决于安装到操纵器的器械的特定类型。例如，第一器械类型(例如，抓紧器)可以具有两个可选的操作模式：第一模式，在该模式中，第一器械腕的完整俯仰和偏转ROM可用；第二模式，在该模式中，第一器械腕的俯仰和偏转ROM受限制(例如，±45°)。第二器械类型(例如，单极电灼剪刀)可以具有两种不同的可选操作模式：第一模式，在该模式中，第二器械腕部的完整俯仰和偏转ROM可用；第二模式，在该模式中，第二器械腕部的俯仰和偏转ROM受限制(例如，±30°)。同样，第一器械类型可以具有一定量的(例如，两个)可选ROM可用，而第二器械类型可以具有不同量的(例如，两个)可选ROM可用。并且在某些方面，一种特定的器械类型可能没有任何可选ROM可用(即，完整器械ROM总是可用的)，而另一种特定的器械类型具有两个或更多个可选ROM可用。

根据一个发明方面，如下所述，这些操作模式被用于延长远程手术系统中的器械寿命。

操作参数范围

各种操作参数可以用于描述控制系统108命令器械和器械部件运动的环境。如上所述，一个参数是运动范围内的位置或取向。其他参数包括部件速度、加速度、静态力或扭矩施加和负荷以及动态力或扭矩施加和负荷。因此，可以如上所述定义和选择这些参数内的各种范围。

例如，图3A-3C示出了器械操作参数。图3A为具有蛇形远端的器械151的示意图(例如，导管、导向管等)。双箭头150表示与柔性器械部件的运动相关的完整参数范围，诸如机械ROM、侧向力、远侧尖端速度、远侧尖端加速度、对致动线缆施加的拉力等，这些参数范围受器械和相关的致动部件的物理极限约束。双箭头152表示受控制系统约束的受限参数范围。

图3B为在棱镜接头(例如，推杆、刀片、缝合器滑板等)处平移的器械部件155的示意图。双箭头154表示与直线或曲线平移相关的完整参数范围，诸如机械ROM、轴向推或拉力、部件速度、部件加速度等，这些参数范围受接头、部件和相关联的致动部件的物理极限约束。双箭头156表示受控制系统约束的受限参数范围。

图3C为器械部件159(例如，旋转的驱动轴、盘、齿轮、铰链销等)的横截面示意图。双箭头158表示与旋转相关联的完整参数范围，诸如机械ROM、扭矩、角速度、角加速度等，这些参数范围受部件和相关联的致动部件的物理极限约束。双箭头160表示受控制系统约束的受限参数范围。

在远程手术系统的操作期间，可以在一个范围内确定这些参数中的每个参数的值，并且因此控制系统可以记录部件在预定义参数范围内花费的时间量。同样，控制系统可以记录与参数范围或值相关联的事件数。

例如，控制系统可以记录可动部件在参数范围内操作的时间量，诸如部件在60-90度ROM中操作的时间量。或者，可以记录诸如部件移动到60-90度ROM中的次数或部件超过60度的次数的事件。

根据一个发明方面，如下所述，关于这些参数范围或事件的信息被用于延长远程手术系统中的器械寿命。该信息可以与关于所选参数操作范围的信息组合。或者，它可以独立于任何所选的操作参数范围来使用。

器械寿命

与所有机构一样，可动的器械部件可能会因使用而退化。因此，为了安全起见，远程手术系统通常限制器械可以使用的时间。例如，测试器械设计以确定预期的平均最大寿命，然后引入较大的安全裕度以定义比预期的平均最大寿命短的最大可用寿命。

可以通过多种方式来定义最大可用寿命，诸如通过定义最大器械可允许离散使用次数(“寿命”)或通过定义最大器械可允许使用时间。例如，可以给新的单个器械分配可允许的十次可用离散寿命，并且剩余的可用离散寿命数量存储在器械、远程手术系统或联网位置的存储器中，因此控制系统108可以访问存储的信息。同样，可以为新的单个器械分配可允许可用时间，并且将剩余的可允许使用时间存储在器械、远程手术系统或联网位置的存储器中，因此控制系统108可以访问存储的信息。一旦分配了最大器械可允许离散使用次数或最大器械可允许可用时间，则在医疗过程中使用该器械时，将减少剩余的离散使用次数或剩余的可用时间。

在一个示例变型中，对于使用该器械的每个手术过程(单个患者-开始到完成)，减少一次可用离散寿命，直到剩余零次可用离散寿命，此时手术系统会阻止进一步使用个体器械。

在另一示例变型中，每次将个体器械安装在操纵器上并在操纵器上初始化时，都会减少一次可用离散寿命，直到剩余零次可用的离散寿命为止。

在另一示例变型中，当使用器械时，手术系统递减可用剩余时间，直到存在可用剩余时间为零。当可用剩余时间为零时，手术系统可以可选地(a)阻止进一步使用器械，并发出需要更换器械的信号；(b)允许继续使用该器械，直到将器械从操纵器中取出为止，并在将器械从操纵器中取出后阻止进一步使用该器械；或(c)允许在整个手术过程中继续使用器械，包括一次或多次取出以及之后在操纵器上进行一次或多次安装，以及在手术过程之后阻止进一步使用该器械。

因此，器械的可用寿命从定义的初始最大可用寿命开始，并且随着器械的使用，器械的可用寿命会减少，直到器械的剩余可用寿命为零。在本说明书中，通过剩余的离散寿命或剩余的使用时间来说明器械的可用寿命，但是也可以应用可用寿命的其他度量，诸如器械性能测量(例如，感测到的相对于命令部件位置的实际部件位置、感测到的电手术能量、感测到的用于形成手术缝合钉的扭矩等)作为剩余可用寿命的动态指示。

个体器械的可用寿命，诸如可允许剩余的离散寿命或使用时间，可以可选地选择存储在器械本身、远程手术系统中或在远程手术系统与之通信的网络位置处。并且，可以可选地在各种时刻对可用寿命进行更新。例如，可以在使用器械时连续更新剩余时间，或者控制系统可以记录器械的使用总时间，并在从患者体内取出器械时更新剩余可用时间。类似地，可以在使用器械时递减剩余的可用离散寿命，或者控制系统可以确定已使用的离散寿命，并在取出器械时更新剩余的离散寿命。作为另一个示例，可以在器械安装到操纵器上的时间记录器械所使用的时间或离散寿命，然后当器械再次联接至操纵器时，更新剩余时间或剩余寿命。

再次参考图2，在一个方面，手术器械102包括存储器138，在一些实施例中，该存储器138包括诸如器械类型、器械唯一的序列号、剩余可用寿命(例如，剩余的可允许离散寿命或可允许时间)等的存储信息。存储在存储器138中的该信息经由驱动器接口110被传送140至控制系统108。可选地，诸如剩余的经更新可允许离散寿命或时间的信息经由驱动器接口110从控制系统108被传送140至存储器138，以便下次在远程手术系统中使用器械时可以访问该信息。在美国专利号US 6,331,181 B1(在1999年10月15日提交)中找到了一种经由驱动器接口进行器械存储和通信的示例，该专利通过引用并入本文。同样，器械离散寿命或时间信息可以存储在由远程手术系统的控制系统108访问的网络位置处。

在许多情况下，器械性能的退化幅度取决于器械使用的操作参数范围。例如，随着器械部件在其关联的DOF ROM中移动，与ROM中心附近相比，在部件处于ROM的极限时机械退化可能会更大。更具体地，在用于移动末端执行器钳口的线缆绕着一个或多个滑轮或引导表面布线以使钳口从定义的中心位置(例如，器械在近端和远端之间的纵向轴线)移动±30度时，随着时间的推移，线缆可能经历相对较少的退化，并且在线缆绕着一个或多个滑轮或引导表面布线以使钳口从定义的中心位置移动±60度时，随着时间的推移，线缆可能经历相对较大的退化，并且在线缆绕着一个或多个滑轮或引导表面布线以使钳口从定义的中心位置移动±90度时，随着时间的推移，线缆的相对退化甚至会更大。

此外，退化量可能不是在参数值的范围内的参数值的线性函数。例如，传动机构部件或致动部件的退化可能不是相关的远端部件的ROM位置的线性函数。作为一个更具体的示例，与在定义的中心位置附近或在受限的ROM范围(例如，±30度)内的钳口运动相比，末端执行器钳口运动接近钳口的最大ROM(例如，接近90度)的部件退化可能明显更高(例如，大于3倍)，尽管90为30的三倍。

另外，随着可动部件速度或加速度增加，其可能相对更快地退化。例如，如果部件的速度仅受部件最大可能的致动速度限制，则部件随时间推移可能会经历相对较高的退化，而如果部件的速度被限制成小于部件可能的最大致动速度的值，则部件随时间的推移可能会经历相对较低的退化。类似地，如果部件的加速度仅受部件最大可能的致动加速度限制，则部件随时间推移可能会经历相对较高的退化，而如果部件的加速度被限制成小于部件可能的最大加速度的值，则部件随时间的推移可能会经历相对较低的退化。

此外，随着零件上的静力或扭矩负荷、动态机械致动力或扭矩负荷或静态负荷和动态致动负荷的组合增加，可动传动机构部件或致动部件可以相对更快地退化。例如，如果部件的最大允许致动负荷为最大可能的致动负荷(例如，导致在部件上的最大抓持力、最大弯曲力或最大扭矩；在部件弹性变形范围附近或内工作)，则部件可能会随时间推移经历相对较高的退化，而如果部件最大允许致动负荷小于最大可能的致动负荷，则随着时间的推移会经历相对较低的退化。可以直接测量负荷(例如，通过使用联接至部件的力或扭矩传感器)，或者也可以间接测量负荷(例如，通过感测用于在负荷下移动部件或将其固定就位的马达中的马达电流，并且然后从使用的马达电流推断负荷)。

类似地，在持续存在的预载力或扭矩作用在部件(例如线缆)上的器械中，如果部件的预载力或扭矩为施加的致动力或扭矩的第一值，则该部件随着时间的推移会经历相对较高的退化，而如果部件的预载力或扭矩为小于第一值的第二值，则该部件随着时间的推移会经历相对较低的退化。这种预载力的一个示例是在器械中的致动线缆上的恒定预载张力，以防止线缆松弛或离开其定义的路径。预载力的另一个示例是在传动机构或致动部件中所经历的力，该力用于消除由对立控制对中的间隙(齿隙)引起的空行程，其中该对立控制对中的一者沿一个方向移动器械部件(例如，俯仰/升起、偏转/转向左、顺时针滚动、向近侧摆动)，该对中的另一个动力传动系统沿相反的方向移动器械部件(例如，俯仰/垂下、偏转/转向右、逆时针滚动、向远侧摆动)。因此，在相对较高的预载力和致动力的组合下，部件随时间的推移会经历相对较高的退化，而在相对较低的预载力和相同的致动力的组合下，部件随时间的推移会经历相对较低的退化。此外，仅长期的静态负荷可能会导致机械性能下降，诸如在长达数月之久的高预载张力下的线缆拉伸。构建了器械后(例如首次施加静态预载力时)与器械使用时之间的时间量可能与器械性能相关。

确定器械寿命

在一个方面，控制系统记录在两个或更多个操作模式中的每个模式中花费的时间量，其中在该两个或更多个操作模式中参数被不同地限制，并且然后这些时间用于确定剩余的可用器械寿命。例如，控制系统记录在ROM受限制的第一所选模式下花费的时间和ROM不受限制的第二所选模式下花费的时间。

在另一方面，控制系统记录在两个或更多个参数范围中花费的时间量，并且然后这些时间用于确定剩余的可用器械寿命。例如，控制系统记录在第一预定义机械ROM(例如0-30度)内花费的时间以及在超出第一预定义机械ROM的第二预定义机械ROM中(例如30-60度)花费的时间。

在另一方面，将在两种或更多种操作模式中的每一种模式下花费的时间和在一个或更多个参数范围中花费的时间组合以确定剩余的可用器械时间。例如，控制系统记录在ROM受限制(例如0-45度)的第一所选模式下花费的时间和在ROM未受限制的(例如0-90)的第二所选模式下花费的时间，并且还记录了在预定义ROM(例如70-90度)中花费的时间量。然后，控制系统可以使用此组合信息来确定器械的剩余可用寿命。

同样，尽管将机械ROM用作示例参数，但它们代表了随时间推移影响机械退化且可以对其进行监测或从一个值更改为第二值或者从一个值范围更改为另一个值范围并且随着时间的推移相应地改变了机械退化的任何参数。另外，尽管以上示例为诸如ROM、速度、加速度、致动力或扭矩以及预载力或扭矩的个体参数，但是可以这些参数中的两个或更多个参数可以被限制以进一步减少器械部件随时间推移的退化。因此，术语“所选参数范围”包括单个参数的范围和两个或更多个参数的范围。

如上所述，在某些情况下，个体部件的退化取决于两个或更多个参数值。例如，如果卡登接头的弯曲角度为零，则卡登接头随时间的退化可能主要是由其最大允许速度或致动负荷引起的。但是，如果卡登接头处于较高的弯曲角度(例如60度)，则在此弯曲角度与最大允许角速度或致动负荷的组合中，或在此弯曲角度与最大允许角速度和致动负荷的组合中，弯曲角度可能成为接头随时间推移而退化的主要参数。因此，与器械部件随时间推移而退化相关的参数可以具有单个维度，或可以具有两个、三个或更多个维度。并且，一个参数或参数的一个维度的值可以确定对部件随时间推移而退化的影响的第二参数或第二维度。

通常，一个或多个器械部件随时间推移会比其他部件更快地退化，并且因此，这些一个或多个器械部件确定了一种器械类型的预期平均最大寿命，并因此确定了该器械类型的定义的最大可用寿命。限制这些一个或多个部件随时间推移的退化会增加这种器械类型的预期平均最大可用寿命以及该器械类型的相关定义的最大可用寿命。

因此，在一个方面，与在不限制器械操作参数的范围的模式下的器械最大可用寿命相比，在限制一个或多个器械操作参数范围(例如运动范围)的模式下，可以延长器械的最大可用寿命。远程手术系统的计算机控制单元根据受限的操作参数(例如，在受限参数操作模式下花费的时间)确定延长的可允许离散寿命或时间，调整器械的剩余可允许寿命或时间，并存储经调整可允许剩余的离散生命或时间，以用于在一项或多项后续手术过程中访问。

可选地，可以将剩余的可允许离散寿命递减成离散寿命的几分之几，以便需要在两个或更多个过程中在限制器械操作参数的模式下操作，以将剩余的可允许离散寿命延长一个完整的离散寿命。

例如，由于在第一手术过程中选择了受限的参数范围，因此剩余的可允许离散器械寿命递减了一半。并且，由于在第二手术过程中选择了受限的参数范围，因此剩余的可允许离散器械寿命递减了另一半。因此，在第一和第二手术过程之后，剩余的可允许离散器械寿命延长了一个完整的离散器械寿命，因为代替递减了两个离散寿命(每个过程一个)，实际上在两个过程之后仅减少了一个离散寿命。远程手术系统确定了剩余的完整离散器械寿命的数量，并且因此可以将额外的完整离散器械寿命用于后续的手术过程。

在操作模式下花费的时间可以可选地与延长可允许的剩余离散器械寿命或时间相关。例如，在第一手术过程中，为器械的一半的使用时间选择了一个受限的操作参数范围，并且因此剩余的可允许分立器械寿命递减了四分之三。然后，在第二手术过程中，为完整过程选择了受限的操作参数范围，因此剩余的可允许离散器械寿命递减了一半。并且，在第三手术过程中，为四分之三的过程选择了受限的操作参数范围，因此，剩余的可允许离散器械寿命递减了八分之五。因此，在这三个过程之后，总的离散寿命递减了不到两个，因此可获得额外的离散器械寿命。作为另一示例，在第一手术过程中，为器械的一半的使用时间选择了受限的操作参数范围，因此剩余的可用时间递减了完整器械使用时间的四分之三。这些示例中的相关性可以任意选择作为说明。实际上，相关性是基于实际的器械生命周期测试得出的，该测试可能因器械类型而异，并且可能基于所选的参数范围而有所不同。

在另一方面，通过控制系统感测和记录一个或多个可动器械部件以一个或多个操作参数(例如运动范围)进行操作或花费的时间，调整器械的剩余可允许离散寿命或时间，并存储经调整剩余寿命或时间以便在一个或多个后续手术过程中访问，来延长器械的最大可用寿命。可以以与当离散地选择操作模式时进行调整的方式相似的方式进行调整。

在另一方面，参数范围可以与剩余的可用器械寿命相关联。可选地，器械在器械剩余可用寿命的早期期间默认为完整的参数范围，然后在器械剩余可用寿命的后期期间默认为受限的参数范围，并在需要时提供完整参数范围或增加的参数范围。例如，对于具有机械DOF为±90°的ROM的器械，首次使用该器械时，默认情况下可以使用±60°的ROM，并且在需要时外科医生可以选择完整的±90°ROM。然而，由于消耗的器械可用寿命超过一定值，默认ROM更改为±45°的ROM，并且在需要时外科医生可以选择完整的±90°ROM。再举一个示例，随着器械可用寿命的消耗超过一定值，默认ROM更改为±45°的ROM，并在需要时提供±60°和±90°的ROM供选择。再举一个示例，由于器械可用寿命的消耗超过了一定值，默认ROM更改为±45°的ROM，并且在需要时外科医生可以选择受限较小的±60°的ROM，而没有完整的±90°ROM供选择。在这种情况下，如果需要完整的参数范围，则必须使用具有不受限制的完整的参数范围的器械。

在该方面的变型中，参数范围与没有两个或更多个可选参数范围的剩余可用器械寿命相关联。随着器械可用寿命被消耗，相应地限制了参数范围。例如，在器械可用寿命的早期，可以使用完整的参数范围，而在器械可用寿命的后期，则可以使用受限的参数范围。同样，如果需要完整的参数范围，则必须使用具有不受限制的完整的参数范围的器械。

选择操作模式

再次参考图1，在一个方面，外科医生通过经由外科医生控制单元上的操作模式输入114输入选择，从而如上所述选择两个或更多个器械操作参数极限中的一者。通常，如果临床需要，在一种操作模式下，外科医生可以使用完整的参数范围。在第二操作模式下，参数范围受到限制。远程手术系统可以可选地在各种其他操作模式(第三、第四、第五等)下操作，这些其他操作模式或者进一步限制一个参数的范围、或者限制一个或多个附加参数范围或者限制两者。

在一个方面，远程操作的手术系统默认为第一操作模式，在该模式下，器械操作参数范围被限制为第一范围，并且外科医生可以选择第二操作模式，在该模式下，器械操作参数范围被限制为大于第一范围或不受限制的第二范围。例如，远程操作的手术系统被初始化成第一操作模式，在该第一操作模式下，器械腕部俯仰和偏转ROM被限制为±45°，并且然后，外科医生可以选择第二操作模式，在该第二操作模式下，器械俯仰和偏转ROM不受限制或限制为或接近完整的可能物理ROM。在系统启动时、在器械安装时、在中断后重新建立主从关系时、在预定时间内感测到在限定范围内的操作时或发生任何其他相关系统事件时，会出现受限范围默认值。

在一个方面，远程操作的手术系统默认为第一操作模式，在该第一操作模式下，器械操作参数范围不受限制或被限制为接近该参数的完整范围，并且外科医生可以选择第二操作模式，在该第二操作模式下，器械操作参数范围受限制。例如，用俯仰和偏转ROM不受限制或限制成或接近完整的可能物理ROM的器械腕部初始化远程操作的手术系统，并且然后外科医生可以选择第二操作模式，在该第二操作模式下，器械俯仰和偏转ROM被限制为±45°。在系统启动时、在器械安装时、在中断后建立主从关系时、在预定时间段内感测到达到参数的主触觉限制的预定次数时或发生任何其他相关的系统事件时，会出现不受限范围默认值。

在一个方面，当远程手术系统以器械操作参数受限制的模式操作时，远程手术系统的计算机控制系统限制相应的主输入参数，以帮助外科医生理解该参数受到限制。例如，在可动器械部件ROM受限制的远程手术系统操作模式下，相应的主ROM受限制。如果第一操作模式将器械ROM部件限制为±45°，则控制系统会对主ROM设置触觉限制，以将相应的主DOF限制为±45°。这允许外科医生感觉到受限的ROM，并且然后如果需要附加的器械部件ROM，则选择第二操作模式，在该操作模式下，ROM不受限制。如上所述，外科医生可以各种方式，诸如通过在主输入或外科医生控制单元上的离散选择，通过移动触觉感觉提示(例如，触觉“壁”)，或通过任何其他合适的控制输入(例如，脚踏板、语音、视线菜单选择等)，来选择第二操作模式。

在一个方面，在可动机械部件已经在受限参数范围内操作了预定时间量之后，控制系统自动选择与受限参数范围相关联的操作模式。例如，当首次安装器械时，控制系统最初可以选择第一受限的参数范围(例如，±60°的ROM)操作模式。然后，由于临床需要，外科医生选择并使用第二未受限制的参数范围(例如，±90°的ROM)操作模式。随着外科医生继续工作定义的时间，控制系统会确定外科医生不再使用未受限的参数范围，并且因此控制系统再次选择了第一受限的参数范围，以防止外科医生无意中在导致部件的机械性能退化的第二参数范围中操作。如果需要，外科医生可以再次选择第二操作模式。

Claims (28)

1.一种远程手术系统，包括：

远程操作的操纵器；以及

控制系统，其执行指令以执行包括以下项的操作：

在使用安装到所述远程操作的操纵器的手术器械之前，确定所述手术器械的剩余可用寿命值，所述手术器械包括远端部件和耦合以在由所述远程操作的操纵器驱动时移动所述远端部件的致动部件，

在安装到所述远程操作的操纵器的所述手术器械的使用期间，监测所述致动部件的使用量，以及

至少基于在所述手术器械的所述使用期间所述致动部件的所述使用量，将所述剩余可用寿命值更新为所述手术器械的更新可用寿命值。

2.根据权利要求1所述的远程手术系统，其中：

更新所述剩余可用寿命值包括以下项中的一个：

基于在所述手术器械的所述使用期间所述致动部件的第一使用量，将所述剩余可用寿命值更新为第一剩余可用寿命值，或

基于在所述手术器械的所述使用期间所述致动部件的第二使用量，将所述剩余可用寿命值更新为第二剩余可用寿命值；

所述致动部件的所述第二使用量与所述第一使用量不同；和

所述第二剩余可用寿命值与所述第一剩余可用寿命值不同。

3.根据权利要求1所述的远程手术系统，其中：

所述操作还包括基于所述手术器械的更新剩余可用寿命值来阻止所述手术器械的进一步使用。

4.根据权利要求3所述的远程手术系统，其中：

所述手术器械的所述使用发生在第一手术过程期间；和

基于所述手术器械的所述更新剩余可用寿命值来阻止所述手术器械的进一步使用包括在所述第一手术过程后续的第二手术过程期间阻止所述手术器械的所述进一步使用。

5.根据权利要求1所述的远程手术系统，其中：

所述操作还包括至少基于所述手术器械的所述更新可用寿命值而产生指示需要更换手术器械的信号。

6.根据权利要求1所述的远程手术系统，其中：

监测所述致动部件的所述使用量包括基于所述致动部件上的静态力、所述致动部件上的静态扭矩、所述致动部件上的动态力或所述致动部件上的动态扭矩中的至少一个来确定所述致动部件的所述使用量。

7.根据权利要求6所述的远程手术系统，其中：

监测所述致动部件的所述使用量包括测量用于驱动所述致动部件的马达的电流，所述马达的所述电流指示所述静态力、所述静态扭矩、所述动态力或所述动态扭矩。

8.根据权利要求1所述的远程手术系统，其中：

监测所述致动部件的所述使用量包括基于所述致动部件上的预载力或所述致动部件上的预载扭矩中的至少一个来确定所述致动部件的所述使用量。

9.根据权利要求1所述的远程手术系统，其中：

监测所述致动部件的所述使用量包括基于所述致动部件的加速度或所述致动部件的速度中的至少一个来确定所述致动部件的所述使用量。

10.根据权利要求1所述的远程手术系统，其中：

监测所述致动部件的所述使用量包括至少基于所述致动部件的拉伸量来确定所述致动部件的所述使用量。

11.根据权利要求1所述的远程手术系统，其中：

监测所述致动部件的所述使用量包括至少基于所述致动部件的弯曲角度来确定所述致动部件的所述使用量。

12.根据权利要求1所述的远程手术系统，其中：

在所述手术器械的使用期间监测所述手术器械的所述致动部件的所述使用量包括监测所述致动部件的退化量。

13.根据权利要求1所述的远程手术系统，其中：

所述致动部件包括致动电缆；和

监测所述致动部件的所述使用量包括至少基于所述致动电缆的布线路径来监测所述致动电缆的所述使用量。

14.根据权利要求1所述的远程手术系统，其中：

更新所述剩余可用寿命值包括至少基于使用所述手术器械的多个手术过程来更新所述剩余可用寿命值。

15.一种医疗装置，包括：

手术器械，其包括远端部件和耦合以移动所述远端部件的致动部件；和

控制系统，其被配置为执行指令以执行包括以下项的操作：

在所述手术器械的使用之前确定所述手术器械的剩余可用寿命值，

在所述手术器械的所述使用期间监测所述致动部件的使用量，以及

至少基于在所述手术器械的所述使用期间所述致动部件的所述使用量，将所述剩余可用寿命值更新为所述手术器械的更新可用寿命值。

16.根据权利要求15所述的医疗装置，其中：

更新所述剩余可用寿命值包括以下顶中的一个：

基于在所述手术器械的所述使用期间所述致动部件的第一使用量，将所述剩余可用寿命值更新为第一剩余可用寿命值，或

基于在所述手术器械的所述使用期间所述致动部件的第二使用量，将所述剩余可用寿命值更新为第二剩余可用寿命值；

所述致动部件的所述第二使用量与所述第一使用量不同；和

所述第二剩余可用寿命值与所述第一剩余可用寿命值不同。

17.根据权利要求15所述的医疗装置，其中：

所述操作还包括基于所述手术器械的更新剩余可用寿命值来阻止所述手术器械的进一步使用。

18.根据权利要求17所述的医疗装置，其中：

所述手术器械的所述使用发生在第一手术过程期间；和

基于所述手术器械的所述更新剩余可用寿命值来阻止所述手术器械的进一步使用包括在所述第一手术过程后续的第二手术过程期间阻止所述手术器械的所述进一步使用。

19.根据权利要求15所述的医疗装置，其中：

所述操作还包括至少基于所述手术器械的所述更新可用寿命值而产生指示需要更换手术器械的信号。

20.根据权利要求15所述的医疗装置，其中：

监测所述致动部件的所述使用量包括基于所述致动部件上的静态力、所述致动部件上的静态扭矩、所述致动部件上的动态力或所述致动部件上的动态扭矩中的至少一个来确定所述致动部件的所述使用量。

21.根据权利要求20所述的医疗装置，其中：

监测所述致动部件的所述使用量包括测量用于驱动所述致动部件的马达的电流，所述马达的所述电流指示所述静态力、所述静态扭矩、所述动态力或所述动态扭矩。

22.根据权利要求15所述的医疗装置，其中：

监测所述致动部件的所述使用量包括基于所述致动部件上的预载力或所述致动部件上的预载扭矩中的至少一个来确定所述致动部件的所述使用量。

23.根据权利要求15所述的医疗装置，其中：

监测所述致动部件的所述使用量包括基于所述致动部件的加速度或所述致动部件的速度中的至少一个来确定所述致动部件的所述使用量。

24.根据权利要求15所述的医疗装置，其中：

监测所述致动部件的所述使用量包括至少基于所述致动部件的拉伸量来确定所述致动部件的所述使用量。

25.根据权利要求15所述的医疗装置，其中：

监测所述致动部件的所述使用量包括至少基于所述致动部件的弯曲角度来确定所述致动部件的所述使用量。

26.根据权利要求15所述的医疗装置，其中：

在所述手术器械的使用期间监测所述手术器械的所述致动部件的所述使用量包括监测所述致动部件的退化量。

27.根据权利要求15所述的医疗装置，其中：

所述致动部件包括致动电缆；和

监测所述致动部件的所述使用量包括至少基于所述致动电缆的布线路径来监测所述致动电缆的所述使用量。

28.根据权利要求15所述的医疗装置，其中：

更新所述剩余可用寿命值包括至少基于使用所述手术器械的多个手术过程来更新所述剩余可用寿命值。